在休息部位重建胚胎状况可以帮助骨骼更快地愈合

伊利诺伊大学芝加哥分校和宾夕法尼亚大学的研究人员开发出一种独特的技术，该技术使用干细胞和柔性植入式骨稳定板来帮助加速大型断裂或缺损的愈合。

该技术允许应用于断裂部位的干细胞经历一些机械应力，就像它们在胚胎发育中那样。这些力量可能有助于促使干细胞分化为软骨和骨骼，并促进骨骼中的其他细胞再生。

他们的研究结果发表在“科学转化医学”杂志上。

干细胞需要环境线索来分化成构成独特组织的细胞。芝加哥伊利诺伊大学生物工程和骨科理查德和贷款山教授Eben Alsberg解释说，产生骨骼和软骨的干细胞在发育和愈合过程中会受到机械力的影响。

当骨骼愈合时，断裂部位附近骨髓中的干细胞首先变成软骨细胞和后来的骨细胞 - 最终将断裂编织在一起。当破碎或变形的骨骼之间存在较大间隙时，通过积极参与再生过程或刺激邻近细胞的骨形成，将额外的干细胞应用于破裂部位可以帮助骨骼更快地愈合。

但是要使用干细胞进行骨再生，需要将它们送到缺损部位并进行适当区分以刺激修复。

Alsberg及其同事开发了一种独特的细胞制剂，可以轻松处理和操作以进行植入，并支持胚胎骨发育过程中发生的细胞分化事件。

在Alsberg的准备过程中，培养干细胞，使它们相互连接形成片状或栓状。该制剂还含有明胶微粒，其载有帮助干细胞分化的生长因子。这些片或插头可以被操纵和植入，并减少细胞漂移的趋势。Alsberg称这些材料为“冷凝物”。

在之前的研究中，Alsberg及其同事在啮齿动物模型中使用凝结物来帮助治愈颅骨中的骨缺损。他们看到凝结水停留在原位，能够提高骨再生的速度和程度。

最近，Alsberg与宾夕法尼亚大学整形外科和生物工程学助理教授Joel Boerckel以及该论文的高级作者合作，将这一想法更进一步。

Boerckel开发了一种独特，灵活的“固定器”。正如矫形外科医生所知，固定器通常是用于在断裂部位稳定骨骼的刚性金属板或杆。这些类型的固定器可以最大限度地减少机械应力损坏时的体积。

Boerckel灵活的固定器可以让Alsberg凝结水中的细胞体验到对刺激增强的软骨和骨骼形成至关重要的压缩力。

研究人员使用大鼠模型来确定骨缺损中存在的机械力如何影响凝结物促进骨再生的能力。当研究人员在他们的股骨缺陷的大鼠中使用冷凝片和柔性固定器时，他们发现与接受冷凝物和僵硬的传统固定器的对照组相比，愈合增强并且骨骼具有更好的机械功能。

“我们从这项研究中开发的设备和技术也可能影响我们在受伤后实施物理治疗的方式，”Boerckel说。“我们的研究结果支持新兴的”再生康复“模式，这一理念将物理治疗和再生医学的原则结合在一起。我们的目标是了解机械刺激如何影响细胞行为，以更好地影响患者的治疗效果，而无需额外的药物或装置。

安娜麦克德莫特，宾夕法尼亚大学的德文梅森和约瑟夫柯林斯;凯斯西储大学的Samuel Herberg和Rui Tang;希望皮尔逊和圣母大学的James Dawahare;波士顿大学的Amit Patwa和Mark Grinstaff以及都柏林三一学院的Daniel Kelly是该论文的共同作者。