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PNAS揭示再生医学新力量!完美助力骨骼肌修复

2016/01/31 来源:生物探索
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导读
哈佛大学Wyss生物启发工程研究所的工程师和生物医学专家们展开合作,共同致力于将工程学和机械力学应用于骨骼肌再生医学,并成功证明机械驱动疗法(mechanically-driven therapies)能够通过直接的物理刺激促进骨骼肌再生,有望增强或者替代药物治疗。


哈佛大学Wyss生物启发工程研究所(WyssInstitute for Biologically Inspired Engineering)的工程师和生物医学专家们展开合作,共同致力于将工程学和机械力学应用于骨骼肌再生医学,并成功证明机械驱动疗法(mechanically-driven therapies)能够通过直接的物理刺激促进骨骼肌再生,有望增强或者替代药物治疗。相关研究成果于1月25日发表在PNAS期刊。

哈佛大学生物工程学专家David Mooney、哈佛工程和应用科学学院(SEAS)副教授、软机器人专家Conor Walsh和Berlin-Brandenburg 中心再生医学专家Georg Duda作为项目共同负责人,带领研究团队撇开传统的治疗思路,不走药物或者细胞治疗线路,尝试将物理和力学应用于生命医学。

机械治疗促进骨骼肌修复,有望成为再生医学的新力量!

骨骼肌分布于头、颈、躯干和四肢,约占体重的40%,通过收缩牵引骨骼运动,是人体运动技能的动力支撑。同时,骨骼肌还是人体糖分主要的储存场所,承担了71%以上糖分的储存,对人体血糖平衡具有极其重要的缓冲作用。

虽然轻微的撕裂或者擦伤,骨骼肌可以自行修复。但是,由交通事故、手术等原因造成的创伤或者神经损伤,却是骨骼肌无法自我修复,且会留下严重瘢痕、肌纤维,甚至导致肌肉功能丧失。

那么如何通过医疗措施辅助修复过程呢?过去,通常采用药物或者细胞治疗,大多数肌肉再生都依赖于化学药物。现在,哈佛SEAS团队将机械学、工程力学和软机器等物理学和力学知识融合,构建出两套机械设备进行治疗:

(1)生物可容的植入式磁性凝胶,称作“双相磁性凝胶” (biphasic ferrogel):能够通过植入方式与受损组织相连,磁性凝胶会接受到磁脉冲后可以循环刺激受损肌肉,促进其修复。

(2)外置式软机械外压套囊:以非侵入方式套在受伤部位外侧,当空气进入套囊形成脉冲,可以规律地按摩肌肉。

为了验证其可行性,研究人员以肌肉损伤的老鼠和后肢缺血的老鼠作为模型,分别接受两种机械设备进行治疗。

两周后,无论是磁性凝胶还是软机械外压套囊都能够显著促进肌肉再生、消减疤痕,且两种治疗方案的效果类似,相比于传统疗法效率都提高了两倍半。由此证明:机械刺激可以促进骨骼肌再生,且非侵入式外压套囊有望能够应用于骨骼肌修复!

为什么会出现显著的疗效呢?研究人员分析,对肌肉组织进行规律的外力刺激,能够增加氧气、营养物质、水分的供给,同时还能够加快受损组织中有害物质的排出。

骨骼肌修复最新研究的亮点在于,相比于药物或者细胞疗法,机械治疗能够更有效地促进骨骼肌修复,由此打开了骨骼肌再生医学的新篇章。

研究人员表示,机械治疗加强肌肉再生、减少疤痕生成的理念和技术在疾病治疗、损伤修复等领域有着重要潜能。现在的挑战是将该技术从试验台走向病房,实现临床转化,真正对健康事业产生积极影响。

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