文章图片
香港讯香港大学李嘉诚医学院矫形及创伤外科学系团队在医用钛合金表面上 ， 设计了一种独特蜂窝状的纳米级矩阵 ， 能更有效地促进钛合金植入体在体内与骨骼融合 ， 手术后的愈合时间可从六至八个月缩短到二至四个月左右 。 这项发现可以应用在义肢、人工关节以及假牙移植等领域 。 相关研究成果已于《ScienceAdvances》发表 。
【研究背景】
需要截肢的患者通常需要通过手术来装配义肢 ， 其中大部分器械的主要材料为钛合金 。 手术的其中一个目标是尽快实现优越的骨骼与植入体融合 ， 但这种融合大概需时六至八个月 。 根据医学文献记载 ， 宿主骨与植入材料的免疫反应在手术完成后数小时甚为剧烈 。 这些无可避免的免疫反应会在相连的植入材料上构成免疫组织微环境 ， 借此操控着骨骼与植入物融合的成效 。
愈来愈多证据显示 ， 透过植入物的表面信号能够适当地调控免疫组织微环境 ， 加速骨骼与植入物融合 。 不过 ， 植入物表面信号如何调控免疫细胞行为的隐藏机制 ， 至今仍未可考 。
【研究详情】
研究团队在钛合金表面设计了一系列从纳米级到微米级的蜂窝状矩阵结构 ， 让免疫细胞在材料表面空间生长 ， 从而观察其免疫导向分化情况 。 是项研究发现 ， 由于蜂窝状的结构限制了免疫细胞的生长空间 ， 影响到细胞内的骨架结构 ， M0巨噬细胞（一种未被激活的巨噬免疫细胞）为了适应这些表面矩阵 ， 会分化成不同细胞亚型 。
团队发现90纳米的矩阵设计可以通过Rhoa/ROCK信号通路来调控M0巨噬细胞走向M2巨噬细胞分化（一种抗炎的巨噬细胞亚型） 。 简单来说 ， 尺寸为90 nm的纳米矩阵为巨噬细胞生长提供最小的空间 ， 可以加强巨噬细胞在材料表面的黏附能力 ， 从而使Rho 家族的鸟苷三磷酸酶（RhoA、Rac1 和 CDC42）基因上调 ， 激活 RhoA/ROCK信号通路 ， 并且调控M0巨噬细胞向M2亚型极化 。 这种度身订造的免疫组织微环境 ， 有利于间充质干细胞向成骨细胞方向发展 ， 从而实现卓越的骨骼与植入物融合 。
领导这项研究的港大医学院矫形与创伤外科学系杨伟国教授指出：“这些纳米结构可应用于义肢、人工关节甚至假牙移植 ， 令骨骼与植入物的融合时间减少多达三分之二 。 在全关节置换手术中 ， 这些结构亦适用于钴铬合金等植入物材料 。 视乎进一步研究和临床试验结果 ， 这些蜂窝状结构将来有可能用于承载止痛及抗生素等药物 。 ”
【研究团队】
此项研究由港大医学院矫形与创伤外科学系杨伟国教授领导 ， 第一作者为港大医学院矫形及创伤外科学系博士研究生祝亦周 ， 曾跟随杨教授的前港大医学院博士后研究员、现职湖北大学的刘想梅博士 ， 以及华中科技大学的杨操教授为共同通讯作者 。 杨伟国教授团队的研究兴趣包括骨科生物医用材料、肌肉及骨骼组织重生、抗菌感染等 。
【纳米|港大在钛合金表面设计纳米级矩阵，可应用于义肢、人工关节等领域】（《中国基建报》记者 LindaWong 香港报道）
推荐阅读
- 发现难、治愈难，人类什么时候才能攻克癌症？
- 新的文件格式帮助研究人员缩短DNA分析时间
- 2022 年12 个令人兴奋的里程碑事件
- 纳米晶体技术已成功应用于难溶性药物，以克服药物溶解度差的缺点
- 科学家成功地配制了，各种具有溶解和吸收行为优势的纳米晶体制剂
- 水不溶性药物由于溶解度低需要大量有机增溶剂，容易导致不良反应
- 斯坦福科学家用年轻人血液让老年人逆生长27%，或成延寿爆款
- 科学家证明了，纳米悬浮液中的真皮姜黄素纳米晶体，具有更好的皮肤渗透性
- 华林科纳氮化镓的大面积光电化学蚀刻的实验报告
- 出乎意料！2021年全球平均温“重回”3年前，地球是不是降温了？