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How it works

​人工软骨

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软骨是一种重要的结缔组织,主要存在于关节中,在提供缓冲和促进平滑运动方面起着至关重要的作用。然而,人体软骨的固有再生能力有限,因此很容易受到创伤、退行性疾病和自然衰老过程的损害。这种脆弱性通常会导致骨关节炎等疾病,其特点是软骨退化、疼痛和关节僵硬。

人造人体软骨具有改善关节功能、增强缓冲性和恢复活动能力的潜力。在再生医学领域,它在组织再生中发挥着重要作用,利用生物材料和干细胞促进受损软骨的修复和复原。在研究中,我们利用 Auto-QRS 对人工软骨样本进行了全面的多成分定量分析。通过三维定量评估,我们深入了解了各种生物分子在不同生长阶段的行为,为培养过程提供了重要指导,并最终提高了人造软骨的存活率。我们研究了生长三周和九周的人体组织工程软骨(hTEC)样本中八种生物分子成分--骨胶原、胶原蛋白、弹性蛋白、纤连蛋白、糖原、层粘连蛋白、不饱和脂质和饱和脂质的含量。我们的分析揭示了有关 hTEC 向人体弹性软骨成熟的有趣发现。


比较这两个时间点,我们发现在九周的 hTEC 样品中,凝集素、总胶原蛋白、弹性蛋白、糖原、层粘连蛋白和饱和脂质的含量都有所增加,这表明人类耳廓软骨有成熟的趋势。有趣的是,我们在九周的 hTEC 样品中检测到了纤连蛋白,而这种成分通常不存在于人类耳廓软骨中。相反,与人类耳廓软骨相比,九周 hTEC 样品中不饱和脂质、总胶原蛋白和弹性蛋白的含量相对较低。此外,与九周的 hTEC 样品相比,整个人耳廓软骨中 聚集蛋白聚糖和总胶原蛋白的分布似乎更均匀。


这些发现表明,软骨在九周的时间点可能还没有完全成熟,这表明在考虑移植前可能需要更长的培养期。为了更深入地了解 hTEC 的成熟过程并优化培养条件,以获得更成熟、功能更强的软骨构建物用于移植,有必要开展进一步的研究。

值得注意的是,我们的研究发现了一个意想不到的现象:人造软骨样本中的糖原在植入六周后几乎完全耗尽。这种糖原耗竭现象是传统生物分析方法中从未报道过的,对人工软骨培养的成功具有重要指导意义。

这些意想不到的结果让我们推测,糖原的消耗速度可能对人造软骨培养的整体成功起着决定性作用。通过揭示这一关键因素,我们的研究强调了监测和了解生物分子之间错综复杂的相互作用及其对人造软骨结构的长期存活性和功能性的影响的重要性。

我们的发现为进一步研究糖原耗竭在人工软骨培养和存活过程中的作用开辟了途径。利用 Auto-QRS 等先进的分析工具,我们的目标是揭示潜在的机制,并制定策略来提高人工软骨培养的成功率和寿命。最终,这项研究有可能彻底改变组织工程领域,从而开发出更坚固耐用、临床可行的人工软骨结构,造福全球患者。

X. Zhao, et al , “Ultra Quantitative Raman Analysis of Artificial Ear Cartilage”, To be submitted, 2023.

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