图片说明：图为可渗透纳米结构聚乳酸（PLGA） 膜的扫描式电子显微照片，该膜表面涂有聚合电解质(PEM) 多层膜，释放生长因子促进骨骼修复。图片来源：Nasim Hyder，Nisarg J. Shah
麻省理工学院化学工程师发明了涂层组织支架，促进机体骨骼新生，修复创伤或先天性缺陷。
麻省理工学院化学工程师发明了一种新的可移植组织支架，上面涂有骨骼生长因子，能在几周内慢慢释放骨生长因子。在治疗骨损伤或者骨缺陷时，涂层支架能诱导机体快速形成新骨，新骨和原组织看起来很相似，功能也几乎没有差别。
研究人员说，这种涂层组织支架可以极大提高骨损伤治疗水平，远远超过了目前的治疗水准——将病人体内的骨头从一个部分移植到另一部分，这种治疗过程不仅给病人带来极大的痛楚而且往往还没有足够骨供给。患有严重骨损伤的病人，如战场上负伤的士兵、患有先天性骨缺陷的人（如颅颌面紊乱）以及在插入牙种植体前需要骨增大的病人都可以从新的组织支架中获益。
本篇论文的第一作者 Nisarg Shah博士说，“这真是一个极具挑战性的医学难题，我们尝试过找到其解决方法。”
本文的资深作者Paula Hammond是麻省理工学院科赫研究所综合癌症研究（MIT Koch Institute for Integrative Cancer Research）成员和化学工程系教授。其他作者分别是博士后M. Nasim Hyder 和 Mohiuddin Quadir、研究生 Noémie-Manuelle Dorval Courchesne、Howard Seeherman of Restituo、哈佛大学口腔医学院的Myron Nevins以及Brigham和妇女医院的Myron Spector。
刺激骨骼生长
骨骼生长因子中最重要的两种分别是血小板衍生生长因子（PDGF）和骨形成蛋白-2（BMP-2）。作为自然愈合效应的一部分，PDGF是骨骼损伤（如骨折）后立即释放的首要因子之一。PDGF释放后，其他因子包括BMP-2，通过补充骨细胞形成一个支持结构（包括血管）为骨再生创造适宜的环境。
无法控制生长因子并使其有效传播阻碍了生长因子对骨骼损伤的治疗。大量生长因子过快传递时，它们在治疗处会很快被清除，因而降低组织修复力度并产生副作用。
Hammond说，“我们需要生长因子非常缓慢地以纳克或者微克释放，而不是以毫克的量释放。需要将骨髓中的原成熟干细胞补充到创伤处，然后在支架周围生长骨骼以及血管系统。”
这个过程需要很长时间。理想的情况下，生长因子会在几天或者几周内缓慢释放。为了实现这一目标，麻省理工学院团队创造出了一个非常薄的、可渗透的支架薄片，上面覆盖有PDGF和BMP层。他们采用层层组装技术，首先在薄片上覆盖约40层的BMP-2，在其上是另外40层的PDGF。这使得PDGF释放更快，BMP-2释放更持久，类似自然愈合的过程。
没有参与本次研究的密西根大学（University of Michigan）化学工程学院教授Nicholas Kotov说：“这是骨骼组织工程的主要优势，因为信号蛋白需要缓慢有计划地释放。”
支架薄片约0.1毫米厚，一旦涂上生长因子膜，支架可以在需要的时候从薄片上切除，并且以适当的尺寸植入骨损伤或缺陷处。
有效修复
科学家在老鼠身上测试支架的作用。这些老鼠的颅骨均有缺损，直径长达8毫米，不能自行修复。将支架植入这些老鼠的颅骨缺损处后，生长因子以不同的速率释放。PDGF在植入后最初几天释放，帮助启动伤口愈合效应，并将不同的前体细胞调动到创伤处。这些细胞负责形成新的组织，包括血管、支持性血管结构以及骨骼。
研究人员说，BMP释放更慢，然后诱导一些未成熟的细胞成为造骨细胞。当这两种生长因子共同作用时，这些细胞生成一层骨骼，术后两周，这层骨骼就与自然骨骼在外形和机械性能上几乎没有区别了。
Hammond说，“这种组合首先让我们加速扩散，同时也有利于设定某种血管组织，引导干细胞、前体造骨细胞以及其他参与的细胞进入创伤处或缺陷处完成它们的工作。最终呈现的是非常统一的愈合系统。”
这种方法的另外一个优点是支架的可生物降性，几周内便在机体内分解。支架材料是一种名为PLGA的高分子聚合物，广泛应用于医学治疗，可以调节至特定速率分解，因此研究人员根据时间需求设定相应的支架。
Hammond的团队就这项研究申请了专利，现在打算在更大的动物体上测试该系统，希望最终将该系统推向临床试验。
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