研究人员用实验室培养的组织移植个性化关节置换

2020年10月14日—颞下颌关节(颞下颌关节),形成部分下颚和连接你的下巴头骨,是一个解剖复杂和高度加载结构组成的软骨和骨骼。仅在美国大约有1000万人患有颞下颌关节功能障碍导致出生缺陷、创伤或疾病。目前的治疗范围从类固醇注射只提供一个暂时的缓解疼痛,手术重建使用假肢设备或捐赠组织,并经常未能提供持久的修复。研究人员寻求更好的方法来治疗颞下颌关节,包括调查生物实验室里的颞下颌关节移植可能与本机集成组织,改造联合随着时间的推移,和为病人提供终身的功能。

从哥伦比亚工程多学科小组,哥伦比亚的牙科医学院医学系,路易斯安那州立大学,LaCell LLC和Obatala科学现在生物工程生活cartilage-bone颞下颌关节移植,精确匹配的接收者,生理和解剖。他们最近的研究,发表在今天科学转化医学之前,建立在一系列的发展始于2005年在生物工程功能软骨和骨骼疾病的再生医学和组织模型。

作者使用了尤卡坦半岛minipig建立颞下颌关节重建的方法使用收件人的细胞。团队分离获得的干细胞从少量的脂肪从每个动物,扩大了细胞培养获得足够数量大贪污,诱导成软骨和骨形成细胞。通过成像制导制造,研究者的一块临床应用脱细胞牛骨基质的精确几何修复颞下颌关节。他们注入这个支架与成骨细胞,诱导软骨形成的1毫米厚的表层压实凝聚间充质细胞。他们建造了匹配的生物反应器室,脚手架安装紧密,像一只手在手套。

因为软骨和骨形成在不同环境条件下,颞下颌关节移植的形成需要一个专门的生物反应器提供一个单独的骨头和软骨供应文化媒体两个组织区域。研究人员通过骨骼和流优化的培养基灌注软骨表面为了满足截然不同的营养和生理信号的要求两个组织。一旦所有这些条件都满足要求,团队植入个性化的颞下颌关节移植到实验动物6个月确定移植的能力结构上和功能上取代本地联合。

“我们发现在这个新的工作可能是革命性的,”说,团队的πGordana Vunjak-Novakovic,大学教授,米卡提基础生物医学工程和医学科学教授和牙科医学教授。“这些移植类原生层状外观,集成与周围组织,并提供本地的生物和机械功能。我们相信,这种方法可以扩展到生物工程其它关节,并建立高保真模型研究关节疾病。”

Vunjak-Novakovic指出的大小和概要文件的多机构研究团队18调查人员在生物工程方面的专业知识,手术,干细胞成像,生物反应器设计和数学模型反映了这个转化项目的复杂性,它花了四年才完成。

使用双流式生物反应器的研究是至关重要的。“发展中这种独一无二的生物反应器是工具性的形成复合cartilage-bone移植,“Vunjak-Novakovic说。“每个组织中维护自己的“利基”,同时允许软骨和骨骼之间的通信由扩散因素,就像在我们的身体。Acommodating颞下颌关节是一个额外的复杂形状我们需要克服困难,通过创造性的实验和建模研究。”

研究主要作者大卫·陈和约瑟芬,生物医学工程博士学位的学生在Vunjak-Novakovic的实验室工作,补充说:“看到我们的组织移植的进化是非常令人兴奋的。感觉每一个阶段的一个里程碑,从获得新生,薄层软骨在实验室里,植入后的第一次看到到治好了关节空间,配有一个完全形成,软骨分层”。

巧合的是,这项研究被发表时epiBone,公司推出了Vunjak-Novakovic实验室开发管道的骨,软骨,和复合骨-软骨产品,开始阶段I / II临床研究评估患者的骨产品需要重建下颌骨连续性缺陷。这种临床试验的目的是创造生活骨移植,可以成为一个无缝的病人的身体的一部分,基于本研究的基本技术。

研究人员强调,需要做更多的工作在病人个体化颞下颌关节移植可以成为临床现实。研究需要更长的时间来充分了解组织改造的进展。除此之外,研究人员感兴趣的扩展他们的方法来探索患者人群的多样性和调查颞下颌关节修复的年龄,性别,或者骨骼疾病或相关系统的存在条件。

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