植入體有望更快與骨骼融合

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不少人在各種意外中受傷或因不同原因而需要裝置義肢或植入人工關節,從手術至愈合往往需要半年以上,香港大學利用新技術加快骨骼與植入體融合,縮短愈合時間!

港大學李嘉誠醫學院矯形及創傷外科學系團隊在醫用鈦合金表面上,設計了一種獨特蜂窩狀的納米級矩陣,能更有效地促進鈦合金植入體在人體內與骨骼融合,手術後的愈合時間可從六至八個月縮短到二至四個月左右。這項發現可以應用在義肢、人工關節以及假牙移植等領域。相關研究成果已於《Science Advances》發表。

比起其他表面,細胞在90納米表面上伸出更多絲狀偽足。

需要截肢的患者通常需要通過手術來裝配義肢,其中大部分器械的主要材料為鈦合金。手術的其中一個目標是盡快實現骨骼與植入體的融合,但這種融合大概需時六至八個月。根據醫學文獻記載,宿主骨與植入材料的免疫反應在手術完成後數小時甚為劇烈。這些無可避免的免疫反應會在相連的植入材料上構成免疫組織微環境,操控著骨骼與植入物融合的成效。

愈來愈多證據顯示,透過植入物的表面信號能夠適當地調控免疫組織微環境,加速骨骼與植入物融合。不過,植入物表面信號如何調控免疫細胞行為的機制,至今仍未可考。

M0分化成M2

90納米的蜂窩狀結構通過Rhoa/ROCK信號通路調控M0巨噬細胞走向抗炎的M2巨噬細胞分化。

研究團隊在鈦合金表面設計了一系列從納米級到微米級的蜂窩狀矩陣結構,讓免疫細胞在材料表面空間生長,從而觀察其免疫導向分化情況。是項研究發現,由於蜂窩狀的結構限制了免疫細胞的生長空間,影響到細胞內的骨架結構,M0巨噬細胞(一種未被激活的巨噬免疫細胞)為了適應這些表面矩陣,會分化成不同細胞亞型。

研究團隊發現90納米的矩陣設計可以通過Rhoa/ROCK信號通路來調控M0巨噬細胞走向M2巨噬細胞分化(一種抗炎的巨噬細胞亞型)。簡單的說,尺寸90nm的納米矩陣為巨噬細胞生長提供最小的空間,可以加強巨噬細胞在材質表面的黏附能力,從而使Rho家族的鳥苷三磷酸酶(RhoA、Rac1和CDC42)基因上調,激活RhoA/ROCK信號通路,並且調控M0巨噬細胞向M2亞型極化。這種度身訂造的免疫組織微環境,有利於間充質幹細胞向成骨細胞方向發展,從而實現骨骼與植入物的融合。

需要植入人工關節者受益

領導這項研究的港大醫學院矯形與創傷外科學系楊偉國教授指出:「這些納米結構可應用於義肢、人工關節甚至假牙移植,令骨骼與植入物的融合時間減少多達三分之二。在全關節置換手術中,這些結構亦適用於鈷鉻合金等植入物材料。視乎進一步研究和臨床試驗結果,這些蜂窩狀結構將來有可能用於承載止痛及抗生素等藥物。」

適當的免疫反應對成功植入生物材料至關重要,是項研究不啻為需要截肢及關節置換患者得到更佳復原時間帶來裨益!3

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