摘要：将来，实验室里培养的组织也许能够有效治疗损伤的关节部分，如关节软骨、腱和韧带。例如，软骨是一种硬质框架，它呈半环形覆在骨头末端，促使关节平稳运动。生物医学工程师正在研究构建、培养更强韧的软骨和体外天然组织。

软骨等结缔组织由交联的胶原纤维束构成。加州大学戴维斯分校生物医学工程师们发现减少氧气或增加脂氧合酶可以使这些纤维束变得更加强韧。该技术不仅可以用来加固可移植的天然软骨，而且可以用来培养更强韧的人工软骨。（图片提供者：Eleftherios Makris 和 Kyriacos Athanasiou, 加州大学戴维斯分校）

 

将来，实验室里培养的组织也许能够有效治疗损伤的关节部分，如关节软骨、腱和韧带。例如，软骨是一种硬质框架，它呈半环形覆在骨头末端，促使关节平稳运动。生物医学工程师正在研究构建、培养更强韧的软骨和体外天然组织。

 

“工程化人工组织的问题在于它们的机械性能远不及那些天然组织的机械性能，”加州大学戴维斯分校生物医学工程系的博士后研究员、论文第一作者Eleftherios Makris说。Makris是在Kyriacos A. Athanasiou教授的指导下进行研究的。Kyriacos A. Athanasiou教授不仅是生物医学工程系的主任，而且是生物医学工程和矫形外科领域的杰出专家。工程化软骨还没有进行人体测试，现今治疗关节损伤的办法是进行天然组织移植。但Makris说，众所周知，这种方法并不是一个长期的临床解决方案。

 

软骨的主要成分是一种叫做胶原蛋白的蛋白质，这种蛋白质可以保证我们身体中大多数组织的强韧性和灵活性，如韧带、肌腱、皮肤、骨骼等。胶原蛋白由细胞产生，由交联的长纤维组成。

 

新型工程软骨

Athanasiou小组的研究人员将天然软骨进行保存，并培养软骨细胞来制造工程软骨。

 

“在工程化组织里，细胞会首先形成一个不成熟的矩阵，但随着成熟程度的加深，矩阵会变得越来越坚固。”Makris说。

 

膝关节的含氧量通常是很低的。研究人员将天然软骨和工程软骨的氧气减少之后发现，低氧不仅增加了材料的交联性和强韧性，而且导致了赖氨酰氧化酶，而这种酶会进一步催化材料的交联过程，从而使材料更加强韧。

 

“美国国家科学院院刊上有关这类研究的论文大多涉及的是可以用于手术移植的组织和利用组织移植原则制造出的新组织。”Athanasiou说。他还说，尸体上的软骨、肌腱、韧带等因失去机械性能而不能被保存下来，而加州大学戴维斯分校研究出来的方法可以将这些组织进行开发利用，从而使这些组织在完全恢复原有性能的基础上变得更为强韧。Athanasiou认为，未来会有许多组织工程方法利用这种强化技术。

 

文章来源：

以上内容根据加州大学戴维斯分校提供的材料编写。注：材料已被编辑，内容有所删减。

 

参考文献：

E. A. Makris, D. J. Responte, N. K. Paschos, J. C. Hu, K. A. Athanasiou. Developing functional musculoskeletal tissues through hypoxia and lysyl oxidase-induced collagen cross-linking. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2014; DOI: 10.1073/pnas.1414271111