image: Two tissue defects were created at each side of the inguinal fat pat. Hydrogels of 80- and 150-Pa, and composite of 150-Pa with the same volume of 1 mL were injected into the defect, respectively. Hydrogels showed transparent whereas composite looked white. At POD 42, hydrogels and composite integrated well with the host tissue. It is hard to differentiate injected materials with the host tissue; even we could identify the material location by suture knots, which were marked after the initial injection (View from top). When lifted up the whole inguinal fat pat, we could identify the injected materials (View from bottom). The composite exhibited the similar shape retention as the 150-Pa hydrogel at POD 42, which was larger than the 80-Pa hydrogel. Scale bar = 10 mm. view more
Credit: Johns Hopkins University and Johns Hopkins Medicine
个由整形外科医生和材料科学家组成的团队在治疗软组织缺损的常见临床问题方面取得了重大进展。他们发明了一种具有良好耐受性并可促进软组织和血管生长的合成软组织替代品。
这种新材料无需过于致密即可保持其形状，克服了当前组织填充物要么太软，要么不够疏松，无法让细胞进入并开始组织再生的困难。该项研究发表在《科学转化医学》中。
约翰•霍普金斯大学医学院整形和重建外科导师，约翰•霍普金斯科技创业公司医学总监Sashank Reddy（医学博士、哲学博士）说："作为整形外科医生，我每天都会遇到因癌症手术、受伤或其他疾病而失去皮肤、脂肪和肌肉等软组织的患者。目前我们的选择仅限于植入物或者从身体其他部位'借用'组织，前者可能会发生纤维化和其他问题，而后者可能导致畸形。"
约翰•霍普金斯大学医学院整形和重建外科临床操作副主席和副教授、医学博士、工商管理硕士Justin Sacks说："大自然厌恶真空，软组织缺损会收缩、变形并充满疤痕。为了重建这些缺损，我们一般通过称为脂肪移植的过程将脂肪从身体的一部分移动到另一部分。移植并不总是会成功，因为通常一半的脂肪移植会在移植后死亡，并且往往很难预测这些手术的效果如何。"
几年前，Reddy和Sacks向Mao提出了以下建议：开发一种可通过创伤较小的手术替换缺失软组织的材料。他们希望找到一种更好的方法来帮助无手术风险的患者。
约翰•霍普金斯大学怀廷工程学院材料科学与工程以及医学院生物工程教授，约翰•霍普金斯大学纳米生物技术研究所副总监Hai-Quan Mao哲学博士说："从工程学的角度来看，这是一个有趣的问题。通常，足够疏松的凝胶状材料太软并且难以保持其形状，而当置入软组织缺损中能够保持其形状的材料通常又太致密并且细胞难以在其上生长。我们确实需要合成一种柔软疏松而又有弹性 一 几乎就像脂肪组织一样的新材料。
他们推断该材料应安全且耐受性良好，因此他们从由透明质酸（人体细胞外基质中天然存在的一种成分）制成的所谓水凝胶入手。此外，在美国已有超过90%的市售美容皮肤填充剂使用了透明质酸。但Mao说，水凝胶自身不能保持具有正确孔隙结构的形状，在体内很容易变形。因此，他们在水凝胶中添加了另一种材料聚己内酯(PCL)纤维，以获得一定的硬度。
发起该项目的约翰•霍普金斯大学生物医学工程研究生Russell Martin哲学博士说："这些纤维大约是人类头发直径的1/100，但即使是这样的大小，我们也必须限制使用量。如果用量太多，所得到的材料会太稠而不能通过细针注射。"
他们将纤维制成短片，将其混合至水凝胶中并通过化学反应，使纤维与水凝胶结合形成所谓的复合材料。
为了使复合材料发挥预期作用，必须匹配材料注射部位周围组织的硬度，同时也要有足够多的孔隙方便组织中的细胞进入。他们发现细胞不仅能够进入复合材料，还可形成看起来像血管的网络。
Reddy说："我们发现复合材料中纳米纤维展开良好且形成了类似于脂肪的结构，所以这真的很令人鼓舞。"
Mao说："作为一名工程师，我们常常发明一些东西，然后尝试让人们使用。在本研究中，需求来自诊所的患者和外科医生，我们发明了该材料，现在正在努力将解决方案带回诊所，相当于绕了一圈。"
该团队希望于一年内在软组织缺损患者中测试这种复合材料。
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Journal
Science Translational Medicine