在日常生活中，交通事故、手術(shù)治療等都可能會(huì)給人體帶來創(chuàng)傷和組織缺損。修復(fù)創(chuàng)傷、組織再生甚至器官再生一直是生物領(lǐng)域科學(xué)家努力攻克的難題。
在第十一屆北京生命科學(xué)領(lǐng)域?qū)W術(shù)年會(huì)上，中科院遺傳與發(fā)育生物學(xué)所研究員戴建武作了題為《生物材料、干細(xì)胞與組織再生》的報(bào)告。這份報(bào)告介紹了他的多項(xiàng)研究工作，令人對創(chuàng)傷修復(fù)領(lǐng)域的進(jìn)展感到振奮。
膠原膜：引導(dǎo)組織再生
再生醫(yī)學(xué)、組織工程中經(jīng)常會(huì)提到“支架”這個(gè)名詞。它在創(chuàng)傷修復(fù)中起什么作用？戴建武用了一個(gè)通俗的比喻來解釋：就像蓋房子一樣，要先搭好架子，之后才能在上面添磚加瓦。對于組織工程來說，支架提供了一個(gè)有利于細(xì)胞黏附、增殖、分化及組織再生的環(huán)境。
用來做支架的生物材料有很多種，包括天然生物材料、合成有機(jī)高分子材料等。戴建武實(shí)驗(yàn)室主要關(guān)注天然生物材料中的膠原蛋白。
談及選擇膠原蛋白的原因，戴建武表示主要有兩點(diǎn)：一是它的來源很廣泛，牛、豬等動(dòng)物皮膚、肌腱上蛋白總量大部分都是膠原，以牛的肌腱來說，其總蛋白中85%都是膠原蛋白；二是它是一種結(jié)構(gòu)蛋白，并且動(dòng)物的與人的相似度非常高，都是細(xì)胞外基質(zhì)的主要成分。
在戴建武的實(shí)驗(yàn)室里，《科學(xué)時(shí)報(bào)》記者見到了兩種膠原膜材料：一種是膠原海綿，其主要用途是止血。另一種是可以用于縫合的膠原膜，它具有一定的力學(xué)強(qiáng)度。
關(guān)于膠原海綿的應(yīng)用，戴建武介紹了他的研究團(tuán)隊(duì)曾經(jīng)研制膠原顆粒用于戰(zhàn)傷如刺刀、子彈等貫通傷的治療。在這項(xiàng)研究中，研究人員將膠原制成顆粒狀，可以直接用于深度創(chuàng)面的處理。膠原具有很好的凝血作用，在止血的同時(shí)可以促進(jìn)組織再生。
而可用于縫合的膠原膜材料，其用途更為廣泛，在人體內(nèi)降解速度較慢。目前，臨床應(yīng)用中，疝氣病人的治療過程中就可以使用這種材料。由于疝氣病人腹壁肌缺損，可使用這種具有一定力學(xué)強(qiáng)度的膠原膜來填補(bǔ)。由于這種膠原膜沒有使用任何化學(xué)交聯(lián)劑，所以在體內(nèi)的降解速度與再生同步，可以非常有效地引導(dǎo)組織再生。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明其可以引導(dǎo)腹壁肌的再生。煙臺(tái)正海生物技術(shù)有限公司已將這種膠原膜研制出三個(gè)國家藥品食品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)生產(chǎn)的再生醫(yī)學(xué)產(chǎn)品，分別用于口腔組織損傷修復(fù)，皮膚損傷修復(fù)和硬腦膜缺損修復(fù)。已將用于三萬多組織損傷病人，證明其有良好的組織再生引導(dǎo)作用。
戴建武介紹，這兩種膠原蛋白材料對于組織的再生具有引導(dǎo)作用。對于修復(fù)比較快的組織例如皮膚組織，使用支架就可以滿足人體對再生速度的要求了。
結(jié)合生長因子的功能材料：主動(dòng)加速生長
實(shí)際上，人體內(nèi)有些組織與皮膚組織不同，其修復(fù)是需要加快再生速度的。上面提到的這兩種膠原膜材料只具有引導(dǎo)作用，并不具有生物活性誘導(dǎo)作用。如果要達(dá)到加快組織再生和創(chuàng)傷修復(fù)的目的，就需要另外一個(gè)因素——生長因子。生長因子可以大大加速創(chuàng)傷修復(fù)的速度，在創(chuàng)傷修復(fù)過程中發(fā)揮著重要作用。
戴建武告訴記者，膠原材料與生長因子可以相輔相成地促進(jìn)和提高創(chuàng)傷組織的修復(fù)速度和質(zhì)量。因此，膠原材料與生長因子相結(jié)合構(gòu)成的功能材料在創(chuàng)傷修復(fù)領(lǐng)域越來越顯示出獨(dú)特的優(yōu)越性能。這種結(jié)合生長因子的功能材料不像單純的膠原材料只是被動(dòng)地引導(dǎo)創(chuàng)傷組織修復(fù)，而是一種能主動(dòng)對機(jī)體的理化或生理過程產(chǎn)生影響的生物活性材料。
戴建武的實(shí)驗(yàn)室提出了獨(dú)特的以膠原蛋白為基質(zhì)結(jié)合生長因子的功能生物材料。這一材料與傳統(tǒng)上制作的功能材料具有很大的差異。
傳統(tǒng)上，研究人員在做功能材料時(shí)，只是將生長因子與生物材料簡單混合。當(dāng)把這種材料移植到人體內(nèi)，由于體液的作用，造成生長因子的自由擴(kuò)散，會(huì)導(dǎo)致三方面不利因素：一是要達(dá)到修復(fù)效果，需要增加生長因子用量，提高成本；二是過量使用生長因子可能會(huì)有副作用；三是由于生長因子擴(kuò)散可能導(dǎo)致材料周邊組織生長不均勻。
戴建武及其研究團(tuán)隊(duì)通過基因工程，使生長因子與膠原蛋白特異結(jié)合，成為膠原結(jié)合體，構(gòu)成獨(dú)特的功能系統(tǒng)，能夠達(dá)到局部富集高濃度的目的，使材料用量減少且組織再生均勻。
該團(tuán)隊(duì)開發(fā)的骨修復(fù)材料就是這種功能材料，是由含膠原的骨材料和能與膠原結(jié)合的人骨形態(tài)發(fā)生蛋白（BMP-2）復(fù)合而成。BMP-2是現(xiàn)今發(fā)現(xiàn)的骨形態(tài)發(fā)生蛋白家族成員中誘骨作用最為明顯、研究得最為深入細(xì)致的骨生長因子。
該團(tuán)隊(duì)研究人員采用基因工程技術(shù)，使BMP-2與膠原蛋白特異結(jié)合，移植到人體后，在較長時(shí)間內(nèi)能夠保留在生物材料上，能定向引導(dǎo)骨組織再生和有效修復(fù)缺損的骨組織，從而獲得優(yōu)異的骨修復(fù)效果，具有超越目前市場上活性骨材料的優(yōu)勢。該技術(shù)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。目前，這一新型骨修復(fù)產(chǎn)品正在國家藥監(jiān)局進(jìn)行檢測，計(jì)劃于明年完成臨床前試驗(yàn)。這一創(chuàng)新性的工作是中科院知識(shí)創(chuàng)新工程重要方向性項(xiàng)目，也是產(chǎn)學(xué)研結(jié)合較好的一項(xiàng)工作。
談起這一技術(shù)的未來前景，戴建武表示，由于骨折、創(chuàng)傷、腫瘤切除等導(dǎo)致的骨缺損是臨床上很常見的問題，骨修復(fù)市場需求巨大。這一技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化后，將帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
類似的應(yīng)用還包括脊髓損傷修復(fù)，它是臨床上常見的嚴(yán)重中樞神經(jīng)損傷。實(shí)際上，神經(jīng)損傷與皮膚損傷具有很大的差異性。神經(jīng)一旦損傷，將會(huì)形成抵制神經(jīng)再生的環(huán)境，因而是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的重要難題。
為了解決這一難題，實(shí)驗(yàn)室研究人員利用大鼠建立了相關(guān)模型，并開發(fā)出多功能神經(jīng)修復(fù)材料。這一多功能材料包括：有序膠原材料提供神經(jīng)再生的支架和導(dǎo)向；與膠原蛋白特異結(jié)合的基因工程重組人腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（CBD-BDNF）提供了神經(jīng)保護(hù)功能；EGF受體抑制劑可減少抑制神經(jīng)再生信號(hào)的作用。通過多種策略的聯(lián)合應(yīng)用，營造出適合神經(jīng)再生的環(huán)境。
據(jù)戴建武介紹，在大鼠試驗(yàn)中已經(jīng)證實(shí)，該材料能夠有效促進(jìn)脊髓損傷后神經(jīng)再生和恢復(fù)神經(jīng)電位的傳導(dǎo)。目前，該研究在大動(dòng)物身上的試驗(yàn)也在進(jìn)行中。
自體干細(xì)胞：未來最安全的方法
隨著再生醫(yī)學(xué)的發(fā)展，干細(xì)胞治療成為當(dāng)前最熱門的研究方向。人體內(nèi)存在著一定數(shù)量的組織干細(xì)胞或前體細(xì)胞，它們具有多向分化潛能，是參與組織再生和創(chuàng)傷修復(fù)的種子細(xì)胞。
目前，干細(xì)胞治療有很多應(yīng)用?，F(xiàn)在流行的美容整形就是其中之一。戴建武認(rèn)為，未來臨床治療，最安全、方便的應(yīng)該是利用自體干細(xì)胞修復(fù)組織損傷。
如何在組織再生與創(chuàng)傷修復(fù)過程中有效利用自體組織干細(xì)胞仍是一個(gè)亟待解決的問題。
對此，戴建武表示，最大限度地利用干細(xì)胞的思路應(yīng)該是使用能夠吸引和捕捉自體干細(xì)胞的膠原材料來參與組織再生。也就是說，大多數(shù)組織缺損的干細(xì)胞移植是需要載體的。當(dāng)然，有些時(shí)候干細(xì)胞移植不需要，例如白血病的治療等。因而，戴建武實(shí)驗(yàn)室確定的一個(gè)研究方向就是干細(xì)胞載體研究。
在研究中，實(shí)驗(yàn)室研究人員研制出了能捕捉組織干細(xì)胞的膠原材料。在小鼠模型上，研究人員利用該膠原材料修補(bǔ)小鼠缺損的心肌組織，證實(shí)其能有效捕捉和富集自體組織干細(xì)胞，并能有效促進(jìn)心肌組織再生。目前，戴建武的研究團(tuán)隊(duì)正在進(jìn)行相關(guān)的大動(dòng)物試驗(yàn)，臨床應(yīng)用將會(huì)在不遠(yuǎn)的將來進(jìn)行。
除了心肌組織再生外，褥瘡病人的組織修復(fù)也可采用此類材料。
自體干細(xì)胞修復(fù)為人類創(chuàng)傷修復(fù)展現(xiàn)了美好的應(yīng)用前景，或許在不遠(yuǎn)的將來，再生器官也不再是人類的夢想。
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