新资料能够经过应用自然愈合方法 驱动伤痕愈合
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报告通讯作者、帝国理工学院生物工程系教授本·阿尔姆奎斯特博士说,从海洋生物到人类都会利用细胞的活动来激发伤口愈合的功能,这项新技术正是模仿这类天然机制,协调伤口中不同种类的细胞活动来加速组织愈合。

该方法适用于不同的细胞类型,因此可用于各种损伤,例如骨折,心脏病发作后的瘢痕组织和受损的神经。尽管目前采取了干预措施,如糖尿病足溃疡,这是非创伤性小腿截肢的主要原因,但伤口无法愈合的患者也迫切需要新技术。

为了更多地了解参与反应的免疫细胞,随后研究生KaitlynSadtler博士与Elisseeff实验室的其他研究人员以及一些癌症免疫学专家一起展开了合作。他们采用手术切除了小鼠的部分大腿肌肉,植入已知在动物体内会促进愈合的一些支架,一周后,相比没有支架的损伤处,植入支架的损伤部位具有更多的白血细胞,其中许多的细胞正在大量生成一种化学信号:白介素-4,IL-4通常是由所谓的2型辅助T细胞所产生。

由于这种载荷分子能与多种伤口周边组织互动,因此可应用于辅助多种伤口和受损组织愈合,例如骨折、心脏病造成的心肌瘢痕和神经损伤等,还有望被应用于辅助像糖尿病肢端坏疽等当前医疗干预无法治愈的受损组织愈合。

在他们的技术的实验室测试期间,他们发现细胞在爬行通过胶原支架时拉动TrAPs。拉动使得TrAPs像鞋带一样解开,以显露和激活愈合蛋白质。这些蛋白质指导愈合细胞生长和繁殖。

Science:再生医学重大突破 图片 1

新华社伦敦1月8日电英国帝国理工学院发布的新研究说,一种特殊材料能通过与伤口周边组织的互动,激活身体内在修复系统,从而促进伤口愈合,有望带来更高效的伤口护理方案。

受伤后,细胞“爬行”通过伤口中发现的胶原蛋白“支架”,就像蜘蛛在网上航行一样。当他们移动时,他们拉动脚手架,激活隐藏的愈合蛋白质,开始修复受损组织。

为了观察这些细胞可能发挥什么作用,研究人员利用经过基因改造缺乏T细胞的小鼠开展同样的实验,结果发现它们的伤口不能产生白细胞介素,也不能像正常小鼠那样愈合。进一步的研究揭示出在伤口位点,Th2细胞激活和教导另一种类型的被称作巨噬细胞的免疫细胞。Sadtler说,“这些T细胞告诉巨噬细胞如何行动,让它们变成促进再生的巨噬细胞。”

人体受伤后,细胞会像蜘蛛在蛛网上移动一样“爬过”伤口里的胶原蛋白“支架”。这种移动会拉动“支架”,“唤醒”里面隐藏的蛋白质,驱动受伤组织愈合。研究人员在实验中利用牵引力激活载荷分子来重现这种自然痊愈方法。

适体目前用作药物,这意味着它们已经被证明是安全的并且针对临床使用进行了优化。因为TrAP利用目前针对人类使用优化的适体,他们可能比从零开始的方法更短的路径。

约翰霍普金斯大学Kimmel癌症中心肿瘤学教授、Bloomberg~Kimmel癌症免疫治疗研究所主任DrewPardoll博士说:“这项研究第一次证实了T细胞在介导组织再生过程中起重要作用。我预测它将被视为一个转折点,将再生免疫学从一个概念转变为一个认真研究的领域。它为开发全新的策略来显着推动组织再生打开了大门。”

当前已有不少用于辅助伤口愈合的医用材料,而科学家希望找到能与身体周边组织互动的生物材料来加速辅助多种类型的伤口愈合。帝国理工学院团队开发了一种名为牵引力激活载荷的全新分子,能激活身体的内在修复系统,促进伤口痊愈。相关成果已刊登在美国《先进材料》期刊上。

研究人员将TrAPs设计为一种重建这种自然疗法的方法。他们将DNA片段折叠成三维形状,称为适体,紧紧贴在蛋白质上。然后,他们附加了一个可定制的“手柄”,细胞可以在一端抓住,然后将另一端连接到胶原蛋白等支架上。

之前的研究提示着巨噬细胞的几种关键的愈合作用:清除死亡或受损的细胞和其他碎片,招募和支持成体干细胞再生组织,以及促进新的血管形成以便促进新组织再生。但是,Elisseeff说,在支架中的Th2细胞所起到的关键作用令人吃惊:这些T细胞有助抵御肠道蠕虫,但在发达国家,肠道蠕虫经常与触发“不好”免疫反应相关联。

英国发明新材料可助力身体伤口愈合

Almquist博士说:“TrAP技术提供了一种灵活的方法来创建与伤口积极交流的材料,并在需要的时间和地点提供关键指导。这种智能,动态的治疗在愈合过程的每个阶段都很有用,有可能增加身体恢复的机会,并且在许多不同类型的伤口上具有深远的用途。这项技术有可能成为伤口修复的指挥,随着时间的推移协调不同的细胞,共同治愈受损组织。 “

以往的一些研究表明巨噬细胞具有几个关键的治疗作用:清除死细胞或受损细胞及其他碎片,招募及支持再生组织的成体干细胞,导致构建新的血管为这一区域的新组织提供燃料。但在支架中2型辅助T细胞发挥的这一关键作用却令人感到惊讶,Elisseeff说:这些细胞可帮助抵御蛔虫,但在已开发的世界中,它们通常与触发“坏”的免疫反应,例如过敏有关。“看到这一信号通路产生了一些有用的东西真有趣。”

据团队介绍,人体细胞在“爬过”牵引力激活载荷分子时产生的拉力能使后者散开,从而更好地与伤口周边相应组织互动,激活具有愈合功能的蛋白,指挥痊愈细胞生长并繁殖,最终加速伤口修复。在实验室测试中,这一新技术展现了很好的效果。

TrAPs相对简单易用,完全是人造的,这意味着它们可以在不同的实验室中轻松重建,并可以扩展到工业数量。它们的适应性也意味着它们可以帮助科学家们为疾病,干细胞和组织发育的实验室研究创造新的方法。

Elisseeff指出仍然需要更多了解免疫细胞如何对可能用作支架的各种生物材料作出反应---一个她的研究团队仍在继续研究的领域。

该研究由工程和物理科学研究委员会和Wellcome Trust资助。

约翰霍普金斯大学和KennedyKrieger研究所的研究人员证明,与过敏症相关联的免疫细胞当与生物材料支架配合使用时会直接让小鼠肌肉损伤愈合。研究成果发表在4月15日《Science》杂志上。

研究人员表示,将TrAPs纳入现有的医疗材料可以彻底改变伤害的治疗方式。来自帝国生物工程系的Almquist博士说:“我们的技术可以帮助推出新一代材料,这些材料能够与组织一起积极地促进愈合。”

蝾螈具有再生完整肢体的惊人能力,科学家们发现,蝾螈的免疫系统是其再生能力的关键,免疫信号能够增强蝾螈脊髓、脑组织甚至部分心脏的再生能力。文章于2013年5月发表在美国国家科学院院刊PNAS杂志上。

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论文共同作者、约翰霍普金斯大学基梅尔癌症中心肿瘤学教授DrewPardoll博士说,“这项研究首次证实T细胞在调控组织再生过程中的核心作用,确实是突破性的。我预测这将会被视作为一个转折点:再生免疫学将从一种想法变成一个值得认真研究的领域。而且它为开发显着增强组织再生的全新策略打开大门。”

现在,Ben Almquist博士和他在伦敦帝国理工学院的团队创造了一种新的分子,可以改变传统材料与身体一起工作的方式。被称为牵引力激活的有效载荷,他们的方法让材料与身体的自然修复系统交谈以促进愈合。

来自约翰霍普金斯大学和KennedyKrieger研究所的研究人员报告称,他们证实当与支持它们的生物“支架”配对使用时,一些一直与过敏症有关联的免疫系统细胞也可以引导小鼠肌肉创伤愈合。

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约翰霍普金斯大学医学院眼科学和生物医学工程学教授JenniferElisseeff博士说:“在以往的研究中,我们看到了对移植到不同的组织或环境中的同一生物材料产生的不同免疫系统反应,这让我们对生物材料激发免疫系统来促进再生的机制产生了兴趣。尽管我们仍有很多的地方需要了解,这项研究向着设计出一些材料来引起一种有益的免疫反应迈出了一步。”

该研究结果发表在今天的Advanced Materials上。

论文通信作者、约翰霍普金斯大学医学院眼科学与生物医学工程教授JenniferElisseeff博士说,“在之前的研究中,我们已观察到对植入到不同的组织或环境中的相同生物材料做出的不同免疫反应,这让我们有兴趣研究生物材料会如何刺激免疫系统,促进再生。我们仍然有很多地方需要学习,但是这项研究在设计生物材料引发有益的免疫反应方面迈进了一步。”

新资料能够经过应用自然愈合方法 驱动伤痕愈合。材料广泛用于帮助愈合伤口:胶原蛋白海绵有助于治疗烧伤和压疮,并且类似脚手架的植入物用于修复骨骼。然而,组织修复过程随着时间的推移而发生变化,因此科学家正在开发生物材料,这些生物材料在愈合发生时与组织相互作用。

根据圣路易斯华盛顿大学医学院在小鼠中开展的一项研究表明,心脏拥有自己的免疫细胞库,能够在损伤后帮助心脏愈合。当心脏受伤时的大多数时候,这些有益的免疫细胞被来自骨髓的免疫细胞所取代,它们聚集于心脏并引发炎症,这会导致进一步损伤。在这两种情况下,这些免疫细胞,不论它们居住在心脏还是从骨髓而来,都被称为巨噬细胞。虽然它们共有一个名字,但是它们起源于哪里,似乎决定了它们对受损心脏是有益还是有害。这一研究结果发表在2014年11月的PNAS杂志上。

这是科学家首次在人造材料中使用不同类型的细胞激活愈合蛋白。该技术模仿自然界中发现的治疗方法。Almquist博士说:“在从海绵到人类的生物中发现使用细胞运动激活愈合。我们的方法模仿它们并积极地与不同种类的细胞一起工作,这些细胞随着时间推移到达受损组织以促进愈合。”

这一发表在4月15日《科学》杂志上的研究成果,进一步证明了免疫系统不仅在对抗感染性疾病和其他疾病中起重要作用,对于推动损伤后的愈合也至关重要。它们还表明,如果设计与免疫细胞“搭档”,所谓的生物材料支架可以更有效地促进愈合。

从实验室到人类

为了了解这些细胞的作用,研究小组对缺乏T细胞的转基因小鼠进行了同样的操作,发现和正常小鼠一样,这些小鼠的创伤部位没有提高白介素的生成及增强愈合。进一步的调查结果揭示,2型辅助T细胞的作用之一是激活和训练损伤部位其他类型的免疫细胞——巨噬细胞。“T细胞告诉巨噬细胞如何行动,使得它们成为促再生巨噬细胞,”Sadtler说。

研究人员还发现,通过改变细胞“手柄”,它们可以改变哪种类型的细胞可以抓住并拉动,让它们根据特定时间点存在的细胞来定制TrAP以释放特定的治疗蛋白质。在这样做时,TrAP产生的材料可以在伤口修复期间的正确时间与正确类型的细胞巧妙地相互作用。

Elisseeff的研究团队设计可生物降解的由诸如胶原蛋白之类的生物材料制作而成的支架,已证实这种支架有望促进受损组织再生,这种促进部分上是支架给身体自己的干细胞提供附着的地方然后开始它们的再生过程。她说,但是在过去的几年,其他的研究团队已发现证据表明这类支架也会促进免疫细胞的愈合活性。

新资料能够经过应用自然愈合方法 驱动伤痕愈合。Elisseeff研究小组设计出了一些由胶原等材料构成的生物可降解支架,通过为机体自身的干细胞提供一个锚定位点,让它们发挥作用,这些支架已在促进受损组织愈合方面显示出前景。Elisseeff说,然而在过去的几年里,其他一些研究小组已发现了一些证据表明,这样的支架还能够激发免疫细胞的治疗活性。

在一项新的研究中,来自美国约翰霍普金斯大学和肯尼迪-克里格研究所(KennedyKriegerInstitute)的研究人员报道,与过敏症相关联的免疫细胞当与生物材料支架配合使用时会直接让小鼠肌肉损伤愈合。这一发现进一步证明免疫系统不仅在抵抗传染性疾病和其他疾病中发挥着关键作用,而且也在损伤后启动愈合过程中发挥着关键作用。研究人员也指出这些设计出的生物材料支架与免疫细胞“形成搭档”时能够更加有效地促进愈合。相关研究结果发表在2016年4月15日那期Science期刊上,论文标题为“Developingapro-regenerativebiomaterialscaffoldmicroenvironmentrequiresThelper2cells”。

Elisseeff指出,对于免疫细胞如何响应可用作为支架的各种类型生物材料,还有许多地方需要了解——这是她的研究小组将继续调查的一个领域。

为了更多地了解所涉及的免疫细胞及其它们的免疫反应,当时还是研究生的KaitlynSadtler与Elisseeff实验室的其他研究人员和癌症免疫学专家一起合作开展研究。他们通过外科手术切除小鼠大腿肌肉中的一部分,然后植入已知促进动物伤口愈合的支架。一个星期后,含有支架的伤口位点要比没有支架的伤口位点拥有更多的白细胞,而且许多白细胞大量产生一种化学信号分子:白细胞介素-4,这种信号分子通常是由所谓的2型辅助性T细胞(type2helperTcell,Th2细胞)所产生的。

在脊椎动物中,激活先天免疫是对损伤的早期应答,这一过程很可能与再生程序有关。然而,此前人们还不清楚先天免疫对再生程序的调控机制。加州大学旧金山分校的科学家们揭示了肌肉修复与先天免疫之间的联系。他们在小鼠中发现,肌肉修复需要免疫细胞与一类祖细胞共同作用,文章发表在2013年的Cell杂志上。

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