マサチューセッツ工科大學(xué)（MIT）の研究チームが、生體幹細胞に塗られたナノ繊維線からなる新しい人體組織代替材料を開発し、正常または一部の運動機能を維持しながら、損傷組織の急速な回復(fù)を助けます。

周知のように、ランニングに熱中する人は膝の健康にとても関心があります。

膝関節(jié)のような肝心な部位が損傷されると、人體の運動機能が大幅に割引され、手術(shù)の修復(fù)、靜養(yǎng)、完全に治癒する時間が短いなら數(shù)週間、長いなら數(shù)年、期間限定の活動しかできません。

開発した新材料は多くの細い糸を束ねたように見えます。

各株には生物適合性のある數(shù)十萬本のナノ繊維が含まれており、それらは特殊な螺旋狀に絡(luò)み合っていて、電話のコントローラー線のように見えます。何度も伸ばしたり曲げたりしても、表面の脆弱な細胞を傷つけないです。材料の表面に幹細胞を塗るのは、ナノ繊維の線に沿って自然に配列して成長することができます。

この研究は「米國科學(xué)アカデミー院刊」（PNAS）に発表された。

ロブスターに觸発された柔らかい素材

研究責(zé)任者のマサチューセッツ工科大學(xué)機械工學(xué)助教授の郭明さんによると、彼はロブスターの腹部の薄い膜に啓発されて、この新しいナノ繊維の紐を発明したのです。

郭明氏のこれまでの研究結(jié)果によると、ロブスターは獨特な腹部組織を持っており、その中の薄膜は靭性が強いだけでなく、強い弾力性を持っており、ゴムのタイヤと同列に論じることもできる。

彼のグループは注意深く観察した結(jié)果，切斷後の組織薄膜は人間が作ったベニヤ板構(gòu)造に類似した層狀構(gòu)造を示すことが分かった。

郭教授は、強靭さに似た柔軟性のある素材を開発できれば、肩や膝など、人體の中でよく伸びる部位に応用できるかもしれないと考えています。

通常、ヒドロゲルは筋肉などの組織を作るためのこの分野で人気のある研究の方向です。

しかし、さらに考えてみると、上に筋肉や他の幹細胞を塗って、人體の組織を回復(fù)させると、ジェルだけでは実現(xiàn)しにくいです。

ヒドロゲルは強い延性を持っていますが、引っ張りながら表面細胞間の接続を切斷し、細胞が死んでしまうためです。

両者の関係はガムがティッシュにくっついてガムを引っ張ると紙を一枚ちぎり、ティッシュを壊してしまいます。

だから、筋肉と腱の回復(fù)を助ける材料を設(shè)計したいです。材料の延性だけでなく、どのように強力に伸ばして細胞を保護するかを考慮しなければなりません。

緊密な螺旋構(gòu)造

人體の中で、本當(dāng)の筋肉の腱の組織は整然と並んでいる蛋白質(zhì)の繊維の束から構(gòu)成して、それらは巻いていっしょに螺旋狀の形を呈して、筋肉の細胞は螺旋狀の構(gòu)造に沿って成長します。

タンパク質(zhì)繊維を引っ張ると、細胞はらせんの方向に回転します。

これこそ研究チームの必要なインスピレーションです。

彼らはその後、人工材料を使ってこの構(gòu)造を複製し、細胞の保護を?qū)g現(xiàn)することを試みました。

まず，研究者は靜電紡糸技術(shù)を用いて，數(shù)十萬本の整列したナノ繊維を作った。

この技術(shù)は高電圧靜電気の影響下で高分子溶液を通して超微細な繊維糸を作製できる。

彼らはセルロースなどの生體適合性の良い材料を使い、人體に移植するのに適しています。

その後、これらの整列した繊維を束ねて、ゆっくりとらせんの形にねじり、もう一度全體を締め付けて、糸のようなものにしました。幅は約0.5ミリです。

これらの糸は最後に、筋肉細胞や間充質(zhì)幹細胞など多くの細胞に包まれます。

スパイラルファイバー糸の調(diào)製とキャラクタリゼーション

郭教授チームはテスト中に、各らせん（巻いた繊維線）を元の長さの6倍まで伸ばした後、ほとんどの細胞が生存できます。そして、引張に従って成長し続けます。

面白いことに、同じ材質(zhì)に細胞を置くと、らせん構(gòu)造がもっと緩い繊維の線上にあると、かえって細胞が生存しにくくなります。

これは緊密な螺旋構(gòu)造が細胞を保護する役割を果たし、緊密に保護するほど効果が良いという意味です。

強い引張の下で螺旋のステントは細胞を保護して損傷を受けないでください。

筋細胞生成促進作用に対してらせん支柱

今後、研究チームは他の生體適合性材料を使って類似の繊維糸を作る予定で、皮膚下の人體損傷組織に移植する試みもある。

ヒドロゲルなどの技術(shù)に比べて、この技術(shù)は弾力のある繊維線が新しい細胞の成長の仮の支柱として機能することができるので、筋肉組織が回復(fù)する過程で、傷を負った部位に一定の運動機能があることが保証されます。また、組織が修復(fù)されると、これらの材料は溶けて、新しくできた細胞と組織だけを殘します。