工程学院

组织工程的进展

犹他大学肌腱组织工程实验室为学生提供合作研究和资助机会

肌腱连接肌肉和骨骼，对我们身体站立的能力至关重要, 运行, 坐, 跳起来，或者拖着我们的骷髅到处跑.

肌腱损伤的数量正在增加, 影响运动员和非运动员, 肌腱愈合很差，并伴有功能失调的疤痕组织.

“通过应用生化因素和机械拉伸的正确组合, 我们认为我们可以将这些干细胞分化成肌腱,席勒说. “但我们并不真正了解它是如何发生的, 或者这些机械力是如何影响细胞行为的, 所以我们真的在努力了解这背后的过程.” Nate Schiele，生物工程助理教授

在过去的30年里，研究一直集中在开发利用干细胞的工程组织替代和再生疗法上. 但对这些纤维索背后的基本生物学理解有限, 包括它们是如何发展的, 以及调节干细胞成为肌腱组织的因素, 称为肌腱分化, 继续挑战这项研究的进展.

最早用于识别肌腱细胞的肌腱特异性蛋白质标记之一于2001年被发现，此后取得了进展, 但仍有许多未解之谜.

目前，犹他大学生物工程系助理教授内森Schiele的实验室的研究旨在了解引导肌腱组织形成和肌腱干细胞分化的机制，最终设计肌腱组织替代和再生治疗. 他的实验室是国内为数不多的专注于肌腱组织工程的实验室之一. 这项研究于2015年开始，目前正在进行中.

Schiele实验室的本科生和研究生合作工作, 从生化实验中研究肌腱, 从细胞和力学的角度来理解调节肌腱干细胞分化和肌腱形成的因素.

实验室汇集了各个层次的学生, 通过许多不同的资源提供资金, 包括美国国立卫生研究院, 爱达荷IDeA生物医学研究卓越网络(INBRE), 巴勒斯惠康基金, 贝克曼365滚球官网计划, 伊利诺伊大学工程学院本科生研究和365滚球官网项目办公室.

据报道，在美国有超过1600万人肌腱受伤.S. 每年.

因为肌腱经历重复的运动并承受如此大的机械负荷, 他们很容易受伤, Schiele说. 一旦受伤, 治疗可能包括通过手术缝合肌腱, 然后是康复治疗. 再破裂是常见的，患者很少能恢复他们曾经拥有的机械强度.

对席勒来说，这种预测令人生畏. “我喜欢徒步旅行、滑雪和骑自行车, 所以对肌腱进行治疗在一定程度上是自私的，因为它们对积极的生活方式至关重要,席勒说. “我想继续做这些活动, 即使我老了, 所以对我来说，除了缝线之外，有另一种治疗方法似乎是个好主意.”

他的主要研究重点是更好地理解引导肌腱组织形成和肌腱干细胞分化的机制，最终设计肌腱组织替代和再生治疗.

干细胞面临的挑战之一, Schiele说, 是从人的骨髓或脂肪组织中提取并注入损伤部位进行再生吗, 它们可能保持不变. 这意味着细胞, 它们有可能在体内复制各种类型的细胞, 可以区分任何数量的血统轨迹-骨, 软骨, 肌肉, 脂肪或肌腱, 对病人有很大风险. 因此, 诱导干细胞向肌腱方向分化需要策略, 用于再生肌腱治疗之前.

席勒和他的学生研究小组正试图在实验室中确保功能性肌腱组织的适当分化. 这样的发现最终将使医生能够从病人身上提取干细胞, 在实验室中将它们分化成肌腱细胞, 将它们放在一个模拟肌腱机械强度的工程组织支架上, 再缝合回病人体内.

“对于那些有过重大创伤的人来说, 比如跟腱断裂, 我们的目标是用类似肌腱细胞的机械功能肌腱替换或增强受伤组织,席勒说.

存在许多因素可能最终将干细胞推向理想的谱系——细胞的形状, 电池所在结构的刚度, 细胞所处的生化环境和生长因子, 机械力, 比如拉伸, 它经历了什么.

席勒的研究小组正在研究最后两个因素.

“通过应用生化因素和机械拉伸的正确组合, 我们认为我们可以将这些干细胞分化成肌腱,席勒说. “但我们并不真正了解它是如何发生的, 或者这些机械力是如何影响细胞行为的, 所以我们真的在努力了解这背后的过程.”