弯月再生与3-d印刷种植体

媒体文件:图片3。

NEW YORK, NY (December 10, 2014)—Columbia University Medical Center researchers have devised a way to replace the knee’s protective lining, called the meniscus, using a personalized 3-D printed implant, or scaffold, infused with human growth factors that prompt the body to regenerate the lining on its own. The therapy, successfully tested in sheep, could provide the first effective and long-lasting repair of damaged menisci, which occur in millions of Americans each year and can lead to debilitating arthritis. The paper was published today in the online edition of科学翻译医学。

“目前，骨科医生对撕裂的半月板的再生几乎无能为力，”研究负责人说杰里米毛，DDS，博士他是医学中心的埃德温·s·罗宾逊牙科(骨科外科)教授。“一些小的裂口可以缝合回去，但较大的裂口必须通过手术移除。虽然切除手术有助于减少疼痛和肿胀，但它使膝盖失去了股骨和胫骨之间的自然减震器，这将大大增加患关节炎的风险。”

受损的半月板可以用半月板移植，使用身体其他部位的组织或尸体的组织。然而，这种手术的成功率很低，而且风险很大。美国每年大约有100万例半月板手术。

毛医生的做法开始与MRI扫描的膝盖完好无损完整的半月板。扫描被转换成3-d的图像。从图像数据然后被用于驱动3-d打印机，其产生的支架中的弯月面的精确形状，下至10微米（小于人类头发的宽度）的分辨率。所述的支架，其需要大约30分钟进行打印，由聚己内酯，其也被用于使手术缝合线的生物可降解聚合物。

所述支架被注入带有两个重组人蛋白质：结缔组织生长因子（CTGF）和转化生长因子β3（TGF-β3）。毛泽东博士的研究小组发现这两种蛋白质是连续传递吸引了来自身体和现有的诱导干细胞他们形成半月板组织。

对于弯月正确的形式，但是，蛋白质必须在一个特定的顺序支架的特定区域释放。这是通过在两种类型的缓溶聚合物微球包封的蛋白质，首先释放CTGF完成（以刺激外弯液面的），然后TGFβ3（以刺激内弯液面）。最后，蛋白质注入支架插入到膝盖。在羊，半月板再生大约四到六周。最终，支架溶解并被排出体外。

毛博士说:“这与传统的组织工程不同。传统的组织工程是从人体提取干细胞，在实验室进行操作，然后再返回给病人——这种方法的成功有限。”“相反，我们正在启动体内的过程，使用促进组织再生的内源性干细胞的因素。”

“这项研究，虽然是初步的，演示了一种创新的方法来半月板再生的潜力，”合着者斯科特·罗德奥医师，运动医学整形外科医生和研究员，医院在纽约市特种外科说。“这将有可能成为适用于许多患者每年接受谁半月板切除。”

这一过程在11只羊(它们的膝盖与人类非常相似)身上进行了测试。这些动物被随机分为两组，一组用蛋白质注入的三维支架替换部分膝关节半月板，另一组用不含蛋白质的三维支架替换部分膝关节半月板。三个月后，接受治疗的动物可以正常行走。在尸检分析中，研究人员发现，治疗组再生半月板的结构和力学性能与天然半月板非常相似。他们现在正在进行研究，以确定再生的组织是否持久。

毛博士说:“我们设想个性化的半月板支架，从最初的核磁共振到3d打印，可以在几天内完成。”这些个性化的支架将在一周内被运送到诊所和医院。研究人员希望一旦资金到位就能开始临床试验。

“这些研究为半月板撕裂或退化患者的膝关节使用半月板再生提供了有临床价值的信息，”伊萨卡康奈尔大学兽医学院大型动物外科教授、合著者Lisa Ann Fortier DVM说。“作为这个多学科团队中的一名兽医整形外科医生兼科学家，我预见到有了治疗半月板撕裂的兽医患者的新技术会带来额外的好处。”

这篇文章的标题是，“蛋白释放聚合物支架诱导内源性细胞的分化Fibrochondrocytic对膝半月板再生的羊。”其他出资人常H.李，吕Chuanyong和Cevat Erisken，都在CUMC。特种外科医院的斯科特圈地和康奈尔大学的丽莎·福捷是两个显著的​​合作者。作者声明无经济利益或其他冲突。

这项研究是由美国国立卫生研究院(AR065023和EB009663）联合杰里米毛，斯科特圈地，和丽莎·福捷;北美关节镜学会;美国骨科运动医学学会;和哈里M.茨威格基金会。

哥伦比亚大学医学中心在基础、临床前和临床研究方面具有国际领先地位;医疗卫生科学教育;和病人护理。医疗中心培养未来的领导者，包括内科医生和外科医生学院、梅尔曼公共卫生学院、牙科医学院、护理学院的许多医生、科学家、公共卫生专业人员、牙医和护士的专门工作，艺术与科学研究生院的生物医学部门，以及联合研究中心和机构。哥伦比亚大学医学中心是纽约市和纽约州最大的医学研究企业的所在地，也是东北地区最大的教员医疗实践之一。欲了解更多信息，请访问cumc.columbia.edu或columbiadoctors.org。