科学家设计具有天然组织特征的生物混合材料 其性能类似于软骨

据New Atlas报道，当膝盖等关节的软骨受损时，它的愈合速度非常慢。然而，一种实验性的新生物混合材料有一天可以取代它，甚至可以促进新的天然软骨的生长。

设计人工软骨的挑战之一在于这样一个事实，即像它的天然对应物一样，这种材料必须有足够的延展性，可以随着关节的弯曲而弯曲，但也要有足够的韧性来承受不断施加在它身上的负载。

过去，由胶原蛋白、纤维蛋白或透明质酸等天然聚合物制成的物质被提出来作为替代材料，纯粹的合成物质也是如此。据康奈尔大学的科学家称，这两种方法都没有成功结合真正软骨的两个关键品质。

考虑到这一限制，研究人员开发了一种生物混合材料，由悬浮在合成水凝胶中的天然胶原蛋白纤维组成。这种凝胶是两性离子的，这意味着其中的每个离子都带有正电荷和负电荷。

当水凝胶和胶原蛋白最初混合时，凝胶中的离子与胶原蛋白纤维中带正电和负电的离子相互作用，导致后者自我组装成一个像天然胶原蛋白那样的相互连接的网络。因此，所产生的材料是坚韧和有弹性的，但也是柔软和有弹性的。

在实验室测试中，研究人员发现这种生物混合材料“接近”天然关节软骨的性能--它的弹性比没有添加胶原蛋白的齐聚物凝胶高40%，而且它拥有11倍的断裂能（这是衡量耐久性的一个标准）。此外，由于这种新材料具有生物相容性，它可以作为邻近软骨细胞的宿主，这些细胞迁移到其中并进行繁殖。

与Lawrence Bonassar教授一起领导这项研究的副教授Nikolaos Bouklas说：“最终，我们想创造一些用于再生医学的东西，例如一块可以承受一些初始负荷的支架，直到组织完全再生。有了这种材料，你可以用细胞3D打印一个多孔的支架，最终可以在支架周围形成实际的组织。”

这项研究在最近发表于《美国国家科学院院刊》的一篇论文中进行了描述。