通常情况下，当人体受伤或发生轻微骨折时，身体会立即启动自愈程序。血液将迅速涌向受伤部位，启动凝血机制，并形成被称为再生血肿（RH）的结构。RH 是一个高度复杂且动态的微环境，其中包含了血小板、白细胞、各种生长因子以及蛋白质等众多成分，并协同进行组织的修复与重建。
在多数情况下，这一自然修复过程能够使伤口逐渐愈合，骨折部位逐步恢复正常功能。然而，当人体遭遇严重的损伤，如大面积骨折或深度创伤时，人体自身的自愈能力却往往难以实现理想的修复效果。
尽管传统的治疗方法如植入金属固定装置或使用骨移植材料，能在一定程度上能够帮助恢复骨骼的结构，但也存在诸多问题。如金属固定装置可能会引起感染、排异反应，并且在骨折愈合后还需要二次手术取出；骨移植材料虽然具有一定的生物相容性，但来源有限，且可能存在免疫排斥的风险。
为了令患者创伤得到更好的修复，近日，诺丁汉大学 Alvaro Mata 科研团队展开了一项全新的研究，研究成果发表于 Advanced Materials。在这项研究中，研究人员提出了一种创新性的方法，即利用患者自身的血液制备植入物，模拟 RH 结构，为严重损伤的修复，尤其是骨折治疗带来了全新的思路和解决方案。
该研究的核心创新点在于引入了一种特殊的合成蛋白——肽两亲体（PAs）。PAs 具有独特的分子结构，其分子的不同区域分别具备亲水性和疏水性，这使得它们能够在血液环境中自组装形成纳米纤维结构。这些纳米纤维如同细密的支架，与血液中的细胞和蛋白质成分相互交织，形成出一种具有良好性能的复合材料。
研究团队证明，新材料可以发挥常见的 RH 功能，例如招募愈合细胞和产生生长因子，同时还易于组装和操作。这些结构甚至可以使用患者自己的血液样本，通过 3D 打印成任何患者需要的形状。此外，该材料保留了正常的血小板行为，产生了持续的生长因子来源，并支持间充质基质细胞、内皮细胞和成纤维细胞的体外生长。
图｜肽两亲体（PAs）可与血液成分形成负荷材料
因此，通过精心设计 PAs 的分子结构，研究人员将能够精准调控其与血液成分的相互作用，从而实现对植入物性能的定制化，以满足不同患者和各类损伤的特定需求。
在实验研究阶段，科研团队首先对多种类型的 PAs 与血液成分之间的相互作用进行了系统深入的探究，他们发现带正电荷的 PAs 能够迅速与血液中的蛋白质发生反应，促使溶液快速形成凝胶状物质。基于这一特性，研究人员将特定的 PAs 与患者血液样本进行混合，成功制备出具有良好可塑性和生物相容性的 PA-血液凝胶。这种凝胶不仅在组成和结构上模拟了天然的 RH，更重要的是，它能够有效地模拟 RH 的生物学功能，如招募修复细胞并促进生长因子的释放，为组织再生创造有利条件。
为了全面评估这种新型材料的生物学性能，研究团队开展了一系列体外细胞实验。他们将成纤维细胞、内皮细胞以及间充质干细胞等与 PA-血液凝胶共同培养，观察细胞在凝胶表面的行为和反应。实验结果表明，这些细胞在凝胶表面能够良好地粘附、增殖并进行迁移活动，这意味着 PA-血液凝胶为细胞提供了一个高度适宜的生长和活动环境，有助于促进组织再生过程。
图｜PA-血液凝胶可为多种细胞提供良好修复微环境促进组织再生
在动物实验环节，研究团队选用老鼠作为实验模型，通过手术在老鼠头骨上制造出一定尺寸的骨缺损模型，模拟人类严重骨折的病理状态。随后，研究人员将老鼠自身血液中制备的 PA-血液凝胶植入到缺损部位，并同时设置了使用市售骨替代品的对照组和未进行任何处理的空白对照组。
图｜应用 PA-血液凝胶的动物骨损伤修复效果良好
经过长达六周的密切观察和详细分析，实验结果令人振奋！接受两种配方 PA-血液凝胶治疗的老鼠，其头骨缺损部位新骨形成率分别为 62% 和 56%，显著高于使用市售骨替代品的对照组（50%），而空白对照组的新骨形成率仅为 30%，充分证明了了 PA-血液凝胶在促进动物骨组织再生方面有着良好的效果。
尽管 PA-血液凝胶前景光明，但在将其广泛应用于临床之前，仍存在一些挑战。例如，个体间血液成分的差异可能会影响材料的性能。此外，目前还不完全清楚这些发现将如何很好地应用于人类细胞。
另一个挑战在于扩大这些个性化材料的生产规模。虽然 3D 打印方法有望实现定制形状，但将该技术整合到标准临床工作流程中的可行性仍需要进一步探索。开发用户友好的设备，让临床医生能够直接从患者血液样本中创建这些植入物，可以简化流程，使其更容易被更广泛的医疗机构所接受。
总而言之，尽管该项技术目前还未应用于人体临床实验，但却为再生医学领域带来了全新的思路和方法，对于患者而言，由于植入物是由患者自身血液制成，大大降低了免疫排斥的风险，患者的康复过程可能会更加顺利，恢复时间也可能会缩短。这意味着未来在面对骨折等严重损伤时，患者们或许将多一种更加个性化、安全且有效的治疗选择。
相信在未来，随着研究人员对该项技术的进一步探索，在骨缺损修复、关节损伤治疗、甚至是软组织再生等方面，类似的技术或许都可以得到应用和拓展，造福更多的创伤患者！
参考文献：
1.https://newatlas.com/medical-devices/blood-implant-repair-broken-bone/
2.https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202407156
