伊利诺伊大学芝加哥分校和宾夕法尼亚大学的研究人员开发了一种独特的技术，利用干细胞和柔性可植入骨稳定板来帮助加速大面积骨折或缺损的愈合。

这项技术允许应用于骨折部位的干细胞经历一些机械应力，就像它们在胚胎发育期间一样。这些力可能有助于促进干细胞分化为软骨和骨，并促进骨中其他细胞的再生。

他们的研究成果发表在《科学转化医学》杂志上。

干细胞需要环境线索才能分化成构成独特组织的细胞。芝加哥大学和洛恩希尔大学的生物工程和矫形学教授理查德和埃本阿尔斯伯格解释说，产生骨骼和软骨的干细胞在发育和愈合过程中会受到机械力的影响。

当骨头愈合时，骨折部位附近骨髓中的干细胞首先变成软骨细胞，然后变成骨细胞——最终将骨折编织在一起。当骨折或变形的骨骼之间存在较大的间隙时，将额外的干细胞应用于骨折部位，可以通过积极参与再生过程或刺激相邻细胞的骨形成来帮助骨骼更快地愈合。

然而，要使用干细胞进行骨再生，必须将它们送到缺损部位，并进行适当的区分，以刺激修复。

Alsberg和他的同事开发了一种独特的细胞制剂，可以很容易地处理和操作用于植入，并支持胚胎骨发育过程中发生的细胞分化事件。

在Alsberg的制备过程中，培养干细胞，它们相互连接形成薄片或栓塞。该制剂还包含明胶颗粒，它携带有助于干细胞分化的生长因子。这些块或塞可以被操作和植入，并减少细胞漂移的趋势。Alsberg称这些物质为“冷凝物”。

在以前的研究中，Alsberg和他的同事在啮齿动物模型中使用凝血块来帮助愈合颅骨中的骨缺损。他们看到冷凝物留在原地，可以提高骨再生的速度和程度。

最近，Alsberg与宾夕法尼亚大学整形外科和生物工程助理教授Joel Boerckel以及论文的高级作者合作，将这一想法向前推进了一步。

Boerckel开发了一种独特而灵活的“固定器”。正如整形外科医生所知，固定器通常是刚性金属板或金属杆，用于稳定骨折部位的骨头。当被机械应力损坏时，这些类型的固定器可以最小化体积。

Boerckel的柔性fixator允许Alsberg的冷凝水中的细胞经历压缩力，这是刺激增强的软骨和骨形成所必需的。

研究人员使用大鼠模型来确定骨缺损中存在的机械力如何影响凝血块促进骨再生的能力。当研究人员在他们的股骨缺损大鼠中使用低温恒温器和柔性固定器时，他们发现，与接受冷凝物和刚性传统固定器的对照组相比，愈合得到加强，骨骼具有更好的机械功能。

“我们从这项研究中开发的设备和技术也可能影响我们在受伤后实施物理治疗的方式，”Boerckel说。“我们的研究结果支持新兴的‘再生康复’模式，它结合了物理疗法和再生医学的原理。我们的目标是了解机械刺激如何影响细胞行为，从而更好地影响患者的治疗效果，而不需要额外的药物或设备。

宾夕法尼亚大学的安娜麦克德莫特、德文梅森和约瑟夫科林斯；凯斯西储大学的塞缪尔赫伯格和唐蕊；圣母大学的霍普皮尔逊和詹姆斯达瓦哈尔；波士顿大学的阿米特帕特瓦和马克格林斯塔夫以及都柏林三一学院的丹尼尔凯利是本文的合著者。