材料療法的突破：用食用海藻「培養」血管

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在肌肉中注射海藻衍生水凝膠後新形成血管的熒光顯微鏡圖像。綠色的是血管，藍色的是細胞核。圖片來源： Aurelien Forget

當我們的皮膚或肌肉上有小傷口時，它們通常可以自行癒合。但是更深層的傷口，如糖尿病患者或在心臟病發作後的肌肉組織中，修復就變得困難了。此類問題通常需要更複雜的治療，如果癒合不完全的話，最終可能需要截肢或移植。

雖然器官移植可以挽救生命，但是可供移植的器官卻很短缺。因此，我們需要替代方法。

生物列印等技術已經問世多年，它們可以在體外培養具有完全功能的器官。但如果我們能夠提升自己的再生能力呢？是否有可能在體內創造器官呢？

在最近發表在《Advanced Materials》的一項研究中，研究人員發現，只需注射一種從食用海藻中提取的凝膠，我們就可以引導身體在肌肉中形成穩定的血管。這些血管是幫助組織生存的關鍵。這一結果是朝著僅基於生物材料的再生療法邁出的重要一步。

什麼是再生療法？

再生療法（又稱再生醫學）是一個結合醫學、分子生物學和生物技術的研究領域。它的目的是改造組織或器官，以恢復其正常功能。比如，3D生物列印技術取得了一些成功，例如為眼睛列印出可移植的眼角膜。

但是這種方法需要特殊的製造設備，必須將細胞分離，並在生物反應器中進行培養，而且必須在受控和無菌環境中製造人工器官。

特定器官的生物構造過程。圖片來源：Steffen Harr

幾年前出現了一種新方法。這種方法利用身體自身去產生特定類型的組織或細胞，即所謂的「體內生物反應器」。這種方法最初被用於製造骨骼。

為了在人體內創造組織，需要觸發並利用我們自身的再生能力。不幸的是，我們無法像蠑螈那樣再生出新的四肢。

但我們能夠在一些幫助下再生單個組織。為了實現這一目標，這些幫助可能是具有下列特性的材料：再生所需的組織特性，如組織的硬度；攜帶可以指導組織生長的化學和生物信號。

能與細胞「對話」的材料

我們的身體組織由很多不同類型的細胞構成，還包括很多細胞外存在的物質。它們被稱為細胞外基質(ECM)。ECM由幾種不同的元素組成。它包含水，並存儲幫助細胞移動、生長和形成功能性組織的關鍵信息。

在此，我們不需要詳細討論ECM是由什麼構成的。但我們要說的是，科學家可以用一種叫做水凝膠的凝膠狀材料複製它的許多功能，並能通過修改這種材料將特定的生物信息傳遞給細胞。

用食用海藻來製造血管

研究人員正在開發一種新型的可注射水凝膠。形成水凝膠的材料名為瓊脂糖，它也可以被用於製作果凍蛋糕，還可以在生物實驗室中被用於分離DNA。

瓊脂糖是一種多糖(長鏈糖)，它提取自海洋中的紅海藻。

在實驗室中用於分離DNA的瓊脂糖粉，以及用於製作果凍蛋糕的瓊脂。圖片來源： Aurelien Forget

在實驗室中，研究人員通過添加一種小分子（肽）修飾了瓊脂糖，使其能與細胞「對話」。通過這種方法，他們開發出一種獨特的水凝膠配方，能為特定細胞形成血管提供了理想的環境。

在最近與巴塞爾大學醫院合作的研究中，研究人員發現，注入肌肉中的這種水凝膠可以與身體「對話」，並開始形成新的血管。過去，只有軟骨和骨骼可以在體內再生。

由可注射醫療材料誘導的新血管形成。圖片來源： Steffen Harr

未來的治療

這種方法為創造一類新治療方法鋪平了道路，在該療法中，注射材料可以像藥物一樣有用。

研究人員希望，在未來，擁有缺陷器官的患者可以通過注射一種能攜帶與細胞交談的信息並指導細胞形成新的功能性組織的材料來修復器官。

這種方法可以讓我們的身體完成大部分複雜的任務，而不是細胞療法或體外器官的生物列印，因為這些方法中細胞必須被採集、培養和重新植入。對於偏遠地區的病人來說，材料療法是非常有價值的，因為那裡沒有複雜的基礎設施。

研究人員表示，更大膽的假設是，通過使用再生觸發材料來治療損傷或疾病，我們能將關鍵的修復工作交給身體來完成。也許在未來某天，患者就能夠給自己注射這種材料了。

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