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印度理工學院開發修復受損心臟組織的蠶絲蛋白薄膜

印度理工學院Guwahati分校利用蠶絲蛋白製作了一種植入心肌細胞可修復受損心臟組織的3D心臟組織薄膜。  
  
  負責此研究的印度理工學院Guwahati分校生物科學暨生物工程學系Biman Mandal教授說:「我們研發的3D薄膜可以植入受損部位,讓心臟恢復正常功能。這也能修補心臟內的孔隙。」
  
  當心臟病發作時,心臟組織會因氧氣量減少短缺受到永久性損傷。因為受到傷害,導致該部份組織,無法收縮和擴張。隨著時間會造成心臟形狀的改變和抽吸能力降低。
  
  目前使用的心臟支架不能仿造原本心臟組織的結構和功能,也不能維持高細胞數量,由印度理工學院Guwahati分校研究人員開發的薄膜在許多方面都獲得好評。其研究成果已刊登在「Material Chemistry」雜誌。  
     
  Mandal教授領導的研究小組對桑葉蠶和非桑葉蠶的蠶絲進行了造模測試。從生絲中萃取的絲蛋白藉由模具來製造膜。模具上的奈米槽狀結構轉移到絲膜上,這有助於引導心肌以線性平行方式生長來仿製心臟組織結構。 Mandal教授表示:「我們專注於開發一種以絲為基礎的組織工程膜,可以讓心肌細胞生長並維持結構的各異向性(Structural Anisotropy)。」  
  
蠶絲的培養  
  
研究人員以心臟細胞系(Cell lines)和取自心臟組織的細胞培養絲膜,效果較佳的絲是呈現出特定細胞結合蛋白黏附序列(RGD motifs)且有較粗糙的表面的種類,而經測試有一種在印度東北部盛產的穆加絲(Muga silk)就具有較佳錨碇(Ancharage)和連結細胞的特性,因此被研究人員選為開發心臟組織薄膜的用料。Madal 教授表示在植入後,細胞生長繁殖約7-10天就能達到填滿薄膜。  
  
因為心臟組織不斷收縮和擴張,需要製造出具高彈性的心臟細胞組織。這篇研究論文的第一位作者也同樣是生物科學和生物工程系的Dr. Shreya Mehrotra說:「當我們只用2%的蠶絲蛋白來製造膜,穆加絲表現出與原生心臟組織相當接近的彈性和強度。」她補充說:「我們發現在小白鼠身上進行測試時,穆加蠶絲不會被排斥,具有免疫相容性。」
  
製作3D絲蛋白薄膜  
  
  將具有增殖細胞的各個薄膜組合在一起形成3D薄膜。 Mandal教授說:「在5-6天內,細胞膜的細胞會與上方的細胞結合,並且粘附在一起。目前用於心臟組織工程的支架在創建高細胞密度各向異性方面的缺陷,已經可以被我們開發出的立體3D薄膜給克服了,這是心臟細胞組織最主要的訴求。」    
  
  薄膜中的絲纖維支撐著細胞,直到新造的心臟組織與原生心臟組織結合。 Mehrotra表示一般直接輸送心臟細胞修復受損的心臟部分,會造成細胞會因為注射而被破壞,現在有了3D蠶絲蛋白膜的技術,使情況改觀。
  
  這個團隊將再與全印度醫學研究院(AIIMS)合作進行動物方面臨床的研究。

更新日期 : 2017/11/29