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武汉轻工大学团队利用藕材料与3D打印制作骨骼支架 以藕塑骨,从“哪吒”走进现实

2025-04-08 12:07

在电影《哪吒之魔童闹海》中,太乙真人用莲藕为哪吒、敖丙“重塑肉身”的情节令观众印象深刻。近期,武汉轻工大学食品科学与工程学院易阳教授团队用藕制作骨骼支架,提高了骨愈合率,“以藕塑骨”走进现实。

“我们团队成立于2013年,次年就开始研究莲藕。”在武汉轻工大学(金银湖校区)食品科学与工程学院的实验室里,易阳回忆起科研历程。起初,团队主要研究莲藕的营养和保鲜。一次企业调研中,他们发现莲藕加工总会产生20%以上的“边角料”,通过进一步研究,发现其具有天然的纤维结构和生物相容性。

“如果用莲藕制作骨支架等仿生组织工程材料,是不是也能让损坏的生物组织得到修复?”受到成语“藕断丝连”的启发,团队成员江雪玉研究发现,藕纤维素经纳米化处理后可形成纤维束,纤维束表面的羟基基团可以吸附钙离子,从而促进骨矿化,“莲藕的‘边角料’可以做成骨支架。”

然而,骨支架需要同时兼顾支架机械强度、适应性以及降解性能,藕纤维支架能行吗?

“传统的骨修复方式,是在破损或断裂的骨头处安装定制支架,保护伤口的同时,让骨细胞能够沿着支架增殖。”江雪玉介绍,莲藕中含有大量淀粉、纤维素等大分子,还有多酚、多糖等抗炎、抗氧化活性成分,用莲藕材料制作骨支架,不仅韧性和强度高,还能随着骨组织重建逐渐降解。

2024年,团队首次成功将藕纤维提取出来,通过添加不同比例的水、藕淀粉等成分,借助3D打印技术,将莲藕转化成有生物相容性和可调机械强度的骨支架。

“按照骨折或者骨裂的情况,可以定制出不同类型的骨支架。”江雪玉现场演示,只需两三分钟,一个指甲盖大小的骨支架就打印好了,支架里的孔隙只有针孔大小。“调整相关参数,就能打印出不同孔隙大小和厚度的骨支架,其强度和韧性也不同。”说着,江雪玉又将打印出的骨支架放到乙醇溶液里,10分钟过后,软嫩的骨支架就如《哪吒之魔童闹海》中的情景一样凝固定型。

江雪玉介绍,团队已经与医学团队合作,实验结果显示,骨折的动物在植入藕材料制作的骨支架后,8周内骨愈合率可达95%,愈合的新生骨密度和骨小梁厚度显著高于非支架组的动物,且骨骼强度与原骨相当。这初步证实了“藕骨”能促进细胞生长、血管生成和骨基质沉积,加速骨修复。

“虽然从实验室到临床推广的每一步都不容易,但我们会像‘哪吒’一样,勇往直前闯难关。”易阳说。

来源:人民日报

在电影《哪吒之魔童闹海》中,太乙真人用莲藕为哪吒、敖丙“重塑肉身”的情节令观众印象深刻。近期,武汉轻工大学食品科学与工程学院易阳教授团队用藕制作骨骼支架,提高了骨愈合率,“以藕塑骨”走进现实。

“我们团队成立于2013年,次年就开始研究莲藕。”在武汉轻工大学(金银湖校区)食品科学与工程学院的实验室里,易阳回忆起科研历程。起初,团队主要研究莲藕的营养和保鲜。一次企业调研中,他们发现莲藕加工总会产生20%以上的“边角料”,通过进一步研究,发现其具有天然的纤维结构和生物相容性。

“如果用莲藕制作骨支架等仿生组织工程材料,是不是也能让损坏的生物组织得到修复?”受到成语“藕断丝连”的启发,团队成员江雪玉研究发现,藕纤维素经纳米化处理后可形成纤维束,纤维束表面的羟基基团可以吸附钙离子,从而促进骨矿化,“莲藕的‘边角料’可以做成骨支架。”

然而,骨支架需要同时兼顾支架机械强度、适应性以及降解性能,藕纤维支架能行吗?

“传统的骨修复方式,是在破损或断裂的骨头处安装定制支架,保护伤口的同时,让骨细胞能够沿着支架增殖。”江雪玉介绍,莲藕中含有大量淀粉、纤维素等大分子,还有多酚、多糖等抗炎、抗氧化活性成分,用莲藕材料制作骨支架,不仅韧性和强度高,还能随着骨组织重建逐渐降解。

2024年,团队首次成功将藕纤维提取出来,通过添加不同比例的水、藕淀粉等成分,借助3D打印技术,将莲藕转化成有生物相容性和可调机械强度的骨支架。

“按照骨折或者骨裂的情况,可以定制出不同类型的骨支架。”江雪玉现场演示,只需两三分钟,一个指甲盖大小的骨支架就打印好了,支架里的孔隙只有针孔大小。“调整相关参数,就能打印出不同孔隙大小和厚度的骨支架,其强度和韧性也不同。”说着,江雪玉又将打印出的骨支架放到乙醇溶液里,10分钟过后,软嫩的骨支架就如《哪吒之魔童闹海》中的情景一样凝固定型。

江雪玉介绍,团队已经与医学团队合作,实验结果显示,骨折的动物在植入藕材料制作的骨支架后,8周内骨愈合率可达95%,愈合的新生骨密度和骨小梁厚度显著高于非支架组的动物,且骨骼强度与原骨相当。这初步证实了“藕骨”能促进细胞生长、血管生成和骨基质沉积,加速骨修复。

“虽然从实验室到临床推广的每一步都不容易,但我们会像‘哪吒’一样,勇往直前闯难关。”易阳说。

来源:人民日报

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