<p>可以注射到體內(nèi)的凝膠狀材料在治愈受傷組織或制造全新組織方面具有巨大潛力。許多研究人員正在努力開發(fā)這些水凝膠用于生物醫(yī)學(xué)用途，但到目前為止，很少有人進(jìn)入臨床。</p> <p>&nbsp;</p> <p>為了幫助指導(dǎo)這種材料的開發(fā)，麻省理工學(xué)院和哈佛大學(xué)的研究人員創(chuàng)建了一套計(jì)算模型來預(yù)測材料的結(jié)構(gòu)、機(jī)械性能和功能性能結(jié)果。這種材料是由類似于軟軟的樂高積木的微型積木制成的。研究人員希望他們的新框架可以使設(shè)計(jì)可以用于不同類型應(yīng)用的材料變得更容易，到目前為止，這主要是一個(gè)試錯(cuò)過程。</p> <p>&nbsp;</p> <p>機(jī)械工程副教授、麻省理工學(xué)院醫(yī)學(xué)工程與科學(xué)研究所(Institute for Medical engineering and Science at MIT)成員埃倫&middot;羅奇(Ellen Roche)說:&ldquo;從材料的角度和臨床應(yīng)用的角度來看，這真的令人興奮。&rdquo;&ldquo;更廣泛地說，這是一個(gè)很好的例子，將實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)合成成可用的東西，可以為你提供預(yù)測指南，適用于這些水凝膠以外的東西。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>羅奇和哈佛大學(xué)Hansj&ouml;rg Wyss生物工程學(xué)教授詹妮弗&middot;劉易斯是這項(xiàng)研究的資深作者，該研究發(fā)表在今天的《物質(zhì)》雜志上。Connor Verheyen是哈佛-麻省理工學(xué)院健康科學(xué)與技術(shù)項(xiàng)目的研究生，是這篇論文的主要作者。</p> <p>&nbsp;</p> <p><span class="h1"><strong>材料建模</strong></span></p> <p>&nbsp;</p> <p>當(dāng)單個(gè)的水凝膠塊被緊密地壓實(shí)在一起時(shí)，它們形成了一種被稱為顆?；|(zhì)的凝膠狀材料。根據(jù)條件，這些材料可以作為固體或液體，這使得它們成為3d生物打印工程組織等應(yīng)用的良好候選者。一旦注射或植入體內(nèi)，它們就能釋放藥物或幫助受損組織再生。</p> <p>&nbsp;</p> <p>Verheyen說:&ldquo;這些材料具有很大的靈活性和可定制性，因此將它們用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用非常令人興奮。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>在劉易斯的實(shí)驗(yàn)室工作期間，由劉易斯和羅氏共同擔(dān)任顧問的Verheyen開始試圖弄清楚如何使這些材料具有可靠的可注射性。這是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，需要大量的試錯(cuò)實(shí)驗(yàn)，通過改變凝膠的不同特征，希望優(yōu)化它們的結(jié)構(gòu)和力學(xué)行為，以實(shí)現(xiàn)可注射性。</p> <p>&nbsp;</p> <p>他說:&ldquo;這促使我們努力將經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為機(jī)器可以閱讀和使用的東西，然后要求它建立一個(gè)預(yù)測地圖，我們可以詢問它，以幫助我們了解正在發(fā)生的事情以及如何進(jìn)行下一步。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>為了創(chuàng)建他們的設(shè)計(jì)框架，研究人員將組裝過程分解為幾個(gè)階段。他們分別模擬了這些階段，使用的數(shù)據(jù)來自他們自己的實(shí)驗(yàn)，這些實(shí)驗(yàn)是在各種不同的條件下完成的。</p> <p>&nbsp;</p> <p>在第一階段，該模型分析了生物塊的起始材料以及它們是如何組裝的對生物塊性能的影響。在第二階段，生物塊被堆積在一起，形成稱為&ldquo;顆粒水凝膠&rdquo;的結(jié)構(gòu)。通過他們的建模，研究人員確定了幾個(gè)影響最終凝膠可注射性的因素，包括生物塊的大小和硬度，塊之間間質(zhì)液的粘度，以及用于注射凝膠的針和注射器的尺寸。</p> <p>&nbsp;</p> <p><span class="h1"><strong>更好的注入能力</strong></span></p> <p>&nbsp;</p> <p>現(xiàn)在，他們已經(jīng)建立了從頭到尾的過程模型，研究人員可以使用他們的模型來預(yù)測創(chuàng)造具有特定應(yīng)用所需特性的材料的最佳方法，而不是對每種新材料進(jìn)行廣泛的試錯(cuò)過程。</p> <p>&nbsp;</p> <p>Verheyen說:&ldquo;我們的長期目標(biāo)是達(dá)到我們具有可靠和可預(yù)測的注射性能的地步，因?yàn)檫@是我們在實(shí)驗(yàn)室中真正努力的事情&mdash;&mdash;讓這些材料正常流動(dòng)。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>他和羅氏實(shí)驗(yàn)室的其他人現(xiàn)在計(jì)劃使用這種建模方法，嘗試開發(fā)可用于醫(yī)療應(yīng)用的材料，如修復(fù)心臟缺陷或?qū)⑺幬镙斔偷轿改c道。</p> <p>&nbsp;</p> <p>研究人員還將他們的模型和用于生成模型的數(shù)據(jù)發(fā)布到網(wǎng)上，供其他實(shí)驗(yàn)室使用。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;這都是開源的，希望它能減少你在復(fù)制另一個(gè)實(shí)驗(yàn)室里發(fā)生的事情時(shí)遇到的挫折，甚至是在一個(gè)實(shí)驗(yàn)室里，當(dāng)你把知識從一個(gè)人轉(zhuǎn)移到另一個(gè)人時(shí)。&rdquo;羅奇說。</p> <p>&nbsp;</p> <p>這項(xiàng)研究由Vannevar Bush教員獎(jiǎng)學(xué)金計(jì)劃、國家科學(xué)基金會(huì)和MathWorks種子基金資助。</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學(xué)態(tài)度觀點(diǎn)。</p> </blockquote>