复制胎儿骨生长过程有助于修复较大的骨缺损

为了治疗股骨等长骨的大间隙，这是骨肿瘤切除或粉碎性创伤造成的，宾夕法尼亚大学医学院(Penn Medicine)和伊利诺伊大学芝加哥分校(University of Illinois at Chicago)的研究人员开发了一种方法，部分地重建了出生前的骨骼生长过程。超过2厘米的骨缺损被认为是实质性的，目前的愈合成功率为50%或更低，失败往往导致截肢。该团队希望他们的方法能够大大提高成功率，他们已经在啮齿动物模型中开发了这种方法来模拟胎儿骨骼快速生长的过程。他们的研究结果发表在科学转化医学。

宾夕法尼亚大学骨科和生物工程助理教授、资深作者Joel Boerckel博士说:“当骨骼最初在胚胎中形成时，它们首先是由软骨生成的，就像一个模板。”“为了再生骨在成年人体内无法治愈的缺陷中，我们正在寻求重建胚胎骨骼发育过程。”

为了做到这一点，研究人员的过程从交付专门设计的药物开始干细胞(被称为间充质细胞的凝结)导致啮齿动物的骨缺损，从而引发软骨内成骨，这是胚胎骨发育的特殊术语。

但是，研究人员注意到，胎儿在子宫中的运动也是新骨快速发育的一个重要因素。因此，该团队采用的模拟骨骼发育的第二步是使用特殊的矫形钢板，这种钢板可以通过调整来改变骨骼机械力放置在再生肢体上。这使得缺损区域的某些运动有助于软骨形成和血管生长，这是软骨内成骨的关键步骤。通过这种类似发育干细胞的输送和机械力的结合，骨再生与目前修复缺陷的方法相同，比如高剂量的生长因子BMP-2，一种刺激骨形成的有效蛋白。然而，这个实验过程并没有产生任何典型的不良副作用，如使用BMP-2可能导致的骨生长异常。

当板目前用于修复严重缺陷时，它们会保持关节完全僵硬，不要允许机械载荷。在这项研究中，研究人员将僵硬的板与“解锁”的人比较，以允许有限的运动。虽然骨骼体积始终保持在僵硬板中的骨骼，但随着时间的推移，骨骼被解锁的板材产生了更大的骨骼生长。

“很少知道骨缺陷的力学环境如何影响移植细胞再生作出贡献的能力的缺陷,“说资深作者埃本Alsberg,希尔博士理查德和贷款的生物工程和整形外科教授芝加哥伊利诺伊大学。“在这项工作中，我们已经展示了机械力在植入干细胞凝聚结构的过程中是多么重要。”

研究人员不仅观察了未解锁的板块，还研究了板块未解锁时的差异。其中一组在放置四周后被解锁，而另一组则立即解锁。在钢板放置12周后，一个月后解锁的钢板的骨生长是一直保持坚硬的钢板的三倍。对于立即解锁的钢板，骨生长是使用坚硬钢板的两倍。

Alsberg说:“虽然这项工作还处于早期阶段，但这些发现可能会影响非愈合骨缺损的治疗，包括固定和其他移植治疗策略。”

下一步，研究人员认为需要进一步的临床前研究来确定这些过程和其中的发现如何应用于临床。此外，长期目标不仅是绘制骨骼自身的发育和再生过程，还包括其他再生潜力有限的组织，如骨关节炎患者的软骨。

Boerckel解释说:“我们在这项研究中开发的设备和技术也可能影响我们受伤后实施物理治疗的方式。”“我们的研究结果支持了‘再生康复’的新范式，这是一个结合了物理治疗和再生医学原理的概念。我们的目标是了解机械刺激如何影响细胞行为，从而在不需要额外药物或设备的情况下更好地影响患者的预后。”

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