如何修复人体骨骼
如何修复人体骨骼
结合尖端生物学和工程学，使新的类人骨骼成为现实
我们经常认为我们的骨头是终极的牢不可破的实体——身体的钢铁。不幸的是，这远非事实。
数百 成千上万的 的人每年都会经历骨折不愈合——在预期的时间后，他们的骨骼无法从骨折中正常愈合。 数十万 其他人收到 脊柱融合 他们的一些椎骨融合在一起以帮助治疗骨骼畸形和疼痛。
治疗骨不连和实现脊柱融合的一种方法是 再生骨骼 .尽管这听起来很具有未来感，但在过去的二十年里，这个程序已经进行了很多次。
再生海绵：目前的方法
骨再生通常涉及一种称为 骨形态发生蛋白-2 (BMP-2) 和一种叫做a的材料 胶原蛋白海绵 .在您因为这些看似难以理解的术语而点击离开之前，让我解释一下。
BMP-2 是称为骨形态发生蛋白 (BMP) 的蛋白质家族的一部分；主要是 BMP 诱导骨形成 但在成人胚胎发育和骨骼修复过程中也能抑制它。
具体来说， BMP-2 诱导骨形成，没有它，小鼠在胚胎发育过程中死亡。因此，BMP-2 可用于通过促进新骨生长来修复骨骼是有道理的。不幸的是，骨修复并不像在我们想要的区域添加一些额外的 BMP-2 那样简单。
这就是胶原蛋白海绵的用武之地。 没有海绵 , BMP-2 没有长时间保留在我们想要的站点；这与我们想要的相反。
但什么是胶原蛋白海绵？它们是由胶原蛋白制成的多孔海绵——这并不奇怪。您可能知道胶原蛋白是一种对年轻皮肤至关重要的蛋白质，但它在维护头发、骨骼和一般结缔组织方面也起着不可或缺的作用。
Image by author. BMP-2 from the collagen sponge 胁迫 unspecialized cells to become cells that form bones, thereby inducing bone formation.
在这种情况下，胶原蛋白海绵非常棒，因为胶原蛋白天然存在于骨骼中，并且与细胞和其他身体材料相互作用良好。在执行修复骨折不愈合和脊柱融合等手术时，医生将胶原蛋白海绵浸泡在包括 BMP-2 在内的蛋白质溶液中。然后，他们将浸泡过蛋白质的胶原蛋白海绵放置在所需位置上或其中。
海绵的目的是 双重 ：
- 有效且高效地将 BMP-2 运输到所需地点
- 充当支架 - 或提供支撑的结构 - 允许新的骨骼生长
虽然这个过程很有趣并且非常有用，但它并不总是有效的。一方面，胶原蛋白海绵对 BMP-2 没有特别强的亲和力；这意味着 BMP-2 可能不会像其他材料一样与海绵结合或附着，从而导致意想不到的效果。
最近的研究提出了留下胶原蛋白海绵的新原因：2019 年的一项研究发现，当这些海绵在没有 BMP-2 的情况下使用时，它们 负面影响 事实上，骨再生时，它们的效果应该是中性的。
节目的新星：不同的方法
但现在不要失去希望。一个 新研究 出版于 科学 由 Hettiaratchi 等人撰写。提出了一种使骨再生更有效的新方法。该论文提出了一种特殊的糖分子，称为 肝素 作为节目的明星，而不是胶原蛋白海绵。
之前 ，科学家们发现，肝素可以通过改善形成骨骼的细胞的特化来增强骨骼再生（如上图所示）。将肝素想象成一个加高座椅——一些孩子在法律不再要求时仍然使用它们，因为虽然没有必要，但它改善了他们在汽车上的体验。
Image by author. Heparin “boosting” BMP-2!
Hettiaratchi 等人的论文。实际上发现肝素增高座椅可能是必要的，尽管再生医学定律曾经说过，因为它可以改善骨骼再生。让我们来看看如何。
除了提高成骨细胞的特化外，肝素对 BMP-2 也有很强的亲和力。我会让 Hettiaratchi 博士解释 这意味着什么：
基于亲和力的生物材料涉及“[工程]我们的材料以特异性但可逆地与许多不同的感兴趣的蛋白质结合。”
Hettiaratchi 等人。已经开发出新的微粒——大约有一根头发那么宽的颗粒——与以前的生物材料相比，它可以与多几倍的 BMP-2 分子结合。
同样，科学家们发现，当使用肝素微粒时，更多的 BMP-2 将保留在所需的位置。这是由于我们已经讨论过的一个特性：肝素对 BMP-2 的强亲和力。这很关键，因为：
- 它可以防止骨形成诱导蛋白进入我们不需要增加骨形成的区域。
- 更多的 BMP-2 被保留在意味着可以发生更健壮的骨骼形成的地方。
最重要的是，当使用微粒时，再生的骨骼是 一样强 就像那些使用胶原蛋白海绵再生的人一样，尽管没有使用胶原蛋白海绵看到的不必要的额外骨骼生长。
至少可以说，这些结果令人难以置信。但研究正在进行中，在肝素微粒进入人体之前需要进行更多的测试。例如，肝素也是一种抗凝剂，这意味着它可以减少血液凝固。这种能力可能会引起一些副作用，应该彻底探索。
但我们真的需要这个吗？
有些人可能认为根本不需要这些骨骼再生工作。毕竟，如果我们有 金属、塑料和陶瓷等技术 关节置换 ，为什么我们需要这种生物学和更复杂的方法？
Images by 莉娜, modified by author. Example of knee joint replacement.
目标不一定是用另一种方法代替一种方法，而是建立一种互补的关系， 解释 赫蒂亚拉奇博士。例如，目前，关节置换不会持续一生：它们通常对 10 到 15 年 在引起问题并需要更换或进一步关注之前。
使用有助于将这些替代物更好地整合到体内的生物学方法可能会增加替代物的持续时间并改善患者的生活。
总而言之，骨再生领域有着极其光明的前景。结合我们现在对生物材料和 BMP-2 等蛋白质的了解，我们很快就能在需要的地方更有效地再生骨骼。结合传统关节和骨骼置换术中使用的技术和工程的力量，治疗骨折不愈合等问题可能会变成小麻烦，而不是漫长的过程。
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