刺激顱縫推動骨骼再生,成人顱骨損傷也能修復?

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顱骨損傷在治療上往往涉及骨移植或生物材料的植入,但這些方法並不總是有效且存在風險。受到新生兒顱骨再生能力的啟發,美國匹茲堡大學(University of Pittsburgh)研究人員開發了一種無須植入成骨組織或生物材料就能促進小鼠顱骨再生的新方法,為更有效的骨再生自體療法開發提供新思路。

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隱藏在顱縫中的顱骨骨縫幹細胞

外傷、先天缺陷和外科手術都可能導致顱骨損傷,但 2 歲以前新生兒具有驚人的再生能力, 足以自然修復一些顱骨缺損,同樣的再生潛力在新生小鼠身上也曾被發現。考量到嬰兒顱骨並未完全融合,過去研究也發現小鼠的顱縫(Cranial suture)是負責顱骨再生的顱骨骨骼幹細胞(Calvarial skeletal stem cells,cSSCs)的倉庫,研究人員想知道未融合的縫線是否與嬰兒強大的骨再生能力有關。

為了探索能否透過人工誘導縫線內的幹細胞生態活化來增加幹細胞數量,對成年小鼠進行逆向工程(Reverse engineering),研究人員利用了一種類似矯正牙齒的牽引裝置,以足以稍微加寬縫線但不會導致骨折的強度,謹慎地沿著縫線向小鼠模型的顱骨施加受控的拉力並觀察情況。

透過單細胞 RNA 定序(Single-cell RNA sequencing)和活體成像顯微鏡(Live-imaging microscopy),研究人員發現,受機械擴張的縫線確實能促使小鼠顱骨骨骼幹細胞數量顯著增加,並在無需額外治療輔助下促使骨再生,讓顱骨缺損部分獲得修補,即使缺損遠離縫合線,這種再生能力也同樣能夠奏效。

探索更有效的骨再生療法

由於與幹細胞有關,這項技術同樣也存在些許限制。儘管能有效治療 2 個月大骨骼成熟的小鼠,但對 10 個月大或中年以上的小鼠就不具有相同效果,研究人員認為,這是因為年長小鼠顱縫中的幹細胞數量非常少,即使擴大幹細胞生態對提高癒合能力也並不那麼有效,克服這項挑戰將是未來研究的重點。

從研究來看如果能有效活化幹細胞生態位,就能增加幹細胞數量並推動骨再生,研究人員由此認為,相同策略或有望用於其他骨骼部位的骨缺損修補,如股骨(Femur)等長骨骨折的治療也有望受益,團隊目前在探索如何開發更新穎且有效的骨再生療法

延伸閱讀:再生醫學領頭羊:幹細胞精選 Top 5

參考資料:
1. https://doi.org/10.1073/pnas.2120826120
2. https://www.upmc.com/media/news/041723-dental-bone-regeneration

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