颅骨损伤在治疗上往往涉及骨移植或生物材料的植入,但这些方法并不总是有效且存在风险。受到新生儿颅骨再生能力的启发,美国匹兹堡大学(University of Pittsburgh)研究人员开发了一种无须植入成骨组织或生物材料就能促进小鼠颅骨再生的新方法,为更有效的骨再生自体疗法开发提供新思路。
从天然到合成,微生物治疗借力合成生物学开拓临床应用场域!(基因线上国际版)隐藏在颅缝中的颅骨骨缝干细胞
外伤、先天缺陷和外科手术都可能导致颅骨损伤,但 2 岁以前新生儿具有惊人的再生能力, 足以自然修复一些颅骨缺损,同样的再生潜力在新生小鼠身上也曾被发现。考量到婴儿颅骨并未完全融合,过去研究也发现小鼠的颅缝(Cranial suture)是负责颅骨再生的颅骨骨骼干细胞(Calvarial skeletal stem cells,cSSCs)的仓库,研究人员想知道未融合的缝线是否与婴儿强大的骨再生能力有关。
为了探索能否透过人工诱导缝线内的干细胞生态活化来增加干细胞数量,对成年小鼠进行逆向工程(Reverse engineering),研究人员利用了一种类似矫正牙齿的牵引装置,以足以稍微加宽缝线但不会导致骨折的强度,谨慎地沿着缝线向小鼠模型的颅骨施加受控的拉力并观察情况。
透过单细胞 RNA 定序(Single-cell RNA sequencing)和活体成像显微镜(Live-imaging microscopy),研究人员发现,受机械扩张的缝线确实能促使小鼠颅骨骨骼干细胞数量显著增加,并在无需额外治疗辅助下促使骨再生,让颅骨缺损部分获得修补,即使缺损远离缝合线,这种再生能力也同样能够奏效。
探索更有效的骨再生疗法
由于与干细胞有关,这项技术同样也存在些许限制。尽管能有效治疗 2 个月大骨骼成熟的小鼠,但对 10 个月大或中年以上的小鼠就不具有相同效果,研究人员认为,这是因为年长小鼠颅缝中的干细胞数量非常少,即使扩大干细胞生态对提高愈合能力也并不那么有效,克服这项挑战将是未来研究的重点。
从研究来看如果能有效活化干细胞生态位,就能增加干细胞数量并推动骨再生,研究人员由此认为,相同策略或有望用于其他骨骼部位的骨缺损修补,如股骨(Femur)等长骨骨折的治疗也有望受益,团队目前在探索如何开发更新颖且有效的骨再生疗法
延伸阅读:再生医学领头羊:干细胞精选 Top 5参考资料:
1. https://doi.org/10.1073/pnas.2120826120
2. https://www.upmc.com/media/news/041723-dental-bone-regeneration
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