当骨折范围较大或骨组织大量缺失时，仅依靠机体自然愈合往往难以恢复。针对这类损伤，研究人员开发出一种生物材料，可招募干细胞并促进新骨形成。
其中的关键之一是“乳酸”。它常与运动后的肌肉疲劳联系在一起，但研究团队确认，乳酸也能在干细胞向骨细胞转变过程中发挥信号作用。
CHA医科大学盆唐CHA医院31日介绍，该院骨科李顺哲教授与金正仁研究教授，以及CHA医科大学博士课程学生西佩西赫莱·卡桑德拉·农佐拉组成的研究团队，开发出一种用于骨再生的支架，可在引导干细胞向损伤部位迁移的同时促进骨形成。
研究结果已于6月24日在线优先发表于国际学术期刊《碳水化合物聚合物(Carbohydrate Polymers)》，并将刊登在9月15日发行的第388卷。
从支撑骨组织的“脚手架”到招募干细胞
支架(scaffold)是一种用于支撑受损组织再生的“脚手架”。在骨再生中，它为细胞黏附、生长并形成新骨提供空间。
但在骨缺损较大的情况下，仅植入结构性材料的修复效果有限。还需要让能够生成骨组织的干细胞聚集到损伤部位，并提供促使其分化为骨细胞的信号。
研究团队将这两项功能整合进同一支架中。
研究人员以生物相容性高分子PCL与纤维素类材料制备纤维，并通过化学处理使其表面生成乳酸钙，从而释放骨形成所需的钙和乳酸。
同时，团队还结合了可将干细胞吸引至损伤部位的蛋白质“SDF-1”。SDF-1是一种信号分子，可促进骨髓间充质干细胞向受损区域迁移。
实验显示，SDF-1在早期释放量相对较高，此后仍持续释放至第28天。乳酸则缓慢供给，钙在7天内释放完成。也就是说，该设计旨在先将干细胞招募至损伤部位，再帮助其在局部完成新骨形成过程。
乳酸处理后：与骨细胞分化相关的信号增强
研究团队还考察了乳酸在干细胞内部引发的变化。
在人骨髓间充质干细胞中加入乳酸后，“OR5AN1”受体的表达增加；细胞内钙信号以及与骨细胞分化相关的标志物也同步上升。
OR5AN1属于嗅觉受体家族。嗅觉受体通常因在鼻腔中负责感知气味而广为人知，但其中一部分也存在于其他组织，并承担细胞信号传递功能。
关于乳酸有助于骨再生的研究并非首次出现。此前的动物研究已提出，乳酸可能通过嗅觉受体家族促进干细胞成骨分化与骨形成。
本次研究团队确认，在人骨髓干细胞中进行乳酸处理后，OR5AN1表达、钙信号以及成骨分化相关指标会同时升高。随后，团队将这一机制应用于将干细胞诱导蛋白与乳酸钙结合的骨再生支架中。
用于小鼠股骨缺损⋯新骨生成更多
在细胞实验之后，研究团队还在小鼠股骨部分损伤的动物模型中测试了该新型支架。
使用同时加载乳酸钙与SDF-1的支架组，与对照组相比生成的新骨更多。组织学检查与免疫染色也显示，骨基质形成与组织成熟更为活跃。
不过，这仍不是可直接用于患者的治疗方法。本研究目前处于利用人源干细胞进行细胞实验、并在小鼠股骨缺损模型中验证效果与作用机制的阶段。若要用于实际骨折、大范围骨缺损或人工关节手术后的骨再生，还需要在人体中进一步验证安全性与有效性。
盆唐CHA医院骨科李顺哲教授表示：“其意义在于，我们实现的不是单纯支撑骨组织的材料，而是一种能够在受损部位招募干细胞并诱导其自主形成骨组织的生物材料。”他还说，“未来有望应用于骨折、骨缺损以及人工关节手术后骨再生等多种骨科治疗。”
本项研究还被生物学研究信息中心(BRIC)的“照亮韩国的人们(韩光社)”栏目介绍。
