戰(zhàn)爭、車禍或是骨密度較低的老年人跌倒造成的骨折,都可能會因損傷程度過于嚴重而導致骨骼無法完全愈合甚至導致終身殘疾。一直以來，人們不斷尋找能夠治愈骨折的方法。

現在，探索終于有了突破，研究人員們結合超聲波、干細胞和基因治療等技術使骨骼損傷得以修復再生。盡管這項技術目前只在動物身上進行過試驗，但鑒于其在試驗中的完美表現和出色的治愈效果，讓這項技術在即將到來的人體臨床試驗中的表現備受期待。

“這項新研究具有重大的臨床意義，” 洛杉磯希德斯西奈醫(yī)學中心整形外科主任David Kulber對其做出很高的評價。“這項能夠激活骨骼生長的技術非常值得關注。”

圖丨David Kulber醫(yī)生

同樣值得關注的是，每年僅美國就有約10萬人因骨骼缺損或骨骼斷裂導致的永久性骨損傷而備受折磨。遇到這種情況，醫(yī)生通常會為患者進行植骨手術，將另一塊骨組織移植到骨折的空隙中間。

理想狀態(tài)下，移植用的骨組織來源于病人自體——常取用髂骨的一部分，而取骨手術又相當于一次嚴重創(chuàng)傷，往往令患者“雪上加霜”。因此，骨科醫(yī)生轉向從尸體中獲得用于植骨術的骨骼。然而，從尸體上取骨后的滅菌步驟又破壞了許多促進骨骼生長的關鍵蛋白及其他信號分子，大大降低了植骨后骨折完全愈合的幾率。

因此，研究人員一直希望能夠通過使骨骼再生的方式來代替植骨。他們首先嘗試將一種“天然支架”蛋白——膠原蛋白，填充至骨折兩端之間的縫隙中。膠原蛋白將會誘導人體中分化成骨骼的干細胞——間充質干細胞遷移至骨折縫隙間，進行下一步分化。但事實上，間充質干細胞并非特異性分化為骨細胞，它作為一種多能干細胞，同樣可能分化形成脂肪組織或瘢痕組織。

多年以來，研究人員致力于探索將間充質干細胞定向誘導分化為骨細胞的方法。為此他們嘗試將間充質干細胞暴露于不同類型的骨形態(tài)發(fā)生蛋白(bone morphogenetic proteins, BMPs)，即一類誘導間充質干細胞分化為骨組織的生長因子。間充質干細胞需要在BMPs中暴露約一周時間才能夠完成分化過程，而定點注射至骨折部位的BMPs卻只有幾小時的有效時間，一次注射遠遠無法做到刺激骨組織再生。

為構建出長效作用的BMPs，由希德斯西奈醫(yī)學中心再生醫(yī)學專家Dan Gazit率領的研究團隊及其他課題組嘗試利用病毒將BMP基因導入間充質干細胞中，使其自身持續(xù)表達BMPs，并刺激其分化。然而這一嘗試并未收獲令人滿意的結果。

最近幾年，Gazit團隊研發(fā)出了可代替病毒將基因導入間充質干細胞的新策略：首先，他們在骨折處填充滿膠原蛋白并等待干細胞遷移浸潤;幾周后，他們將大量目標基因片段與由氣體填充、脂分子包裹的微型囊泡混合，注射至骨折處;隨后，他們還需要在創(chuàng)傷處及周圍施加超聲波——就像產科醫(yī)生檢查胎兒一樣。超聲波能夠使注射的微囊泡爆裂，沖擊使附近干細胞的胞膜上短暫產生納米級尺寸的洞，使基因能夠順利進入細胞內。

2014年，Gazit團隊報道了他們在動物骨折樣本中采取這種方法成功導入了無治療作用的報告基因。然而當他們用同樣方法導入兩種不同亞型BMPs——BMP-2和BMP-7基因后，他們發(fā)現骨骼的確再生了，但并不夠使骨折愈合。

Gazit團隊在通過手術將BMP-6基因插入到所構建的1厘米縫隙的腿骨缺損樣本中之后，得到了令人欣慰的結果：治療八周后，他們發(fā)現全部的治療組動物骨縫隙都不復存在，骨折完全愈合。

事實證明，這項當前備受推崇的新治療方法，與過去自體骨移植有著同樣好的治療效果。這一成果發(fā)表在了5月17日的《科學-轉化醫(yī)學》(Science Translational Medicine)上。

“這一研究結果說明我們非常需要繼續(xù)發(fā)展利用干細胞再生骨組織治療骨折，”德克薩斯大學健康科學中心骨科研究員Johnny Huard說道。“然而，這項研究中使用的豬樣本年齡全部不足一年。年輕的動物和人類比老年擁有更多的間充質干細胞，并且老年人骨折的損傷程度往往遠大于年輕人。” 因此，Huard建議在嘗試治愈人類骨折之前，仍需要觀察此方法用于老年動物骨折樣本中是否同樣有效。