圣保罗州立大学开发的生物材料被证明能够加速骨骼再生

巴西圣保罗州立大学博图卡图生物科学研究所 (IBB-UNESP) 的研究人员开发出一种新型生物材料，可加速成骨细胞(骨细胞)分化。该发明未来有望用于骨再生、骨移植和牙种植体恢复等手术。

研究人员在《 生物医学材料研究杂志》 上 发表的一篇文章中报道，这种材料是掺钴三斜锰矿，一种重要的磷酸钙化合物，与人体骨矿物质的结构相似。

三斜磷矿含有钙、氢、氧和磷。它具有多种生物医学应用，包括假体涂层和可注射骨水泥。研究人员添加了钴，它在成骨细胞分化中起着关键作用，如下所述。

“我们的数据首次基于缺氧(组织中氧气含量低)提供了足够的证据，表明我们可能拥有一种具有再生骨组织潜力的新型仿生材料。患者提供的自体骨的数量和质量并不总是足以满足临床移植的目的，” IBB-UNESP 教授、该文章的最后作者 生物化学家Willian Fernando Zambuzzi告诉Agência FAPESP。

目前针对骨折或需要切除肿瘤以及假牙的患者采用的移植手术通常使用从患者身上取出的骨碎片，但需要额外的手术来获得自体材料，存在感染风险和较长的恢复期。

Zambuzzi 自 2000 年代初期以来在 FAPESP 的支持下开始研究骨生物学，目前是该文章第一作者、博士生 Gerson Santos de Almeida 的论文导师。他和他的团队长期以来一直专门研究参与骨骼发育的分子和机制，同时也在寻找相容的生物材料。

世界上大多数国家的寿命延长导致对骨再生和更有效的相关疗法的研究增加。该研究旨在帮助患者更快康复、缩短住院时间、降低治疗费用并避免不良副作用。在这种情况下，开发能够复制骨骼结构复杂性同时又安全有效的材料显然很重要。

知识建构

2014 年《自然》杂志上发表的一篇文章 报道，内皮细胞(血管内壁)可以刺激成骨细胞分化，而且血管生长和成骨似乎是相互关联的，内皮细胞和成骨细胞之间存在分子串扰。

基于这些发现，赞布齐在当时新成立的生物测定和细胞动力学实验室开始了自己的研究。当时，他得到了 FAPESP 青年研究员资助金的支持。为了寻找刺激血管生长并对成骨细胞分化产生间接影响的分子，他最终将注意力集中在氯化钴上，众所周知，氯化钴会促进缺氧，并导致生物体增加血管数量，以弥补缺氧。

“缺氧在组织中自然发生。在探索了其发展以及内皮细胞和成骨细胞之间的联系后，我们研究了仿生方面，并决定人工激发一种新型分子，即掺钴三斜锰矿，以刺激骨生成，作为强化血管生成的补充效应[新血管的产生] ，”赞布齐说。

基于医疗器械主要生物学评估标准(ISO 10993:5)的细胞性测试证实，该新型材料在这方面是安全的。研究发现，钴的含量是确定未来生物医学应用(尤其是骨再生领域)理想浓度的关键因素。Zambuzzi 说：“基础研究结果是决定性的，使我们能够通过临床前模型(包括动物测试)进行更复杂的分析，以更好地了解材料的转化方面。”

该小组遵循三个 R： 减少测试中使用的动物数量、 尽可能完全更换动物以及 进行改进以尽量减少动物的不适。然而，他们认为在产品开发的某个阶段没有办法避免涉及脊椎动物生理学的模型。

“我们正在生产新型仿生材料，以改善人们的生活质量，同时遵守动物测试中最严格的道德原则，”他说。