首创新型材料可减少细菌感染并加速骨骼愈合

2023-12-04

临床研究微生物疗法基因疗法

爱尔兰皇家外科医学与健康科学学院（RCSI）和先进材料与生物工程研究中心（AMBER）的研究人员近期开发了一种新型手术植入物，有可能改变复杂骨感染的治疗方法。无需借助传统抗生素，当这种材料被植入受伤或感染的骨骼时，不仅可以加速骨骼愈合，而且能够降低感染的风险。这篇发表在《Advanced Materials》上的论文解决了骨感染（或骨髓炎）这一复杂的临床问题，仅在美国每年就影响约5000人。当骨头受到感染时，首要任务是尽快治愈。标准的临床治疗包括数周的抗生素治疗，通常需要切除感染部位的骨组织，但这种治疗方法起效缓慢。目前，大约一半的骨感染是由耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）引起的，而MRSA对抗生素具有抗药性，长时间的抗生素治疗会增加感染部位的耐受性，从而使情况更加难以控制。为了帮助患者更好地康复，RCSI的研究人员用与人体骨骼相似的物质创造了一种材料。这种材料具备支架状结构，这意味着当它被植入患处骨骼中时，会促进骨头再生。此外，RCSI研究人员在支架中注入了微小的铜纳米颗粒，这种纳米颗粒可以杀死引起大多数骨感染的细菌。研究人员还将一种特定的遗传分子（microRNA-138的抑制剂）整合到支架中，以刺激植入材料的部位形成新骨。在论文中，研究人员描述了临床前实验室测试验证了植入铜纳米颗粒和microRNA的支架可以在2周内刺激骨骼再生，支架还可以阻止80%的潜在有害细菌附着在该部位。他们还发现，植入物刺激了支架上细胞的良好血液供应，这对新形成骨骼的健康和活力至关重要。上图显示，AntagomiR-138激活支架已经很好地整合在骨缺损部位。B：骨，S：支架，BM：骨髓，CT：软骨，箭头表示血管，白色方块表示骨细胞。（图源：Advanced Materials 2023）“总的来说，我们将抗菌植入物和基因疗法做结合，形成了一个修复骨骼和预防感染的整体系统。”该研究的第一作者、RCSI组织工程研究小组 (TERG) 的博士后研究员Joanna Sadowska博士说道。“这是复杂骨损伤治疗向前迈出的重要一步，我们的研究可能会彻底改变未来患者的治疗次数。”RCSI生物工程和再生医学教授、论文首席研究员兼TERG负责人Fergal O'Brien教授看到了这一植入物的许多潜在优势。“这种植入物可以将抗菌治疗直接传递到受感染的骨骼，是一种有精准针对性的治疗方法。这样一来，身体的其他部位就无需长期暴露于抗生素之下，”他说。“此外，我们的植入物中含有铜颗粒，可以阻止细菌在该部位建立感染，同时刺激骨骼中的血管形成。植入物的性质还意味着，当骨头愈合时，身体可以自然分解材料，因此无需通过手术将其移除。”O'Brien教授是SFI先进材料和生物工程研究中心（AMBER）的副主任，他认为植入物是未来更精确、更有效地治疗患处骨骼的重要方法。“这是首个集成不同解决方案以促进骨骼再生并解决感染问题的植入物，这项新研究是向患者提供更快速、更有效治疗的重要一步。”O'Brien教授说。参考文献：Joanna M. Sadowska et al, A multifunctional scaffold for bone infection treatment by delivery of microRNA therapeutics combined with antimicrobial nanoparticles, Advanced Materials (2023). DOI: 10.1002/adma.202307639责编|探索君排版|探索君End往期精选围观王晓红教授团队：绘制单次冷冻囊胚移植成功的女性植入期外周血microRNA动态表达谱，开拓领域创新研究热文维生素B12在细胞重编程与组织再生中发挥关键作用！热文语言胎教是否有效？研究人员以脑电图监测揭示答案热文Let-7家族miRNA或为癌症潜在免疫治疗靶点热文一项最新发现或可用于阿尔茨海默病药物开发点击“阅读原文”，了解更多~