单细胞转录组测序技术在骨质疏松症研究中的应用与进展

背景:骨质疏松导致的脆性骨折发病率逐年上升,亟需探索其病理生理、潜在生物标志物、治疗靶点及有效药物。骨微环境中存在多种细胞,对骨代谢的维持至关重要。近几年,单细胞RNA测序(scRNA-seq)技术被开发用于表征单个细胞的转录组,并逐步应用到骨质疏松症防治的研究。目的:综述单细胞转录组测序技术在骨质疏松症研究中的应用与进展。方法:由第一作者使用计算机检索Web of Science,PubMed和中国知网数据库中2009-2023年出版的文献,英文检索词为:“single-cell RNA sequencing,bone marrow derived stromal cells,osteoblasts,osteocytes,osteoclasts,immune cells,Bone marrow vascular endothelial cells”;中文检索词为:“单细胞转录组测序,骨髓间充质干细胞,成骨细胞,骨细胞,破骨细胞,免疫细胞,骨髓血管内皮细胞”;通过阅读筛选相关文献,最终纳入89篇文献进行综述分析。结果与结论:①单细胞转录组测序技术能够深入了解细胞发育、增殖、分化的轨迹及其调控机制。②影响骨密度的候选基因主要富集在骨髓间充质干细胞亚群,其中Sox9是关键的转录因子。③成骨细胞不同亚群中差异表达Runx2控制骨髓间充质干细胞向成骨细胞方向分化。④破骨细胞分化过程中RAB38与组蛋白修饰和转录调控动态变化有关。⑤单细胞层面研究证实,骨微环境中存在多种细胞间通讯,破骨细胞可能通过CD160-TNFRSF14配体-受体结合进行细胞间通讯;中性粒/单核细胞与成骨细胞间可能通过RESISTIN通路进行交互;浆样树突状细胞与成骨细胞系通过表皮生长因子通路进行交流;均可以为靶点预测和药物研发提供方向。⑥新的骨髓毛细血管内皮细胞亚群,称为S型内皮细胞,完全起源于骨骺次级骨化中心,甚至比H型血管更具有可塑性。⑦文章从细胞角度总结单细胞转录组测序技术在表征不同骨组织细胞的分化命运和分化轨迹、识别新的细胞亚群、鉴定细胞调控因子及明确细胞间通讯的研究进展,为探讨骨质疏松症的病理机制、筛选潜在诊断标志物、预测治疗靶点及探究药物作用机制提供细胞层面的信息。⑧未来单细胞测序技术将向单细胞多组学(基因组、蛋白组学及代谢组学)方向及结合其他诸如空间转录组技术为骨组织细胞变化提供更有价值的信息。

叉头框转录因子O1信号通路与骨代谢

背景:在骨骼中,各种内源性或者外源性刺激会引起骨代谢失衡,导致骨量和骨强度的变化,进而引起骨关节炎、骨质疏松症等一系列骨相关疾病。在这个过程中,叉头框转录因子O1(Forkhead box transcription factor O1,FoxO1)起到了重要作用,FoxO1可以通过调节氧化应激、细胞增殖、分化和凋亡来调控骨代谢。目的:文章以FoxO1为中心,通过总结其上下游的调节机制,为未来治疗骨相关疾病提供新的思路。方法:以“FoxO1,骨”为检索词在中国知网和万方医学数据库进行检索,以“FoxO1,Bone,Skeleton”为检索词在PubMed和Web of Science数据库进行检索,排除陈旧、重复、质量较差以及不相关的文献,最终纳入56篇文献进行综述分析。结果与结论:①FoxO1通过增加Runt相关转录因子2、碱性磷酸酶和骨钙素的表达,促进骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化,通过抑制过氧化物酶体增殖激活受体γ,将骨髓间充质干细胞由成脂分化向成骨分化转化,从而增加骨形成。此外,FoxO1还可以通过增加成骨细胞的数量来影响骨形成。②抑制骨髓单核-巨噬细胞中的FoxO1可以导致巨噬细胞集落刺激因子、核因子κB受体激活剂配体以及活化T细胞核因子1表达减少,促进破骨细胞表达更多的FoxO1,从而抑制破骨细胞分化。此外,直接激活FoxO1也可以抑制破骨细胞分化并减弱破骨细胞的活性。③增加软骨细胞内的FoxO1水平可以起到调节软骨细胞稳态、保护软骨细胞免受氧化应激损伤、促进自噬相关基因的表达和软骨细胞分泌蛋白多糖4的作用。④文章详细介绍了FoxO1在不同骨细胞中调节的分子机制,更加全面、深入地阐述了FoxO1在治疗骨相关疾病中的关键作用,为治疗骨关节炎、骨质疏松症及骨折愈合延迟等多种骨相关疾病提供新的思路。

微重力导致骨质疏松的机制

背景:在微重力环境中骨吸收和骨形成的失衡,导致航天员出现严重的骨质流失。现有研究表明,微重力环境下的骨质流失是由多种细胞、组织和系统共同作用的结果。目的:综述微重力对不同的细胞、组织或系统产生不同的生物学效应,总结微重力导致骨质疏松发生的机制。方法:在Pub Med、Web of Science和Cochrane图书馆数据库检索2000-2023年的相关文献,纳入标准为与微重力导致骨质疏松相关的组织工程研究和基础研究的所有文章,最终对85篇文献进行综述。结果与结论:(1)在微重力环境下,骨髓间充质干细胞更倾向于向成脂细胞分化,减少向成骨细胞分化,而微重力环境中的造血干细胞则更倾向于分化为破骨细胞,减少向红系分化;同时,微重力抑制成骨细胞增殖和分化、促进成骨细胞凋亡、改变细胞形态及降低成骨细胞矿化能力,显著增加破骨细胞数量和活性并且阻碍成骨细胞向骨细胞分化,促进骨细胞的凋亡。(2)在微重力环境下,人体会出现骨骼肌萎缩、微血管重塑、骨微循环障碍及内分泌紊乱等组织或系统的变化,这些变化会导致骨骼微环境下机械应力卸载,血液灌注不足以及钙循环紊乱等,对骨质疏松的发生产生了重要的影响。(3)目前,微重力导致骨质疏松的机制较为复杂,通过更深入的研究这些生理机制对于确保航天员在长期太空任务中的健康至关重要,并为预防和治疗骨质疏松症提供了理论依据。

基质细胞衍生因子1在软骨和软骨下骨稳态中的作用

背景:骨性关节炎是一种以软骨退变和软骨下骨异常骨重塑为特征的退行性病变。近年来,许多研究表明基质细胞衍生因子1在骨性关节炎的病理进展中发挥关键作用,靶向调控基质细胞衍生因子1及其CXC趋化因子受体4型和CXC趋化因子受体7型组成的信号通路是预防和治疗骨性关节炎的新方法。目的:综述基质细胞衍生因子1参与调控软骨细胞、骨髓间充质干细胞、成骨细胞及破骨细胞增殖、分化及凋亡的作用,以及这些细胞相互作用,探究导致软骨退变、软骨下骨异常骨重塑而加速骨性关节炎病理进展的机制,以期为骨性关节炎的防治提供新的思路。方法:以“基质细胞衍生因子1,软骨,软骨细胞,软骨下骨,骨髓间充质干细胞,成骨细胞,破骨细胞,CXC趋化因子受体4型,CXC趋化因子受体7型”为中文检索词检索中国知网、万方和维普数据库,以“Stromal cell-derived factor 1,SDF-1,CXCL12,cartilage,chondrocyte,subchondral bone,mesenchymal stem cells,osteoblasts,osteoclasts,CXCR4,CXCR7”为英文检索词检索PubMed、Medline和Embase数据库,检索各数据库建库至2024年1月的相关文献,根据纳入和排除标准,最终纳入77篇文献进行归纳总结。结果与结论:①基质细胞衍生因子1调控软骨细胞、骨髓间充质干细胞、成骨细胞和破骨细胞迁移、增殖、分化和死亡,在维持软骨和软骨下骨稳态以及促进或抑制骨性关节炎软骨退变、软骨下骨异常骨重塑等病理过程中均发挥至关重要的作用,靶向调控基质细胞衍生因子1/CXC趋化因子受体4型/CXC趋化因子受体7型信号通路有望成为今后防治骨性关节炎研究的重点。②由于基质细胞衍生因子1亚型在组织之间表达量的差异,目前以基质细胞衍生因子1α研究最为广泛,基质细胞衍生因子1β和基质细胞衍生因子1γ的相关研究多集中在探索影响干细胞生物学行为、在调控软骨和软骨下骨稳态中的作用,与骨性关节炎的相关性尚不清楚。③基质细胞衍生因子1能够有效促进干细胞归巢至软骨损伤部位,并诱导其增殖、存活及成软骨分化和应用负载基质细胞衍生因子1的生物支架来改善软骨修复质量已成为软骨组织工程研究的热点;然而,已有研究表明基质细胞衍生因子1可促进骨髓间充质干细胞向肥大型软骨细胞分化,而新生软骨细胞肥大表型会造成软骨内骨形成,软骨细胞凋亡,整个组织发生血管化和骨化,影响最终软骨修复的质量;另外,不同支架与基质细胞衍生因子1组合在修复部分软骨损伤和全层软骨损伤时,再生组织不都是理想的透明软骨组织。因而,未来深入探寻基质细胞衍生因子1在干细胞生物学效应中的潜在机制以及基质细胞衍生因子1与支架组合在修复不同软骨缺损的最佳组合方式将有助于提升软骨修复质量。④目前有关CXC趋化因子受体4型拮抗剂的研究主要集中在AMD3100,T140和TN14003,且绝大部分处于基础实验阶段,有待临床转化。针对基质细胞衍生因子1/CXC趋化因子受体4型/CXC趋化因子受体7型信号通路开发的治疗药物、方法的安全性、有效性仍需大量的生物学和临床试验加以佐证。

Ilizarov骨搬移联合抗生素骨水泥促进胫骨大段骨缺损的对接点愈合

背景:Ilizarov骨搬移治疗开放性胫骨大段骨缺损十分有效,但仍有并发症,其中对接点愈合困难是治疗难点之一。目的:探讨Ilizarov骨搬移联合抗生素骨水泥对开放性胫骨大段骨缺损术后对接点愈合的影响。方法:选择2010年8月至2022年1月滨州医学院附属医院收治的开放性胫骨大段(骨缺损> 4 cm)骨缺损患者51例,其中28例接受单纯Ilizarov骨搬移治疗(对照组),23例接受Ilizarov骨搬移联合抗生素骨水泥治疗(试验组)。统计比较两组患者外固定时间、骨愈合时间、骨愈合指数、骨搬移过程中的目测类比评分、末次随访时的骨缺损肢体功能、对接点愈合及并发症发生情况。结果与结论:(1)51例患者均获得完整随访,平均随访(22.53±5.77)个月,试验组患者外固定时间、骨愈合时间、骨愈合指数、术后感染率及对接点未愈合率均少于对照组(P <0.05),两组二期手术后6个月的目测类比评分、末次随访时的骨缺损肢体功能优良率比较差异无显著性意义(P> 0.05);(2)结果表明,相较于单纯的Ilizarov骨搬移治疗,Ilizarov骨搬移联合抗生素骨水泥治疗可促进开放性胫骨骨折对接点的愈合,提高骨愈合率。

肌骨交互机制视域下肌骨退行性疾病及损伤的治疗与修复

背景:骨骼与肌肉退行性病变引发的多种疾病是老年人身体功能和运动能力下降、脆性骨折等不良预后的重要原因,严重影响老年人的身体健康和生活质量。目的:综述肌骨交互作用机制及相关疾病病因、预防、治疗的研究进展。方法:检索CNKI、万方和PubMed数据库中2014-2024年发表的相关文献,中文检索词为“肌骨交互,肌肉骨骼系统,组织通讯,肌因子,骨因子,肌少-骨质疏松症,肌少症,骨质疏松症,骨再生,成纤维脂肪祖细胞”,英文检索词为“muscle-bone crosstalk,musculoskeletalsystem,inter-tissuecommunication,Myokines,Osteokines,Osteosarcopenia,Sarcopenia,Osteoporosis,Bone Regeneration,fibro-adipogenic progenitors”。通过阅读文章剔除研究内容与文章主题关系不大、侧重点不突出、内容观点陈旧的文献,最终纳入94篇文献进行归纳总结。结果与结论:肌肉与骨骼的机械性交互、分泌因子交互和干细胞交互对肌骨系统的代谢及再生调控意义重大。针对肌因子(肌生成抑制素、鸢尾素等)和骨因子(核因子κB受体活化因子配体、硬化蛋白等)生化信号的系统干预可以改善骨骼肌和骨的质量和功能,对骨折愈合同样有积极效果。近年来发现肌骨系统中相关干细胞可进行交互作用,尤以成纤维脂肪祖细胞等肌祖细胞的活化对骨的生长、修复和再生影响显著。针对肌骨交互机制的研究可以对相关疾病的病因、预防、治疗提供思路,然而临床还未有对肌骨共病行之有效的治疗方法,大部分研究停留在细胞及动物实验阶段,因此未来还需要进行大量研究,逐步由实验向临床迈进,开发更具针对性的疗法及药物。

神经生长因子对骨骼形成及骨疾病的影响

背景:神经生长因子在骨骼的生理和病理进程中发挥了重要作用,系统性分析神经生长因子对骨组织的影响在组织工程及临床治疗两方面都具有重要意义。目的:探究神经生长因子通过骨组织细胞和骨神经-血管耦合等途径调控骨形成的过程,同时研究神经生长因子在骨相关疾病病理进程中的作用。方法:在中国知网、万方、PubMed数据库以“神经生长因子,TrkA,骨,软骨”为中文检索词,以“Nerve growth factor,TrkA,NGF,bone,cartilage”为英文检索词进行文献检索,共检索到2 925篇文献。经过筛选后纳入116篇文献进行归纳总结,撰写综述。结果与结论:神经生长因子既可在骨、软骨、神经、血管等组织细胞中表达,又可作用于这些细胞发挥调控作用。通过多种分泌调控方式,神经生长因子在骨组织内部和骨、神经、血管组织间发挥信号传导作用。通过促进骨髓间充质干细胞的增殖、分化,神经生长因子可促进骨形成及骨修复。神经生长因子介导的破骨细胞生成说明其对骨组织具有多向调控作用。同时,神经生长因子与多种骨科疾病的发生发展高度相关,可能提供新的临床治疗思路。对神经生长因子的研究是了解骨骼生理及病理变化的重要方向之一。

骨碎补总黄酮干预骨质疏松性骨折愈合临床疗效机制研究进展

骨质疏松性骨折是一种由于骨质疏松症引起骨量减少、骨微小结构破坏、骨脆性增高,而低能量暴力冲击即可引发的脆性骨折。其常好发于老年人群体。目前除了稳定骨折局部,并无更好的方案去促进骨折愈合。而近年来,以骨碎补总黄酮为主要成分的中成药强骨胶囊在临床上对治疗骨质疏松症和促进骨质修复具有良好的效果。同时,许多动物实验研究表明,骨碎补总黄酮在促进骨折血管生成,抗氧化应激和促进骨质修复方面有良好的效应。该文将从临床疗效和起效机制两方面来论述骨碎补总黄酮在骨质疏松性骨折修复的效应,以期为临床提供帮助。

松脂醇二葡萄糖苷提高生长期小鼠骨强度的研究

目的探究松脂醇二葡萄糖苷(pinoresinol diglucoside,PDG)对生长期小鼠骨强度的影响,以预防骨质疏松症的发生。方法选取1月龄的C57雌性小鼠,随机分为对照组(Control,等体积的蒸馏水)、PDG-L组[PDG,36 mg/(kg·d)]和PDG-H组[PDG,72 mg/(kg·d)],每组15只,6周后处死所有动物。进行Micro-CT成像分析、生物力学检测、双荧光标记分析、血清生化指标检测和骨组织相关蛋白表达分析等。结果PDG给药对小鼠主要脏器未发生明显病理改变;与Control组相比,PDG-L组胫骨的Tb.BMD显著增加(P<0.01),Tb.N、Tb.Th、Tb.BV/TV明显增加(P<0.05),Tb.Sp显著降低(P<0.01),PDG-H组Tb.BMD明显增加(P<0.05);PDG-L组股骨的最大载荷和弯曲模量显著提高(P<0.01),弯曲强度明显高于Control组(P<0.05),PDG-H组最大载荷和弯曲强度也高于Control组(P<0.05);PDG各组胫骨皮质骨荧光间距显著增加(P<0.01),骨形成速率提高,骨矿化沉积速率加快;PDG-L组OPG水平相比于Control组显著提高(P<0.01),RANKL水平显著降低(P<0.01);PDG各组成骨相关蛋白BMP2、OSX和Runx2的表达量显著上调(P<0.01),骨调节蛋白OPG显著提高(P<0.01),RANKL显著降低(P<0.05)。结论PDG能有效提高骨密度,改善骨微结构,提高骨质量,促进骨形成及抑制骨吸收,提高生长期小鼠的骨强度。

壮骨促愈汤在骨质疏松性椎体骨折术后的应用效果观察

骨质疏松症(osteoporosis,OP)是一种常见的骨代谢疾病,其特点为骨密度和骨质量降低,骨微结构损害,致使骨脆性增加[1],进而在轻微外伤或无明显外伤史下引起骨折等其他并发症[2],椎体骨折、股骨粗隆部骨折、桡骨远端骨折常见,其中椎体骨折最为常见[3]。

流体剪切应力促进骨生长机制的研究进展

流体剪切应力(fluid shear stress,FSS)是骨组织微环境中重要的力学刺激因素,对骨细胞的增殖、分化以及骨基质的生成具有显著的促进作用。近年来,关于FSS在骨生成与骨组织修复中的作用机制研究取得了重要进展。FSS通过激活骨细胞骨突网络、钙离子信号传导及初级纤毛等多条信号传导通路,调节骨组织的生成与重塑,具有促进骨细胞成骨分化、增强骨基质矿化的重要潜力。因而,有必要探讨FSS如何通过不同的细胞信号传导通路影响骨生长过程,分析其在维持骨稳态、促进骨生成以及骨组织修复中的具体作用机制,期望为流体剪切应力在骨科临床中的应用提供理论支持。

采用提篮钢板技术治疗粉碎性髌骨下极骨折的疗效分析

目的探讨应用提篮钢板技术治疗粉碎性髌骨下极骨折的临床疗效。方法回顾性分析唐山市第二医院创伤一科2021年3月至2024年3月应用提篮钢板技术治疗的18例粉碎性髌骨下极骨折患者的临床资料,其中男10例,女8例,年龄21~73(44.1±14.2)岁;左膝7例,右膝11例;交通伤8例,摔伤10例。应用提篮钢板技术治疗粉碎性髌骨下极骨折。住院期间观察记录患者年龄、性别、术前疼痛评分(FPS-R)。患者出院后于术后6周、8周、10周、12周、6个月、12个月门诊复查随访,记录骨折愈合时间、膝关节屈曲康复时间、末次随访FPS-R,末次随访B?stman髌骨骨折疗效评分。结果18例患者术前FPS-R评分6(4,6)分,切口均一期愈合,无失访患者;随访时间6~12个月;骨折愈合时间8(6,8.5)周;膝关节屈曲康复时间:90°需3(3,4)周,120°需6(6,8)周,全范围需10(8,10)周;末次随访FPS-R评分2(0,2)分;末次随访B?stman髌骨骨折疗效评分29(28,30)分,优17例,良1例,优良率为100%。18例患者骨折愈合良好,未出现感染、切口愈合不良、内固定物失效、内固定激惹等并发症。结论应用提篮钢板技术治疗粉碎性髌骨下极骨折疗效确切、满意。该技术可达到骨折坚强内固定、早期功能锻炼的目的,术后并发症少,骨折愈合率高,膝关节功能恢复好,疗效优良率高。该技术内固定材料获取容易,手术技术简单,适合在基层医院推广应用。

股骨头颈压力骨小梁与股骨颈后内侧骨皮质及股骨距移行处的形态学观察及临床意义

目的探讨股骨头颈压力骨小梁与股骨颈后内侧骨皮质及股骨距移行处形态特点,为明确股骨颈骨折发病机制提供形态学依据。方法股骨标本102具,分别拍摄正侧位、内斜45°、外斜45°位股骨上端X线片,观测股骨头颈压力骨小梁、股骨距和股骨颈后内侧皮质的位置关系;对股骨标本60具(正常组34具,骨质疏松组26具)头颈部行CT扫描及重建,比较两组压力骨小梁和股骨距形态差异;6具股骨标本沿股骨颈轴线的垂直面、冠状面、矢状面切开,观察压力骨小梁、股骨颈后内侧骨皮质及股骨距形态特点。应用Graphpad Prism v5.0软件进行数据分析。结果股骨头颈压力骨小梁向内后方汇合,止于股骨颈后内骨皮质并与股骨距相续;股骨距向外上发出股骨距大转子间骨小梁;骨质疏松组股骨距大转子间骨小梁萎缩变细。压力骨小梁与股骨距呈交叉连接,交叉处夹角[正常组(82.96±2.91)°,骨质疏松组(116.40±3.23)°],差异有统计学意义;横断面上股骨距夹角[正常组(17.52±0.71)°,骨质疏松组(13.09±0.90)°],差异有统计学意义。结论股骨头颈压力骨小梁与股骨距上端均附着在股骨颈后内侧骨皮质,股骨颈后内侧骨皮质及股骨距共同承接压应力,移行处是压力传导枢纽。骨质疏松时股骨距变小、移行处骨皮质薄弱是造成骨质疏松头颈型股骨颈骨折发生机制之一。

骨诱导膜中H型血管动态表达及耦合骨生成修复大段骨缺损

背景:骨诱导膜技术治疗大段骨缺损存在骨修复缓慢、成骨质量不佳等问题。H型血管具有诱导成骨作用,可增强局部成血管-成骨偶联作用,促进骨修复,但H型血管在骨诱导膜中的作用鲜有报道。目的:构建SD大鼠胫骨大段骨缺损模型,观察骨诱导膜中H型血管表达特征,进而明确骨诱导膜中H型血管表达高峰点与植骨最佳时期。方法:采用随机数字表法将60只SD大鼠随机分为对照组(n=30)与模型组(n=30),两组又各自分为骨水泥植入后4,6,8周3个亚组,每组10只大鼠。对照组与模型组大鼠均构建右侧胫骨4 mm骨缺损模型,模型组植入聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥诱导骨生物膜形成,对照组不植入骨水泥。骨水泥植入后4,6,8周,每个时间点随机取6只大鼠,模型组切取骨诱导膜组织,对照组切取对应部位的非骨性软组织,通过免疫荧光鉴定H型血管动态表达,苏木精-伊红染色观察诱导膜组织形态改变,血管造影观察血管形成情况,免疫组化染色检测成骨细胞特异性转录因子表达;每个时间点剩余4只大鼠,模型组切开诱导膜后取出骨水泥,植入自体尾骨,对照组骨缺损区植入自体尾骨,植骨后8周进行胫骨缺损部位Micro-CT评估。结果与结论:①免疫荧光染色显示,模型组H型血管表达在骨水泥植入后6周最明显,模型组骨水泥植入后各时间点的H型血管表达高于对照组(P<0.05);②苏木精-伊红染色与血管造影检测显示,模型组骨水泥植入后各时间点的新生血管数、血管体积均大于对照组(P<0.05),模型组组内新生血管数、血管体积大小顺序为:骨水泥植入后8周>骨水泥植入后6周>骨水泥植入后4周;③免疫组化染色显示,模型组骨水泥植入后各时间点的成骨细胞特异性转录因子阳性表达高于对照组(P<0.05),模型组成骨细胞特异性转录因子阳性表达在骨水泥植入后6周最明显;④Micro-CT检测显示,模型组3个亚组的骨修复效果明显优于对照组对应的亚组,模型组骨水泥植入后6周亚组的骨修复效果优于骨水泥植入后4,8周亚组。结果表明:骨诱导膜中H型血管呈动态表达并在骨水泥植入后6周达高峰,在骨水泥植入后6周进行骨诱导膜植骨可获得良好的骨修复效果。

家族性进行性骨干发育异常三例

进行性骨干发育异常是一种非常罕见的疾病,主要依靠临床病史、体征及典型的X线影像学表现作出诊断,现将我院遇到的一组家族性病例报道如下。

补骨脂素对环磷酰胺抑制小鼠骨髓间充质干细胞成骨分化的恢复作用

背景:补骨脂素具有很强的抗骨质疏松活性,可能对化疗导致的骨质疏松具有恢复作用。目的:探讨补骨脂素对环磷酰胺抑制小鼠骨髓间充质干细胞成骨分化的恢复作用及机制。方法:分离培养C57BL/6小鼠骨髓间充质干细胞,以MTT法检测补骨脂素对骨髓间充质干细胞活力的影响,以成骨诱导结合碱性磷酸酶染色确定补骨脂素对环磷酰胺抑制骨髓间充质干细胞成骨分化恢复作用的最佳剂量。采用RT-qPCR法检测补骨脂素干预不同时间点成骨分化标志基因Runx2、ALP、Osteocalcin、骨保护素及Wnt/β-catenin信号通路相关基因Wnt1、Wnt4、Wnt10b、β-catenin、c-MYC的mRNA表达;采用Western blot法检测补骨脂素干预不同时间点成骨特异性转录因子Runx2及Wnt/β-catenin信号通路相关基因Activeβ-catenin、DKK1、c-MYC、Cyclin D1的蛋白表达。结果与结论:(1)不同浓度补骨脂素对骨髓间充质干细胞活力没有显著影响;200μmol/L补骨脂素干预后对环磷酰胺诱导骨髓间充质干细胞成骨分化抑制的恢复作用最佳;(2)补骨脂素可以逆转环磷酰胺条件培养基导致的骨髓间充质干细胞成骨标志基因Runx2、ALP、Osteocalcin、骨保护素mRNA表达和Runx2蛋白表达的降低;(3)补骨脂素可以逆转环磷酰胺条件培养基导致的骨髓间充质干细胞Wnt/β-catenin通路相关基因Wnt4、β-catenin、c-MYC mRNA表达和Activeβ-catenin、c-MYC、Cyclin D1蛋白表达的降低以及DKK1蛋白表达的升高;(4)结果表明,环磷酰胺能抑制小鼠骨髓间充质干细胞成骨分化,补骨脂素对其具有恢复作用,且200μmol/L补骨脂素干预效果最佳,而这种保护作用可能与补骨脂素激活Wnt4/β-catenin信号通路有关。

单侧经皮椎体成形骨水泥分布对椎体压缩性骨折修复疗效的影响

背景:虽然研究表明,骨水泥的对称分布可以减少术后椎体再次骨折并有助于改善预后,但是进行经皮椎体成形过程中获得更好的骨水泥分布仍然是外科医生面临的一个重要课题。目的:探讨骨水泥分布对单侧经皮椎体成形术后疗效的影响,以提供有效的预防和治疗措施,防止术后椎体再次骨折。方法:选择2018年1月至2022年12月在新疆医科大学第六附属医院行单侧经皮椎体成形治疗的193例患者,根据术后骨水泥分布分为Ⅰ组(骨水泥不接触上端和远端端板,n=59)、Ⅱ组(骨水泥只接触上端板或只接触下端板,n=80)和Ⅲ组(骨水泥同时接触上端和远端端板,n=54)。对比3组患者的基本资料,手术相关指标包括手术时间、总住院费用、术后住院时间、骨水泥注射量、腰痛目测类比评分及Oswestry功能障碍指数、术后椎体高度恢复率、椎体局部后凸角、损伤椎体及邻近椎体再骨折发生率等,记录所有患者的随访结果。结果与结论:(1)Ⅲ组患者术后1年腰痛目测类比评分和Oswestry功能障碍指数明显低于Ⅰ组和Ⅱ组,差异有显著性意义(P <0.05);(2)Ⅰ组和Ⅱ组损伤椎体再次骨折发生率、总椎体骨折发生率高于Ⅲ组,差异均有显著性意义(P <0.05);(3)3组患者其余指标,包括骨水泥渗漏、腰痛术后1周、术后1个月和末次Oswestry功能障碍指数及目测类比评分、术后椎体高度恢复率、椎体局部凸角、手术时间、总住院费用及术后住院时间等指标均无显著性差异(P> 0.05);(4)提示与骨水泥不接触上端和远端端板组和骨水泥只接触上端板或只接触下端板组相比,骨水泥同时接触上端和远端端板组患者可获得更好的长期预后,而且骨水泥同时接触上端和远端端板能够明显降低损伤椎体及总椎体骨折发生率,医生术中应充分掌握骨水泥的弥散情况,并制定有针对性的预防和治疗策略,从而有助于减少未来再发生骨折的风险。

神经纤毛因子1在骨折愈合中促进骨-血管偶联的作用

背景:神经纤毛因子1在骨折愈合过程中发挥重要作用,尤其是在促进骨-血管偶联方面。骨-血管偶联是骨折愈合过程中的关键事件之一,包括血管(尤其是H型血管)、新骨形成以及它们之间的关联。目的:回顾神经纤毛因子1在骨折愈合过程中促骨-血管偶联作用的研究进展。方法:在中国知网、PubMed数据库检索1982年1月至2024年4月发表的文献,以“Neuropilin-1,neuropilin 1,NRP1,neuropilin-1,NRP-1,Neuropilin 1,Nrp1,Nrp-1”为检索词,从中选择与骨折愈合、H型血管、动脉、骨细胞、骨-血管偶联关系紧密的文献43篇,增加手工检索的文献24篇,最终得到67篇文献。结果与结论:(1)在骨折愈合过程中骨-血管偶联的关键事件包括血管生成、新骨形成以及它们之间的关联,其中H型血管生成是骨折愈合过程中的关键事件之一,H型血管由血管内皮细胞以及周细胞组成;新骨形成主要是由成骨细胞、破骨细胞以及软骨细胞等骨细胞共同完成的;(2)神经纤毛因子1可以通过血管内皮生长因子和血小板衍生生长因子促进内皮细胞迁移、稳定,增强周细胞稳定性及其与内皮细胞之间的关联,从而促进血管再生;(3)神经纤毛因子1通过促进成骨细胞和软骨细胞形成、抑制破骨细胞生成来促进骨再生;(4)神经纤毛因子1可能是血管和骨偶联的关键因子之一;(5)局部应用神经纤毛因子1及其生物制剂,或将神经纤毛因子1、纳米载药系统以及高分子智能聚合材料等生物工程材料融合,为骨折治疗提供了新思路,有着广阔的应用前景。

诱导膜技术在临界尺寸骨缺损修复中的应用:优势与未来发展

背景:诱导膜技术(Masquelet技术)是一种两阶段手术重建大段骨缺损的新技术,在临床中应用越来越广泛。然而,该技术修复骨缺损的机制尚不十分明确。目的:就诱导膜技术的产生背景、修复机制和优势、诱导膜的特征、膜-植骨通讯、动物模型的选择、骨水泥的种类、形貌、所载抗生素对诱导膜的影响、固定方式的选择和骨组织工程材料方面进行综述,以期为未来临界尺寸骨缺损的治疗和诱导膜技术的改进提供新思路。方法:检索PubMed、Web of Science数据库和中国知网(CNKI)中1986-2024年出版的文献,共检索到890篇参考文献。按与诱导膜技术基础研究相关的入选标准进行人工筛选和分析,排除与主题相关性差和重复的文献,纳入研究的文献包括实验类研究原著、综述、荟萃分析等,最终纳入72篇文献进行归纳和分析。结果与结论:①诱导膜技术修复骨缺损的机制尚不明确,但膜和植骨两者缺一不可;②诱导膜是一种富含多种骨形成相关细胞、生长因子和血管的分层较明显组织,其血管化和生长因子的分泌随时间而动态变化;③对于动物模型选择,从解剖结构、负重模式和骨重塑的相似度来讲,羊更为接近;从饲养成本和难度、造模周期来讲,大鼠更合适;④聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)骨水泥不是唯一可以用做诱导生物膜的材料,可能有更加合适的材料可以诱导出更高质量的生物膜;骨水泥负载抗生素的剂量(主要是万古霉素)为每40 g的聚甲基丙烯酸甲酯负载1-4 g抗生素;⑤对于动物(特别是大鼠)固定方式而言,钢板使用更为广泛,固定方式更加可靠,可重复性更高;⑥未来可能会有新的材料替代自体骨促进Masquelet技术的骨修复能力。

骨免疫调节特性骨组织工程支架在修复骨缺损中的应用和发展

背景:在使用骨支架修复骨缺损时,注意骨免疫反应的调节对骨再生具有重要意义。目的:综述骨免疫反应对骨修复的影响和具有调节骨免疫功能的骨组织工程支架的设计和其在骨修复中的应用。方法:从Science Direct、PubMed、Web of Science与中国知网数据库中检索1973-2023年发表的相关文献。英文检索词:“Osteoimmunology,Macrophages,Bone repair materials,Bone scaffold,Bone defects,Bone regeneration”;中文检索词:“骨免疫,巨噬细胞,骨修复材料,骨支架,骨缺损,骨再生”,对筛选出该领域最新研究进展的80篇文献进行归纳分析。结果与结论:①文章详细梳理了骨免疫的起源和发展进程中的重要时间点,并阐述了巨噬细胞作为骨免疫调控体系中重要成员,可分为M1(促炎)和M2(抗炎)两类表型,并在骨再生的不同时期发挥着关键作用。在炎症期,M1型巨噬细胞一方面能激活破骨细胞,启动组织修复进程,同时参与骨内微血管网的重建,另一方面炎症后期的骨组织再生过程中,持续高表达M1型巨噬细胞会阻碍新骨形成;而在修复期,M2型巨噬细胞一方面可分泌成骨细胞因子,刺激骨髓间充质干细胞的成骨分化和矿化,进而促进骨形成,另一方面,长期激活的M2型巨噬细胞会增加促纤维化分子的分泌,导致瘢痕组织的过度形成,从而延迟愈合过程。因此调控巨噬细胞在适宜的阶段进行表型转换,构建有益于成骨的免疫微环境对骨再生意义巨大。②在设计具备骨免疫调控特性的骨支架过程中,可通过改变支架粗糙度、孔隙结构、刚度、亲水性、表面电荷、表面官能团等理化性质影响非特异性蛋白质和细胞黏附,从而影响骨支架与免疫系统的相互作用。而将羟基磷灰石,生物活性玻璃、金属离子、细胞外基质、药物、细胞因子和外泌体等生物活性物质进行表面功能涂层设计,则可在植入机体之后通过释放生物活性物质,主动调控免疫微环境,影响巨噬细胞极化和巨噬细胞与骨骼细胞之间的串扰,促进巨噬细胞更多的M2极化,构建出有利于骨再生的骨免疫微环境。③基于骨组织工程支架的研发,除了关注干细胞成骨分化的直接调控因素外,还应注重对干细胞分化的免疫微环境的管理,通过调控适宜的骨免疫微环境,诱导更多的干细胞成骨分化,增强支架的成骨效能,并凝练出“骨免疫调节特性”的理念,深入阐明了骨免疫微环境的多向调节作用并介绍了现有改变支架理化性能和表面功能涂层策略赋予支架骨免疫调控潜能的策略,为指导新一代具有骨免疫调控特性的骨组织工程支架的研发提供新思路。但是骨免疫微环境是一个动态平衡状态,现有研究的调控策略多数未顾虑到调控的动态匹配性,因此针对具有高效且靶向调控免疫微环境的智能骨免疫调控支架的研发,是未来学者研究的重点关注方向。