在小鼠體內，用於遞送骨形態發生蛋白（BMP）的肝素微粒（紅色）與有缺陷的股骨結合。以肝素為基礎的混合物可以將用於治療的生物材料僅局限於損傷區域。
臨床上在治療骨損傷時，通常會使用高劑量的骨形態發生蛋白（BMP），但這會導致許多的併發症，包括軟組織炎症和異常骨化。
近日，據《科學進展》雜誌報導，來自美國俄勒岡大學的研究人員使用了一種由肝素製成的新型生物材料來遞送BMP，此舉顯著降低了大鼠股骨目標修復區域以外的骨骼生長。研究人員表示，這項技術可用來改進脊柱融合術，修復受損或有缺陷的骨頭，避免骨骼的過度生長。
在這項新研究中，俄勒岡大學菲爾和佩妮奈特校區的生物工程師、這篇論文的領導者Marian H. Hettiaratchi及其同事將小鼠體外和體內實驗的結果輸入電腦模擬，以探索如何在動物實驗中調整以肝素為基礎的方法，從而使BMP水平與人類骨骼修復程序所需的劑量相當。
「我們更關注與臨床應用相關的劑量。對於人類，通常每千克體重使用0.1~0.2mg的BMP，所以我們在小鼠身上也使用了相同的劑量。」Hettiaratchi說，「大多數在小鼠身上進行的研究所使用的骨修復物質比這個劑量要少10倍，這與人類使用的劑量是不可比的，因此也沒有臨床使用骨修復物質的副作用。」
研究人員使用了兩種不同劑量的組合，最終使異常骨化降低了40%到50%。
早在2011年，Guldberg的實驗室就在大鼠的股骨缺損中植入了在海藻酸鹽水凝膠中混合的肝素和BMP，以隔離修復區。同樣，人類的醫療實踐也依賴於將高劑量的BMP注射到膠原海綿中，但當BMP逃離膠原海綿時，就會導致周圍軟組織的異常骨化。
Hettiaratchi說：「臨床上治療大骨缺損的問題是，使用膠原海綿產生的BMP會導致異常骨化，因為藥物不會停留在材料上。而肝素微粒中含有肝素的長鏈線性多糖，其硫酸化基團使其對BMP具有更強的結合親和力，這種新材料在損傷的局部保留了更多的BMP，使目標區域外不會有額外的骨骼形成。」
目前，Hettiaratchi正在研發一種合成材料來定位蛋白質的傳遞，以避免肝素的潛在副作用。她指出，雖然在大鼠身上沒有發現任何已知的副作用，但肝素眾多的硫酸鹽基團可能與其他與骨修復無關的蛋白質結合。理想情況下，他們可以設計一種只與BMP結合的肝素類似物，這也將是未來的工作重點。
原創編譯：花花 審稿：西莫 責編：張夢
期刊來源： 《科學進展》
期刊編號： 2375-2548
原文連結：https://medicalxpress.com/news/2020-01-scientists-path-bone-repair-procedures.html
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