研究人员表示这些移植物可用于促进骨骼的愈合

尽管大多数骨折的骨头都可以用牢固的石膏和慷慨的爱抚护理来修补，但更复杂的骨折需要诸如植骨的治疗。德克萨斯农工大学的研究人员现在已经使用原始干细胞创建了卓越的骨移植物。他们发现，这些细胞有助于形成非常肥沃的支架，使骨骼在修复部位再生。

研究人员说，这些移植物可用于促进迅速而精确的骨愈合，从而使患者从手术干预中获得最大利益。

“骨科植入物可能会出现一些问题，例如炎症和疼痛。此外，它们可能会松动，需要进行翻修手术，而翻修手术通常要比植入植入物的原始手术更为复杂，” Roland Kaunas博士说，在生物医学工程系和研究的通讯作者。“因此，通过加快骨骼修复过程，我们的材料可以潜在地减少这些翻修手术的数量。”

研究人员已经在6月号的《自然通讯》杂志上发表了他们的发现。

每年，美国约有60万人经历骨愈合延迟或不完全。对于其中某些情况，医生转向外科手术，其中包括将骨组织移植到修复部位。这些骨移植物通常来自两个来源：来自人体另一位置(称为自体移植物)的患者自己的骨骼，或经过高度加工的人尸体骨骼。

然而，两种类型的骨移植物都有其缺点。例如，自体移植需要额外的手术来提取骨组织，从而增加了患者的恢复时间，有时还增加了慢性疼痛。另一方面，源自尸体骨头的移植物不需要进行两次手术，但是这些移植物中缺乏许多促进骨骼修复的生物分子。

德州A&M健康科学中心副教授Carl Gregory博士说：“尸体骨头的移植物具有某些骨骼的物理特性，甚至具有一点生物学本质，但是它们的功能却非常枯竭。” ，也是该研究的通讯作者。“我们要做的是设计一种植骨，可以通过实验来提高齿轮的速度，可以说使之具有更高的生物活性。”

先前的研究表明，干细胞，尤其是一种称为间充质干细胞的类型，可用于生产具有生物活性的骨移植物。特别是，这些细胞转化为骨细胞，这些骨细胞产生骨骼生长或存活所需的骨架或细胞外基质所需的材料。

但是，这些干细胞通常是从成年骨骼的骨髓中提取的，因此年龄较大。考纳斯说，它们的年龄会影响细胞分裂并产生更多珍贵的细胞外基质的能力。

为了解决这个问题，研究人员转向了称为多能干细胞的间充质干细胞的祖先。与具有较短寿命的成年间充质细胞不同，他们注意到这些原始细胞可以持续增殖，从而产生了无限量的间充质干细胞，这些细胞为骨移植提供了细胞外基质。他们补充说，可以通过对捐赠的成年细胞进行基因重编程来制造多能细胞。

当研究人员通过实验诱导多能干细胞制造出全新的间充质干细胞时，它们能够产生一种细胞外基质，其生物学活性远高于从成年骨骼获得的间充质细胞产生的生物学活性。

格雷戈里说：“我们的材料不仅富集了构成骨骼组织大块部分所需的生物分子，还富集了驱动血管形成的生长因子。”

为了测试其脚手架材料作为骨移植物的功效，他们随后仔细提取并纯化了富集的细胞外基质，然后将其植入骨缺损部位。在几周内检查骨骼修复的状态后，他们发现，他们的多能干细胞衍生基质比最佳的FDA批准的移植物刺激剂有效五到六倍。

格雷戈里说：“使用移植物的黄金标准进行骨修复测定，就像用强力的骨生长刺激剂(称为骨形态发生蛋白2)所进行的那样，大约需要八周的时间，但是我们在四周内就可以完全康复。”“因此，在这种情况下，我们的材料远胜于骨形态发生蛋白2的功效，表明它是当前骨修复技术的巨大改进。”

研究人员还说，从临床角度来看，可以将移植物整合到许多工程植入物中，例如3D打印的植入物或金属螺钉，从而使这些部分与周围的骨骼更好地整合在一起。他们还指出，骨移植物也将更易于生产，因此从制造角度来看是有利的。

考纳斯说：“我们的材料非常有前途，因为理想的多能干细胞仅需一个供体就能产生许多批次的细胞外基质，这将大大简化这些骨移植物的大规模生产。”