Hydroxyapatite-Based Scaffold Combined with 2 Polydeoxyribonucleotide (PDRN) Promotes Bone Regeneration in 3 a Rat Calvarial Critical-Size Defect Model
本研究表明，与其它测试材料相比，将聚脱氧核苷酸（PDRN）与含胶原的羟基磷灰石基支架（O3C）相结合，能显著增强大鼠颅骨临界尺寸缺损模型中的骨再生与组织成熟。
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当骨头折断时，身体通常知道如何修复它。它会向受损部位输送细胞，搭建一座临时桥梁，并缓慢地将其重塑为坚固、实心的骨骼。但这种天然修复系统是有极限的。如果一部分骨头完全缺失——例如由于严重的损伤、肿瘤切除或先天缺陷——身体无法自行填补这个缺口。这个空间会保持空置，仅由柔软的瘢痕组织填充，导致结构变得脆弱且不稳定。几十年来，外科医生一直试图通过从患者身体的其他部位取下健康的骨头并将其移植到缺口中来解决这个问题。虽然这种方法有效，但需要进行第二次手术，会导致捐赠部位疼痛，并且往往无法为巨大的缺口提供足够的材料。这促使科学家们寻找合成替代品：一种可以作为临时支架的材料，引导人体自身的细胞重建缺失的骨骼，而无需进行第二次手术。
挑战在于寻找一种不仅仅是填充空间的材料。一个好的替代品必须具有足够的孔隙率，以便血管和细胞能够生长进入其中，并且其化学性质必须与天然骨骼足够相似，以鼓励身体接受它。一个极具前景的候选材料是由羟基磷灰石制成的陶瓷，这种矿物质赋予了我们骨骼硬度。然而，单纯的陶瓷可能过于僵硬，且与活体组织的融合速度较慢。为了改进这一点，研究人员开始加入起信号作用的生物分子，告诉细胞如何更快地生长并更有效地修复组织。其中一种分子是脱氧核糖核苷酸（PDRN），这是一种源自 DNA 的物质，已被证明有助于愈合伤口并刺激血液流动。核心问题在于，将这种生物信号与特定类型的骨支架结合使用，是否会比单独使用其中任何一种效果更好，以及支架本身的纹理是否重要。
首尔大学医院的一个研究小组通过在受控动物模型中测试不同的组合，试图回答这个问题。他们在三十只大鼠的头骨上制造了一个精确的圆形孔洞。这个孔洞足够大，以至于永远无法自行愈合，从而模拟了人类患者中常见的难治性“临界尺寸”缺陷。研究人员将大鼠分为五组。一组未接受治疗，作为显示不采取措施时会发生什么的基准。其他四组接受了合成骨移植物，但成分各异。两组接受了陶瓷块，另外两组则接受了混合了胶原蛋白（一种构成我们骨骼柔软框架的蛋白质）的陶瓷版本。在每一对组别中，一组接受了纯陶瓷，另一组则接受了浸泡在 PDRN 溶液中的陶瓷。
在八周的时间里，研究人员观察了骨骼是如何愈合的。他们使用高分辨率 3D 成像技术，精确测量了有多少新骨形成以填补孔洞。结果显示各组之间存在明显差异。未接受治疗的大鼠几乎没有产生新骨，孔洞主要由软组织填充。接受纯陶瓷块的大鼠表现稍好，填补了约一半的空间。接受混合了 PDRN 的陶瓷的大鼠表现更佳，但最显著的改善来自于接受了含胶原蛋白陶瓷并浸泡在 PDRN 中的那一组。在该组中，新骨填补了近四分之三的缺陷，明显高于其他任何组别。
研究人员还在显微镜下观察了新骨的质量。在结果最好的那一组中，新骨并非随机的细胞堆积；它已组织成成熟的、层状的结构，与健康的成年骨骼非常相似。这表明胶原蛋白支架与 PDRN 信号的结合不仅加速了生长，还帮助骨骼实现了正确的成熟。研究发现，支架中的胶原蛋白可能起到了关键作用。虽然单纯的陶瓷块是一个不错的骨生长平台，但胶原蛋白版本似乎为 PDRN 的发挥创造了更好的环境。看起来，胶原蛋白有助于将这种生物信号固定在原位，并使其能更有效地与试图重建骨骼的细胞进行相互作用。
这项研究表明，骨修复治疗的成功不仅取决于所使用的成分，还取决于它们是如何组合在一起的。仅仅将愈合分子添加到标准支架中并不能产生最佳效果。相反，胶原蛋白基支架与 PDRN 信号的特定组合产生了协同效应，即整体大于部分之和。研究结果表明，对于困难的骨缺陷，使用模仿天然蛋白质结构的支架，并结合刺激生长的生物信号，可以为替代从患者自身体内取骨提供强有力的方案。虽然这些结果是在大鼠身上观察到的，且需要进一步测试以确认其在人类身上的作用方式，但该研究为设计更好的材料以帮助人体愈合那些顽固损伤提供了清晰的路径。
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