骨科杨操教授团队在骨组织修复研究方面再获重大进展！

新年伊始，协和医院骨科杨操教授团队在骨组织修复研究方面再传捷报，继2021年发表5篇10分以上高水平论文，2022年1月份又连续发表三篇高水平论文，实现了2022年良好开局。

课题组分别在国际一流期刊ACS Nano（IF=15.88）上发表了题为 “Piezo-Augmented Sonosensitizer with Strong Ultrasound-Propelling Ability for Efficient Treatment of Osteomyelitis” (具有强声动能力的压电增强声敏剂用于骨组织感染治疗) 的研究论文，在Bioactive Materials（IF=14.59）上发表了题为 “Small extracellular vesicles with nanomorphology memory promote osteogenesis” （具有纳米形貌记忆的小细胞外囊泡促进成骨）的研究论文。在Chemical Engineering Journal (IF=13.27)上发表了题为 “Sulfur-regulated defect engineering for enhanced ultrasonic piezocatalytic therapy of bacteria-infected bone defects. ” （硫掺杂调控的缺陷工程增强压电催化用于感染性骨缺损治疗）的研究论文。

骨组织感染仍然是骨科领域的一大挑战，临床上面临感染及骨缺损的双重难题，需要长期全身应用抗生素和外科清创的联合治疗，但会带来不可避免的副作用。开发一种无抗生素、无创、快速的策略来根除骨组织感染是非常可取的。在此，研究团队设计了一种由卟啉金属有机框架（HNTM）和其表面修饰的二硫化钼（MoS2）纳米片组成的双功能声敏剂，它具有优异的声动力学抗菌效率和成骨能力。在一定的刺激时，产生的单线态氧（1O2 ）配合涡旋效应可杀死耐甲氧西林金黄色葡萄球菌，其表面修饰的红细胞膜也能中和骨髓中剩余的毒素。同时，通过代谢组学方法发现，细菌泛酸盐代谢和辅酶A代谢的下调所导致的细菌细胞膜功能和呼吸功能抑制是HNTM- MoS2声动力抗菌治疗的主要抗菌机制。这项工作为通过界面工程开发高效声动力材料提供了一种策略。

原文链接： Feng X, Ma L, Lei J, Ouyang Q, Zeng Y, Luo Y, Zhang X, Song Y, Li G, Tan L, Liu X, Yang C. Piezo-Augmented Sonosensitizer with Strong Ultrasound-Propelling Ability for Efficient Treatment of Osteomyelitis. ACS nano. 2022 Jan. 19; doi: 10.1021/acsnano.1c09189.    

大面积骨缺损再生修复是骨科临床上面临的难题，目前临床上的金标准治疗方法是自体骨或异体骨移植，然而自体移植物来源的局限性和对供区的损伤限制了这项技术的广泛推广。纳米拓扑形貌能赋予生物材料引导细胞粘附、增殖和分化的能力，细胞可以通过保留从过去的机械微环境中获得的机械记忆来维持细胞状态。在此，本研究团队基于机械记忆创新性的提出了一个新的概念：“具有纳米形貌记忆的小细胞外囊泡（sEV）促进成骨”。研究人员通过碱热处理在钛板上获得纳米形貌(Ti8)，并在纳米拓扑Ti板上培养人间充质干细胞(hMSC)21天并以此促进其成骨分化，然后从hMSC中提取sEV（Ti8-21-sEV）。研究人员证明了Ti8-21-sEV在体外和体内具有优异的促成骨能力，RNA测序进一步证实Ti8-21-sEV通过调控包括PI3K-AKT信号通路、MAPK信号通路、粘着斑和细胞外基质-受体相互作用在内的成骨相关通路促进骨再生。本项目证明Ti8-21-sEV能通过复制纳米形貌的促成骨信息从而具有形貌机械记忆功能，此发现有助于开发其他具有形貌记忆的sEV用于组织再生修复治疗。

原文链接： Ma L, Ke W, Liao Z, Feng X, Lei J, Wang K, Wang B, Li G, Luo R, Shi Y, Zhang W, Song Y, Sheng W, Yang C. Small extracellular vesicles with nanomorphology memory promote osteogenesis. Bioactive Materials. 2022 Jan 12. doi: 10.1016/j.bioactmat.2022.01.008.

感染性骨缺损在临床上通常需要通过大量抗生素使用、外科清创术和植骨术等多种方式进行抗感染和骨修复治疗，然而这些治疗方式都具有一定的缺陷，因此临床上迫切需要开发兼具抗感染和促进成骨的“二合一”治疗模式。在此，研究团队设计了一种硫掺杂的钛酸钡压电声敏剂（sulfur doped BTO，SDBTO），在声动力作用下能同时发挥抗菌和促成骨作用。研究发现，掺杂剂硫元素本身能增加晶格的不对称性从而增强钛酸钡纳米粒子本身的压电性，同时由硫元素掺杂而形成的氧缺陷又能增强纳米粒子的压电催化性能。在温和的声波刺激时，产生的压力作用在SDBTO纳米粒子上使其和周围的水和氧气分子反应产生羟基自由基（·OH）和超氧阴离子（·O2-），从而杀死金黄色葡萄球菌。同时，在SDBTO纳米粒子表面上产生的压电电流能通过上调TGF-β信号通路促进人间充质干细胞成骨分化，表现出优异的成骨诱导能力。本项目开发的纳米材料不仅可通过局部填充发挥疗效，更能和传统骨植入材料或者新兴3D打印植入材料配合，有望为感染性骨缺损临床治疗提供新方向。（骨科）

原文链接：Lei J, Wang C, Feng X, Ma L, Liu X, Luo Y, Tan L, Wu S, Yang C. Sulfur-regulated defect engineering for enhanced ultrasonic piezocatalytic therapy of bacteria-infected bone defects. Chemical Engineering Journal. 2022 Jan. 11; 134624. doi: 10.1016/j.cej.2022.134624.