研究人员开发了复制骨重塑过程的技术

马萨诸塞大学阿默斯特应用生命科学研究所(als)的一个多学科研究团队开发了一种技术来复制骨组织的复杂性和骨重塑过程。这一突破可以帮助研究人员进一步研究骨生物学，并有助于改善骨质疏松症药物的开发。

发表在科学的进步，研究人员开发了一种新的生物材料，他们称之为脱矿材料骨纸。团队成员包括李正宇(Jungwoo Lee)、永国公园(Yongkuk Park)、瑞安·卡彭特(Ryan Carpenter)、化学工程;张志贤，生物化学及微生物学;Jun-Goo Kwak，分子和细胞生物学研究生课程;以及伍斯特马萨诸塞大学医学院的Shim Jae-Hyuck。

该团队开发了一个骨小梁再造小梁骨腔必要的细胞外复杂性和细胞过程的器官样模型。小梁骨，或称海绵骨，是一种轻而多孔的骨，周围有许多大的空隙，呈蜂窝状或海绵状外观。小梁骨是人体的“减震器”，将机械负荷从关节表面转移到骨皮质。与皮质骨相比，这些骨的钙含量更低，骨髓含量更高。小梁骨密度随年龄增长而降低。

“骨是一种多功能组织，不仅保持机械稳定性，而且调节血液形成和血液矿物含量,”李说。“然而，研究骨重塑生物学具有挑战性，因为这一过程发生在骨腔内。硬而不透明的骨组织是难以获取的，因此在体外创建真实的骨组织模型将促进我们对基础骨生物学的理解，并为模拟疾病进展和筛选药物反应提供新的机会。”

骨重塑是一个从骨骼中去除成熟骨组织，形成新的骨组织的终身过程。这些过程还控制了受伤后的骨置换和日常活动中发生的微损伤。骨发育以一层一层的方式发生，首先形成骨的细胞沉积结构胶原，然后矿化形成硬骨。这一过程在整个生命过程中不断重复，以重塑和塑造骨组织。

马萨诸塞大学的科学家们从当地一家屠宰场取出牛骨，清洗后切成小块，然后用化学方法去除它们的矿物质。为了重现骨重塑过程，该团队开发了一种新型生物材料——脱矿骨纸，它模仿了由脱矿的牛致密骨薄片组成的致密结构基质。这种材料具有可控制的厚度和表面积。它的机械耐久性和半透明的，以及。

脱矿骨纸支持成骨细胞和破骨细胞的过程，这些细胞只驻留在骨表面并发挥作用。破骨细胞负责老化骨吸收，而成骨细胞负责新骨的形成。

骨纸是一种功能模板，成骨细胞在致密胶原蛋白的层状结构的引导下，在其上快速沉积结构性矿物，形成与活的生物体中所见的深度相似的类骨。这种材料的半透明性使其可以用荧光显微镜监测正在进行的细胞过程，而且它很薄，但足够耐用，易于处理。骨纸可以大批量生产——该团队可以用一块牛股骨生产5000多块。

该研究的第一作者Yongkuk Park说，小梁骨模型可以通过替代牛骨来进行人类转化研究。人源化小梁骨模型可提高临床前研究的预测能力，缩短骨质疏松药物的筛选周期。它还可以帮助研究人员促进未来骨骼生物学诸多方面的研究。

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