近日，协和医院骨科杨操教授团队在骨组织修复研究方面取得重大进展。团队分别在国际高水平期刊ACS Nano（IF=15.88）上发表了题为 “Nanotopography Sequentially Mediates Human Mesenchymal Stem Cell-Derived Small Extracellular Vesicles for Enhancing Osteogenesis” (纳米形貌时序性介导人间充质干细胞来源的小细胞外囊泡促进成骨)的研究论文，在Small（IF=13.28）上发表了题为 “Ultrasonic Interfacial Engineering of MoS2-Modified Zn Single-Atom Catalysts for Efficient Osteomyelitis Sonodynamic Ion Therapy” （二硫化钼改性锌单原子催化剂的超声界面工程实现高效声动力离子治疗骨髓炎）的研究论文。

大面积骨缺损或感染引起的延迟愈合或不愈合严重影响患者的日常生活, 纳米形貌对骨相关细胞的行为有较大的影响。然而，纳米形貌是否能特异性地调节小细胞外囊泡（sEV）的内容物以发挥特定的生物功能尚不清楚。在此，研究团队证明了一种选择性的纳米形貌可时序性介导人骨间充质干细胞(hBMSC)的sEV，以提高对骨修复的治疗效果。研究人员对纳米形貌上培养干细胞7、14和21 天后采集sEV进行RNA测序,发现随着时间的延长，sEV中富集更多有利于成骨更多的miRNA，尤其21天最为明显。后续将在纳米形貌上培养21天后的hBMSCs分泌的sEV负载在3D打印多孔PEEK支架上，结果表明这种支架在6周和12周后显示出优异的成骨能力。此发现有助于利用不同的纳米形貌来提取具有特定功能的sEV。

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Ma L, Li G, Lei J, Song Y, Feng X, Tan L, Luo R, Liao Z, Shi Y, Zhang W, Liu X, Sheng W, Wu S, Yang C. Nanotopography Sequentially Mediates Human Mesenchymal Stem Cell-Derived Small Extracellular Vesicles for Enhancing Osteogenesis. ACS Nano. 2021 Dec 22. doi: 10.1021/acsnano.1c07150. Epub ahead of print. PMID: 34935354.

感染性骨缺损是临床上棘手的难题，可导致骨破坏或致命的脓毒血症。通过频繁使用抗生素和外科清创术进行临床治疗会带来不可避免的副作用，包括产生耐药性和致畸等副作用。临床上迫切需要开发一种兼具高效抗菌和良好骨诱导能力的骨修复材料。在此，研究团队设计了一种由类卟啉锌单原子催化剂（g-ZnN4）和硫化钼（MoS2）量子点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。研究发现，由于界面电荷转移增加、自旋翻转增强和O2活化能降低，g-ZnN4-MoS2异质界面的构建完全激活了吸附的O2。在一定的超声刺激时，产生的单线态氧（1O2 ）可杀死耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）。同时，固定在g-ZnN4中的Zn单原子可以在安全浓度下以Zn2+的形式稳定释放，促进细胞成骨分化，表现出优异的骨诱导能力。在MRSA感染的骨髓炎模型的治疗中，声动力金属离子治疗可以显著抑制炎症反应和骨量丢失。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。此项目研发的材料不仅可通过直接局部填充以实现抗菌成骨，还可通过3D打印构建具有微纳结构的抗菌成骨材料，有望实现大段感染性骨缺损的修复。

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Feng X, Lei J, Ma L, Ouyang Q, Zeng Y, Liang H, Lei C, Li G, Tan L, Liu X, Yang C. Ultrasonic Interfacial Engineering of MoS2 -Modified Zn Single-Atom Catalysts for Efficient Osteomyelitis Sonodynamic Ion Therapy. Small. 2021 Dec 10; e2105775. doi: 10.1002/smll.202105775.

杨操教授以课题负责人主持国家自然科学基金重点项目1项，十三五科技部国家重点研发计划1项，湖北省创新群体项目1项，国家自然科学基金项目5项。杨操教授课题组在椎间盘退变机制、骨组织再生修复以及组织工程领域开展了大量的研究工作，团队近5年内发表SCI论文100余篇，其中IF>30分1篇，IF>10分9篇。（骨科）