骨損傷的修復(fù)是臨床醫(yī)學(xué)中的重大難題，尤其是對(duì)于大面積骨缺損，因其自我修復(fù)能力有限，常導(dǎo)致長(zhǎng)期功能障礙和并發(fā)癥。傳統(tǒng)治療方法，如骨移植、藥物遞送和生物材料支架，因血管化不足、藥物滯留效果差以及機(jī)械刺激不足等問(wèn)題，療效受限。如何實(shí)現(xiàn)微創(chuàng)、高效且精準(zhǔn)的骨修復(fù)，成為亟待解決的科學(xué)挑戰(zhàn)。
為此，深圳大學(xué)王奔博士聯(lián)合北京大學(xué)深圳醫(yī)院沈杰博士等，開(kāi)發(fā)了一種基于振蕩磁場(chǎng)的微馬達(dá)骨修復(fù)技術(shù)。研究成果以“Oscillating Magnetic Field Induced Bone Injury Repair by using Drug-Free Micromotors”為題，發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)期刊《Advanced Science》上。該研究提出了一種無(wú)需藥物載體的微馬達(dá)骨修復(fù)方法，通過(guò)振蕩磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械微運(yùn)動(dòng)直接促進(jìn)骨再生，為骨損傷治療提供了一種全新的解決方案。王奔博士為通訊作者，沈杰博士（北大深圳醫(yī)院）、何睿（深大）、何家俊（深大）為第一作者。
(截圖源自Advanced Science官網(wǎng))
研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種由磁性明膠/透明質(zhì)酸復(fù)合水凝膠制成的微馬達(dá)，其核心創(chuàng)新在于利用振蕩磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)微馬達(dá)產(chǎn)生局部機(jī)械微運(yùn)動(dòng)，直接刺激骨生成，而無(wú)需藥物或生物因子的輔助（圖1）。微馬達(dá)通過(guò)外部磁場(chǎng)的精準(zhǔn)控制，在骨缺損部位施加適度的機(jī)械刺激，促進(jìn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的增殖與分化，同時(shí)加速骨基質(zhì)的礦化和膠原纖維的有序排列。從分子生物學(xué)機(jī)理來(lái)看，微動(dòng)會(huì)觸發(fā)粘著斑激酶的磷酸化，并誘導(dǎo)Wnt依賴(lài)的β-Catenin在核內(nèi)聚集，啟動(dòng)下游信號(hào)級(jí)聯(lián)，從而促進(jìn)成骨。
圖1. 微動(dòng)馬達(dá)用于骨缺損修復(fù)中的概念示意圖。
在體外實(shí)驗(yàn)中，微馬達(dá)在振蕩磁場(chǎng)作用下顯著促進(jìn)了骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的增殖和分化，表現(xiàn)出優(yōu)異的生物相容性和力學(xué)刺激效果。在大鼠股骨缺損模型中，微馬達(dá)的機(jī)械微運(yùn)動(dòng)使新生骨組織的體積比例增加了近兩倍，并且新生骨組織呈現(xiàn)出良好的礦化結(jié)構(gòu)和膠原纖維排列。
圖2. 微馬達(dá)的體外生物學(xué)特性。
與傳統(tǒng)的超聲或振動(dòng)刺激相比，微馬達(dá)的局部微運(yùn)動(dòng)具有更高的精準(zhǔn)性和可控性，避免了非特異性刺激對(duì)周?chē)M織的影響。此外，該技術(shù)無(wú)需藥物載體，避免了成骨藥物和刺激因子的副作用以及藥物毒性等潛在風(fēng)險(xiǎn)，為骨修復(fù)提供了一種安全、有效且可持續(xù)的治療手段。
圖3. 體內(nèi)微動(dòng)馬達(dá)的骨損傷修復(fù)。
該研究不僅為骨損傷修復(fù)提供了一種全新的技術(shù)路徑，也為微馬達(dá)在再生醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用開(kāi)辟了新方向。微馬達(dá)的設(shè)計(jì)和驅(qū)動(dòng)機(jī)制具有高度的可擴(kuò)展性，未來(lái)有望應(yīng)用于軟骨修復(fù)、神經(jīng)再生以及其他組織工程領(lǐng)域。此外，結(jié)合人工智能和實(shí)時(shí)成像技術(shù)，微馬達(dá)的導(dǎo)航與控制精度將進(jìn)一步提升，為個(gè)性化、精準(zhǔn)化的醫(yī)療方案提供更多可能性。
論文信息：Jie Shen, Rui He, Jiajun He, Lipeng Liao, Yongcan Huang, Shaoxiong Min, Xiaoreng Feng, Bin Chen, Ben Wang*, Oscillating magnetic field induced bone injury repair by using drug-free micromotors. Advanced Science 2025, DOI: 10.1002/advs.202503254.
論文鏈接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202503254
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