骨髓炎（Bone Infections）虽然较少见，但通常患病后极难完全治愈。近期研究人员提出了一种潜在的解决方案，利用3D列印的生物材料，当侦测到病原体时释放抗菌化合物，帮助恢复自然的愈合过程。

据Advanced Science News报导，通常来说，细菌会在受伤、手术后或经由血液感染骨骼。虽然这些受感染通常可用抗生素治疗，但往往无法完全消灭所有的病原体，导致感染反覆发作，并妨碍受损骨组织的恢复。

研究作者在《先进科学》（Advanced Science）期刊中指出“感染的骨缺损是骨科临床中最持久且具破坏性的后果之一”。



左图为正常骨头，右图为受金黄色葡萄球菌感染骨头，通常被称为骨髓炎。


因此研究人员着手开发一种新疗法，目的在于防止细菌杀死并破坏位于骨髓中的干细胞，这些细胞负责修复骨骼。他们首先对引起骨骼感染最常见的病原体金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）进行研究。

金黄色葡萄球菌难以治疗的原因之一是它能够通过躲藏在骨干细胞中逃避抗生素。然而，它如何杀死这些细胞的确切机制此前仍然未知。

研究人员发现，金黄色葡萄球菌通过一种称为铁死亡（ferroptosis）的过程感染并杀死骨细胞。铁死亡是一种“程序性细胞死亡”，其中细胞内的铁含量上升，指示细胞自我毁灭。而作者更指出，“这些发现表明，针对细菌引起的铁死亡可以显著促进受感染骨缺损的再生”。

因此，根据这些结果，研究人员设计了一种生物材料，能同时阻止铁死亡并促进新骨组织的生长。他们首先使用可生物降解的玻璃并3D列印了一个骨干细胞可生长的支架。

这种类型的材料具有类似于骨骼的多孔结构，为新的骨细胞生长并形成新骨提供基础。随着细胞取代生物玻璃并再生骨骼结构，这种材料会释放对愈合过程有益的化学物质。



研究人员使用可生物降解的玻璃，并使用3D列印作出一个骨干细胞可生长的支架。


类似的3D列印生物活性玻璃骨移植物已获得美国食品药品监督管理局（FDA）的批准，并在治疗骨折方面取得了成功。然而，仅凭这种材料尚无法完全清除骨骼感染。

为了对抗细菌感染，研究人员将生物玻璃支架加载了一种凝胶状材料，该材料包含抗菌化合物和另一种阻止铁死亡的化合物。这种凝胶设计为能够保留这些化合物，并仅在侦测到细菌时释放，这是由细菌产生的化学物质引发的反应。这使得3D列印的植入物只在需要时启动作用，并在几周内持续发挥作用。

在实验中，研究人员在小老鼠中实验植入支架，科学家发现骨中的细菌数量在第三天开始减少，并在一周后检测不到细菌。两周后，这种生物材料完全降解，骨组织在六周后开始愈合。

相比之下，接受相同3D列印支架但未含抗菌和抗铁死亡化合物的小鼠，其细菌数量没有减少，并且无法愈合。

然而，在进入临床应用之前，仍需要进行更多工作，包括毒性测试以确保材料对人体安全。

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