再造人生第二春：材料生物学视野下的衰老骨再生策略

知社学术圈 · 公众号 · · 2024-04-08 11:29

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衰老是每个人都无法逃避的现实问题，随着中国老龄化进程加速进行，如何积极应对衰老成为每个人关注的焦点。其中，骨衰老相关疾病，如骨性关节炎及骨质疏松性骨折，在老龄人群中发病率极高，严重影响生活质量。机体的衰老使得骨再生能力显著下降，而生物材料在临床上的使用，给衰老骨治疗带来了更多的技术手段，让更多患者重返正常生活。

最近， 《国家科学评论》 （ National Science Review ，NSR）在线发表了题为“ Biomaterial design for regenerating aged bone: materiobiological advances and paradigmatic shifts ”的综述文章， 文中提出一种材料生物学（materiobiology）指导下的材料开发新策略 （图1），即1）从失调的生物学功能出发，选择关键治疗靶点；2）借助人工智能从构建好的生物材料“工具箱”中选择匹配生物学功能的“基本元件”，组装成模块化的新材料；3）继而通过高通量体外制造与评价系统进行迭代开发；4）最后通过小动物至大动物的体内实验完成能恢复特定生物学功能的新材料开发。

图1. 材料生物学革新用于衰老骨再生的材料开发流程

华东理工大学特聘副研究员戴凯、上海大学副教授耿振及华东理工大学博士生 张文超 为论文第一作者，华东理工大学 刘昌胜 院士、王靖教授及国家纳米科学中心 聂广军 研究员为论文通讯作者。

文章总结了针对干细胞调控、炎症微环境干预、血管再生、骨代谢与合成平衡及神经支配恢复这五个关键生物学功能所进行的材料设计。作者还强调应当继续深入研究骨衰老生物学机制，为后续的材料设计提供更多的治疗靶点。建立能够预测生物材料“基本元件”与恢复骨衰老过程中失调生物学功能的强关联数据库，打造一种功能强大的“生物材料工具箱”，应当成为今后生物材料开发的重要方向之一。

材料生物学便着力研究材料的基础生物学功能，以恢复机体生物学功能为最终目标。而作为一门年轻的交叉学科，还需要多学科研究者的协作，进一步丰富其研究内容与方法。作者畅想了这样一种由生物材料工具箱中特殊“元件”所构成的“青春之泉”，帮助人们实现“逆龄生长”（图2）。