人体骨骼可以从小骨折中恢复，但如果骨折太大或再生过程不平衡，如骨质疏松症，则需要治疗。为了开发治疗方法，经常使用动物实验，但以这种方式开发的一些治疗方法在人类身上不起作用。因此，Bregje de Wildt 获得了博士学位。研究已经探索了在实验室中培养人类“迷你骨骼”的方法，这些骨骼可用于测试治疗药物，也许将来在测试这些药物时无需进行任何动物实验。

人体依靠骨骼来提供支撑、器官保护、运动以及矿物质吸收和分解。“骨骼看起来像是僵硬和静止的，但实际上，骨骼总是在变化和进化，”Bregje de Wildt 博士说。TU / e生物医学工程系研究员。“细胞来了，细胞又走了。特别是，被称为破骨细胞的细胞分解并吸收骨骼，而成骨细胞则形成等量的新骨骼。”

名字中带有“blast”的骨细胞参与骨骼的生长，这听起来有点奇怪，但它的这部分名字来自希腊词blastano，意思是发芽或发芽。“一起，破骨细胞和成骨细胞有助于我们的骨骼重塑或再生的能力。小骨折大部分是小菜一碟，但对于大骨折，或在骨质疏松症等情况下破骨细胞和成骨细胞活性不平衡，需要治疗， ”德维尔特指出。

治疗发展

骨骼疾病的治疗方法通常是通过动物实验开发的。在荷兰，每年约有 500,000 只动物用于实验。在全球范围内，这个数字估计约为 1 亿。“不幸的是，使用动物试验开发的 10 种治疗方法中只有不到 1 种对人类有效，这很可能是因为使用的动物和人类在基因上差异太大，”de Wildt 说。

因此，为了帮助评估人体骨组织的治疗方法，de Wildt 和她来自骨科生物力学和生物工程骨研究小组的合作者决定，最好的做法是首先使用人体骨组织。“我们没有使用一个人来测试治疗方法，这在许多层面上都是不道德和有风险的，我们探索了一种在实验室中培养活的人类‘迷你骨头’的方法，”de Wildt 说。

组织工程的关键成分

为了培养“迷你骨头”，de Wildt 需要四个主要部分。首先，她需要被称为亲本细胞的特殊干细胞。与可以成为体内任何类型细胞的多能干细胞不同，亲代细胞只能成为成骨细胞或破骨细胞。De Wildt 说：“这些亲代细胞需要接收正确的生化信号，以帮助它们转变为破骨细胞和成骨细胞。”

其次，de Wildt 需要一种结构，骨细胞可以在其上合并成“迷你骨头”。“为此，我们使用了蚕丝，因为它是一种具有良好机械性能的材料，具有生物相容性，并且人体细胞可以在该材料上以三个维度生长，”de Wildt 说。

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第三，细胞需要一个骨骼可以生长和茁壮成长的环境。“细胞被放置在温度保持在 37 摄氏度的培养箱中，并控制氧气、CO 2和湿度水平，”de Wildt 说。

最后，为了尽可能模拟骨骼，将骨细胞置于生物反应器中，然后将其置于培养箱内。De Wildt：“生物反应器循环营养液并复制人体内骨骼所经历的机械负荷。要让‘迷你骨骼’代表真正的骨骼，细胞需要接受挑战以承受这些力。”

“这些都是组织工程的基本要素，自 1990 年代以来，组织工程已被用于再生医学来为身体种植植入物，”de Wildt 说。“不过最近，组织工程已被用于制造体外版本的人体骨骼，这是在人体外部生长的骨骼版本。”

探索组织工程

在她的研究中，de Wildt 和她的同事探索了与“迷你骨骼”体外生长相关的许多不同方面。在一项研究中，他们寻找胎牛血清(来源于未出生的牛胎儿)的替代品作为细胞的营养来源。“我们发现了一种人源性的牛血清替代品，它可以使‘迷你骨骼’更好地生长，”de Wildt 说。

在另一项研究中，de Wildt 和她的同事开发了一种矿化丝质支架的方法。人体内的矿化是软组织变成硬组织的过程。“我们受到骨骼如何获得强度的启发，这与胶原蛋白和矿物质(如钙和磷酸盐)在骨骼中的组织方式有关。矿化的丝支架支持破骨细胞的吸收和成骨细胞的形成。这种微型方法生长骨骼使我们能够研究骨骼是如何被体外人体细胞重塑的。”

除了研究营养补充剂和支架材料外，de Wildt 还研究了生化和生物力学培养环境的变化如何影响骨吸收和骨形成。“我们改变了培养环境以更紧密地匹配人体内的体内环境，我们研究了这些环境对骨吸收和形成之间平衡的影响，作为健康骨再生的特征，”de Wildt 说。

对未来的希望

德维尔特对她的研究寄予厚望，尤其是考虑到骨骼疾病的普遍性。“骨质疏松症是最常见的骨重塑疾病，影响大约五分之一的人。虽然它不是致命的，但它会影响生活质量，在某些情况下骨折可能是致命的。我希望这项研究能够有助于更好地治疗骨骼疾病. 这些当然是必要的，因为我们的人口寿命更长，越来越多的人在以后的生活中出现骨骼问题。”

此外，de Wildt 热衷于她的研究，以帮助改变我们未来为人们测试治疗的方式。“我确实理解需要动物模型来回答一些研究问题。但是，我很难将它们用于研究目的。在荷兰，规则相对严格，但也有一些国家的规定有限。我希望我的研究将有助于向更多的‘迷你骨骼’转变，以取代骨骼研究中的动物实验。”