骨替代物的生产并不像以前认为的那么复杂

　　

　　

　　骨形成的方式需要重新定义。内梅亨大学医学中心的研究人员及其同事在《自然通讯》杂志上发表了这一研究结果。事实证明，骨的形成根本不需要胶原蛋白中的复杂生物分子。这意味着骨替代品和生物材料的生产没有以前想象的那么复杂。

　　骨骼至关重要。它们构成了我们肌肉的支架材料，使我们能够移动。它们保护脆弱的器官，如大脑和肺，并容纳产生血液和免疫系统的干细胞。没有骨头，人类就无法生存。尽管骨骼看起来是非常简单的东西，主要由胶原蛋白和磷酸钙的混合物组成。

　　十年前，Nico Sommerdijk在《自然材料》(Nature Materials)上发表了一篇文章，他和他的同事们在文章中证明，除了胶原蛋白(长链结缔组织)和小块磷酸钙之外，什么都不需要。

　　十年前，在如此小的尺度上描绘这些过程是不可能的。但萨默迪克很快就对这个被他的领域所接受的观点产生了怀疑。Sommerdijk:“当我们用其他矿物质代替磷酸钙时，同样的小盘子就产生了。生物活性分子具有很强的选择性，这使我们立即对主流观点提出质疑。”随之而来的是一项科学上的西西弗斯式的任务，这项任务是反对现有体制的，十年后，他在《自然通讯》上发表了一篇对他有利的文章。

　　Sommerdijk挑战的第一件事是结晶板“像一副纸牌”一样堆叠的想法。利用电子显微镜，他记录了大约100张不同角度的二维(2D)骨骼图像，这些图像产生的三维(3D)图像显示了完全不同的东西。尽管这些培养皿都是沿着胶原蛋白的纵向排列的，但它们并没有像扑克牌一样整齐地堆叠在一起。可以连续看到的新板块以不同的角度相互挨着。

　　与2006年首次报道胶原蛋白结构的专家和在密闭空间研究结晶的专家一起，对胶原蛋白的功能进行了细致的研究。胶原蛋白在长度方向上似乎有狭窄的空洞，这些空洞被磷酸钙浸润，然后开始结晶。“这不是在胶原蛋白中生物活性分子的引导下发生的，而是一个由物理化学定律主导的盲目过程，”Sommerdijk说。“在长度方向结晶的磷酸钙具有选择优势，正是因为这些狭窄的胶原蛋白腔。因此，最初在这样一个腔中产生的只是非常细的针。然后，这根针长出一个小的磷酸钙板，将周围的胶原蛋白推开。”

　　密切监测人类骨骼生长的过程是不可能的。Sommerdijk与内梅亨大学医学中心的细胞生物学家Anat Akiva密切合作，一直在使用一种模型来模拟生物体外的骨骼生长。这使他能够看到这个过程逐渐发生。最终的结果与他在人类骨骼材料中发现的结果相似，这些材料通常在手术后可用。“因此，这使我们逐渐为我们的骨骼形成方式以及它们如何生长和硬化提供了新的论证。”

　　Akiva声称，这项基础研究也从实践的角度产生了影响。“如果晶体的生长不需要在具有极其复杂和珍贵的生物分子的基质中进行，而可以简单地在由廉价聚合物制成的通道中进行，这将大大简化制造生物材料和骨替代品的过程。”如果我们能做到这一点，而不必牺牲这些材料的特性，这意味着我们的结果对病人也很有价值。”

　　这篇发表在《自然通讯》上的文章需要彻底推翻对骨形成的认知。但是骨骼形成的过程要比这复杂得多，Sommerdijk说:“骨骼不仅在胶原蛋白内部形成，还在胶原蛋白外部形成。各种蛋白质似乎在这个过程中发挥了作用。”Sommerdijk将使用他之前收到的350万欧元的ERC高级资助，以获得更多的见解。