钛粒子在骨溶解中的双重作用及基因疗法对假体松动的意义：开启关节置换新希望

《European Journal of Medical Research》：The dual role of titanium particles in osteolysis: implications for gene therapy in prosthesis loosening

为解决无菌性假体松动这一难题，研究人员开展了钛粒子对破骨细胞和成骨细胞分化影响及基因疗法治疗假体松动的研究。结果发现钛粒子促进破骨细胞分化、抑制成骨细胞分化，联合 TNFα干扰和 Wnt3a 过表达的基因疗法效果更佳，为治疗提供新方向。

　　在骨科领域，人工关节置换术是治疗终末期骨关节炎（Osteoarthritis，OA）的有效手段，但术后无菌性假体松动却成为困扰患者和医生的一大难题。据统计，每年有大量 OA 患者接受关节置换手术，然而因磨损颗粒引发的无菌性松动，使得部分患者不得不面临二次手术，不仅增加患者痛苦和经济负担，还影响关节置换的长期疗效。磨损颗粒中，钛粒子在假体周围骨溶解的发病机制中扮演着重要角色，但其具体作用机制尚未完全明确，且目前缺乏有效的治疗方法。在这样的背景下，宁夏医科大学总医院的研究人员开展了相关研究，其成果发表在《European Journal of Medical Research》上，为解决这一难题带来新的曙光。

研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：构建小鼠膝关节假体无菌松动模型模拟临床情况；采用腺相关病毒（AAV）介导基因治疗，向小鼠关节腔内注射携带特定基因的 AAV；运用 RNA 测序（RNA-seq）技术分析基因表达差异；借助 Micro-CT 分析评估假体周围骨溶解情况；通过组织学染色（如 H&E 染色、Von Kossa 染色）和免疫组化技术观察组织病理变化。

研究结果如下：

• 钛粒子促进 RAW264.7 细胞分化为破骨细胞并激活炎症反应：通过抗酒石酸酸性磷酸酶（TRAP）染色和定量实时聚合酶链反应（q-PCR）发现，添加钛粒子后，RAW264.7 细胞分化为破骨细胞的数量显著增加，同时细胞培养上清液中肿瘤坏死因子 -α（TNF^α）、白细胞介素 - 6（IL-6）和白细胞介素 - 1β（IL-1β）等炎症因子水平明显升高。RNA-seq 分析显示，差异表达基因（DEGs）与破骨细胞分化、TNF 信号通路和细胞衰老相关，表明钛粒子促进破骨细胞分化的同时抑制成骨基因表达。
• 钛粒子抑制骨髓间充质干细胞（BMSCs）分化为成骨细胞并下调 Wnt 通路相关因子：茜素红染色和碱性磷酸酶（ALP）染色结果表明，钛粒子处理后，BMSCs 分化为成骨细胞的数量减少。qRT-PCR 分析显示，成骨相关基因（如 Runx2、Ocn 和 Opg）表达水平显著降低。RNA-seq 分析发现，差异表达基因与细胞衰老、TNF 信号通路和钙信号通路有关，且与 Wnt 蛋白结合、骨小梁形成和 NF-κB 信号通路相关，进一步 q-PCR 证实 Wnt3a 和 β -catenin 表达下调，说明钛粒子抑制成骨细胞分化并干扰 Wnt 信号通路。
• 小鼠膝关节假体模型的构建与验证：成功建立小鼠膝关节假体无菌松动模型，术后影像学确认钛钉准确植入。术后两周，收集假体周围组织检测发现，与正常对照组相比，阳性对照组中 TNF^α、IL-6 和 IL-1β 的表达水平显著升高，表明该模型成功模拟了无菌性假体松动的分子特征。
• 单药治疗与联合治疗效果的比较：运用 AAV 介导的基因治疗，在模型建立两周后向小鼠关节腔内注射治疗药物。16 周后处死小鼠进行组织学分析，结果显示，联合治疗组（TNF^α -siRNA 和 Wnt3a 过表达）在减少炎症细胞浸润、促进成骨细胞相关基因表达、减少破骨细胞相关基因表达、降低 TRAP 阳性破骨细胞比例、增加钙化面积以及降低尿脱氧吡啶啉（DPD）水平等方面均优于单药治疗组，表明联合靶向 Wnt3a 和 TNF^α的治疗效果更显著。

研究结论和讨论部分指出，本研究揭示了钛粒子在骨溶解中的双重作用，一方面促进破骨细胞分化，另一方面抑制成骨细胞分化，这种双重作用加剧了假体周围骨溶解，导致假体松动。同时，研究表明联合靶向 TNF^α和 Wnt3a 的基因疗法在改善膝关节假体松动方面具有巨大潜力，为未来治疗无菌性假体松动提供了新的策略。然而，目前该研究仍处于动物实验阶段，未来需要进一步优化基因治疗技术，探索炎症和成骨通路中的其他潜在靶点，并开展临床试验评估其安全性和有效性，同时研发新型生物材料和植入物设计以减少磨损颗粒的产生及其对骨组织的影响，从而推动关节置换手术的长期成功，提高患者生活质量。