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骨疾病严重影响患者健康，尤其是老年人。研究人员开展 “Engineering fibroblast with reprogramming and spheronization for bone defect repair” 的研究，通过小分子重编程和球化技术改造成纤维细胞，获得的 iOB-Sps 可有效修复骨缺损，为临床治疗提供新方向。
骨疾病如同潜伏在人体中的 “暗箭”，悄无声息地给患者带来沉重打击，尤其是老年人，深受其害。许多老人因骨疾病行动不便，生活质量严重下降，甚至被残疾的阴影笼罩。在骨组织的修复与再生过程中，成骨细胞（Osteoblasts）本应是 “主力军”，它们负责产生细胞外基质蛋白、分泌调节内皮细胞功能的旁分泌因子，在骨形成中起着关键作用，是治疗骨疾病和构建活性材料的理想选择。然而，随着年龄的增长，成骨细胞及其前体干细胞却 “力不从心”，功能逐渐失调，数量也不断减少。同时，移植细胞还面临着缺氧、缺乏营养的困境，容易凋亡，导致细胞治疗效果大打折扣，还增加了排斥和炎症的风险。
为了解决这些难题，昆明大学的研究人员挺身而出，开展了一项极具创新性的研究。他们通过小分子重编程和球化技术对成纤维细胞进行工程化改造，旨在为骨缺损修复开辟新途径。最终，研究取得了令人瞩目的成果，该研究成果发表在《Bioactive Materials》上。
在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。细胞培养技术是基础，他们从不同年龄段的健康个体获取皮肤成纤维细胞、骨髓间充质干细胞（bMSCs）和人脐静脉内皮细胞（HUVEC）进行培养 。RNA 测序技术则帮助他们深入探究细胞转录组的变化，分析基因表达情况。免疫组化技术用于检测细胞和组织中的特定蛋白，直观地观察细胞的分化和功能状态。
下面来详细看看研究结果。
- 构建化合物模块将成纤维细胞转化为成骨细胞：研究人员开发了一种模块化系统，围绕 Wnt/β-catenin 信号通路筛选小分子化合物，如 CHIR99021（C）、forskolin（F）等，并根据它们对成骨基因激活网络中基因表达变化的调控覆盖范围进行模块化组合。通过实验发现，CFRVT、CFRVGSE 和 CFRV 这三种组合在不同时间点对成纤维细胞的成骨转化有显著作用，且按顺序应用这三种组合可实现最高的重编程效率。经处理后的细胞呈现出间充质形态，钙沉积明显，基因表达模式与天然成骨细胞相似。
- 成纤维细胞可通过化学调节 WNT 信号通路成功重编程为 iOBs：通过 KEGG 通路富集分析和加权基因共表达网络分析（WGCNA），研究人员发现成纤维细胞重编程为 iOBs 的过程涉及多个与成骨细胞发育相关的信号通路，其中 WNT 信号通路起着关键作用。当使用 WNT 信号通路抑制剂 ICG - 001 和 XAV939 时，关键基因的表达和细胞的成骨分化能力显著降低。
- 化学重编程可高效从不同年龄供体建立功能性 iOBs：研究人员将优化后的方案应用于不同年龄个体的成纤维细胞，结果显示，无论供体年龄大小，都能成功诱导生成 iOBs。这些 iOBs 均表现出显著的钙沉积，且来自老年供体的 iOBs 在功能上与年轻供体的 iOBs 及 bMSCs 相当，同时还能分泌与骨形成和重塑相关的关键蛋白，如 I 型胶原蛋白（COL1）和血管内皮生长因子（VEGF），且无衰老迹象。
- iOBs 通过球化获得先进功能：将 iOBs 制备成 3D 球状体（iOB-Sp）后，其在成熟成骨细胞分化、抗氧化能力、VEGF 分泌等方面表现更优。iOB-Sp 在抵抗氧化应激、促进细胞存活和分化方面具有明显优势，且能更好地与脱细胞猪松质骨结合，为细胞提供良好的生存和分化环境。
- 在体外与 iOB-Sps 共培养可增强内源性细胞功能：研究人员通过建立 Transwell 系统，发现 iOB-Sps 与衰老的 bMSCs 共培养时，可显著增强 bMSCs 的成骨分化能力。同时，iOB-Sps 的条件培养基能促进 HUVEC 的增殖、迁移和管腔形成，为骨修复过程中的血管化提供支持。
- iOB-Sps 在小鼠股骨缺损模型中移植表现出高存活率和功能：在小鼠股骨缺损模型中，移植 iOB-Sps 后，损伤部位出现明显的骨修复迹象，与移植 bMSCs 的效果相当，且优于移植成纤维细胞或成纤维细胞球状体的对照组。移植后的 iOB-Sps 存活率高，能成功分化为成熟的成骨细胞，且无肿瘤形成风险。
- 移植 iOB-Sps 可增强体内内源性成骨和血管生成：免疫组化分析表明，移植 iOB-Sps 后，体内 COL1、IBSP 和 VEGF 的分泌增加，促进了内源性成骨和血管生成。iOB-Sps 不仅自身能分泌这些关键蛋白，还能刺激内源性细胞增加分泌，有效改善了骨缺损微环境。
综上所述，该研究利用化学重编程和球化技术，成功将患者自身的皮肤成纤维细胞转化为具有高效骨修复能力的 iOB-Sps。这一成果为骨缺损修复提供了创新的临床治疗方案，尤其是为老年患者带来了新的希望，为解决年龄相关的骨问题开辟了一条全新的自体细胞治疗途径。它不仅为骨疾病的治疗提供了新的策略，还为组织工程领域中活性材料的开发提供了重要的参考，推动了生命科学和健康医学领域的发展。
