张鹏教授团队在代谢激活能量材料调控骨再生研究方面取得新进展

创伤、感染、肿瘤等造成的大面积骨缺损是严重危害人类健康和生活质量的重大疾病，其再生修复仍然是临床难题。基于原位成骨的理念发展高成骨活性骨修复支架基质材料是临床治疗大面积骨缺损的有效方案。从能量供应和物质合成转化角度研发能够驱动骨再生合成代谢进而加速成骨作用的创新生物材料是骨组织工程与再生的新兴方向之一。

2024年9月5日，中国科学院深圳先进技术研究院/深圳理工大学张鹏教授团队，联合清华大学陈国强教授团队以及北京大学口腔医院助理教授张旭团队在Cell Press出版社旗下旗舰期刊Trends in Biotechnology（IF=14.3）上在线发表题为“Metabolically activated energetic materials mediate cellular anabolism for bone regeneration”的最新研究成果。中国科学院深圳先进技术研究院助理研究员李健博士，北京大学口腔医院张旭助理教授，汕头大学医学院客座硕士研究生彭子欣为本文的共同第一作者。

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该研究通过多组学测序，同位素示踪以及多种动物模型解析了生物共聚酯P(3HB-co-4HB)促进骨再生的作用机理，发现P(3HB-co-4HB)植入体内后通过降解产生三羟基丁酸（3HB）作为内源性生物能量原料来源，增强细胞合成代谢，提高ATP的产生，促进人骨髓间充质干细胞(hBMSCs)向成骨细胞分化和EA.hy926细胞类毛细血管网络形成。此外，3HB通过TCA循环代谢成柠檬酸盐，从而促进hBMSCs成骨分化过程中含柠檬酸盐的磷灰石合成，并最终以柠檬酸盐的形式参与了新生骨天然成分的形成。基于以上的研究成果，团队提出了“代谢激活能量材料（MAM）”的学术理论。该理论有助于基于再生代谢微环境的适配MAM材料设计和研发转化，可为再生医学的发展提供新的思路。

研究示意图

中国科学院深圳先进技术研究院/深圳理工大学张鹏教授为该论文的第一通讯作者、助理研究员李健博士、清华大学合成与系统生物学中心陈国强教授、北京大学口腔医院张旭助理教授为该论文的共同通讯作者，中国科学院深圳先进院为该论文的第一完成单位。感谢香港中文大学秦岭教授对论文修改给出的建设性意见。基于该研究的产业转化，张鹏课题组也进行了积极的推广和产业对接，该项目先后获得深圳市创新南山2021“创业之星”创新大赛三等奖以及第二届“率先杯”未来技术创新大赛优胜奖等奖项，体现了新型代谢激活能量材料的良好转化价值和临床应用前景。本研究工作得到国家自然科学基金委重大研究计划培育项目、广东省重点项目、深圳市科技局国际合作等项目的支持。

基于能量活性材料的创新创业大赛获奖

《Trends In Biotechnology》是一本具有40多年历史的高影响力综述期刊。该刊由Elsevier出版商创刊于1983年。2024年3月在Cell Press出版社成立50周年之际，该刊在发表综述文章的同时开始征收应用生命科学领域的原创性研究类文章，主要探讨以生物为基础解决现实问题的方法。