·“團隊在動物研究上進行了新型生物材料的給藥實驗，發(fā)現(xiàn)安全和穩(wěn)定性都很高。這種生物材料以及內(nèi)部的核酸藥物都能夠在工業(yè)化量產(chǎn)，一旦效果可靠就可以進行下一步應(yīng)用。”

納米技術(shù)或為骨質(zhì)疏松提供精準靶向。

近日，海軍軍醫(yī)大學(xué)第二附屬醫(yī)院（上海長征醫(yī)院）骨科脊柱畸形病區(qū)周許輝教授團隊聯(lián)合華東理工大學(xué)化工學(xué)院王俊有教授，提出了骨質(zhì)疏松癥精準靶療新策略。相關(guān)論文《Rational polyelectrolyte nanoparticles endow preosteoclast-targeted siRNA transfection for anabolic therapy of osteoporosis》已于3月8日在《科學(xué)-進展》（Science Advances）發(fā)表。

該研究設(shè)計了一種新型納米生物材料，通過靶向前破骨細胞，改善了患者骨量丟失問題，有望為臨床上治療骨質(zhì)疏松提供新的方案。

在本研究中，研究人員設(shè)計了一種聚電解質(zhì)微球，它具有交聯(lián)型陽離子聚合物的核心，從而能夠與帶負電荷的siRNA直接結(jié)合。核心外層又覆蓋著一層惰性的、生物相容的聚乙二醇鏈的中性外殼，這賦予了顆粒隱形特性，并提供了對RNA酶攻擊的保護。中性外殼外則枝接了阿侖膦酸鈉分子，從而具有骨靶向特性。最后，微球的二硫鍵交聯(lián)能夠在細胞外保持穩(wěn)定，并在細胞內(nèi)釋放。

在實驗效果方面，論文第一作者、上海長征醫(yī)院脊柱畸形病區(qū)的張鄭博士和孟怡辰博士向澎湃科技介紹，該研究通過一系列生物實驗證明：該微球具有很高的轉(zhuǎn)染效率，能夠?qū)iRNA運送到細胞內(nèi)，并且抑制前破骨細胞的融合，增加人血小板衍生生長因子BB（PDGFBB）的含量，從而同時到達抑制骨吸收，促進骨形成和血管形成的作用。在小鼠上的實驗也說明微球-siRNA復(fù)合體能夠顯著改善雌激素缺乏導(dǎo)致的骨量下降。

未來，在臨床應(yīng)用方面，“我們會首先改進材料性質(zhì)，使材料能夠具有更長的緩釋時間；甚至能夠進行口服，減少患者痛苦；其次，在大型動物（如實驗用猴、豬和狗）上進行生物安全性和治療效果的測試，為臨床應(yīng)用打下基礎(chǔ)。”兩位博士表示。

骨質(zhì)疏松是因為缺鈣嗎？

研究人員表示，骨質(zhì)疏松（Osteoporosis）是以骨密度下降和骨折風險提高為特征的全身性疾病。隨著人口老齡化的不斷發(fā)展，骨質(zhì)疏松的發(fā)病率也不斷上升。截至2018年底，中國50 歲以上人群骨質(zhì)疏松比例達 19.2%，65歲以上人群骨質(zhì)疏松比例達32%。據(jù)估算，中國骨質(zhì)疏松人群約9000萬，其中女性7000萬。

不少人認為骨質(zhì)疏松是缺鈣引起的，張鄭和孟怡辰表示，我們必須明確一個基本理念：人體骨骼一直處在動態(tài)平衡中；也就是說，在微觀水平上，骨頭一直處于吸收舊骨、形成新骨的過程中。這個過程能夠保持我們骨結(jié)構(gòu)適應(yīng)環(huán)境，維持健康。

造成骨質(zhì)疏松的基本原因就是——這種平衡被打破：要么是骨吸收增強了，要么是骨形成減弱了，或者二者兼有。引起這種不平衡的原因有很多，包括年齡增大、絕經(jīng)、服用激素類的藥物、營養(yǎng)不良等等。

兩位博士表示：“雖然骨質(zhì)疏松并不等于缺鈣，但是缺鈣確實是導(dǎo)致骨質(zhì)疏松發(fā)生的原因之一。根據(jù)現(xiàn)有調(diào)查，中國人均鈣攝入量普遍不足。注意膳食均衡，補充足夠的維生素D和鈣鹽十分重要。”

在臨床診斷方面，據(jù)張鄭博士介紹，骨質(zhì)疏松的臨床診斷金標準是雙能X線測骨密度，也就是醫(yī)生常說的骨密度儀。這個儀器在對骨頭進行檢測后會自動給出2個數(shù)值，分別是T值和Z值。T值適用于絕經(jīng)后婦女和50歲以上的男性；Z值適用于兒童、絕經(jīng)前婦女和50歲以下男性。它們表示測定出的骨密度與正常人群的標準差值。如果骨密度T值小于-1大于-2.5表示骨量降低、骨流量流失，此類患者可能患有骨質(zhì)疏松的風險。若骨密度T值小于-2.5,則診斷為骨質(zhì)疏松癥，需要配合醫(yī)生積極進行治療。

現(xiàn)在臨床上還可以用肌骨超聲、骨血清標志物（CTX-1和PINP等）進行骨質(zhì)疏松的篩查，但最終確診還是需要測量骨密度。

使用納米材料改善骨質(zhì)疏松

此次研究的核心思路在于抑制前破骨細胞的過度融合。這與上述骨質(zhì)疏松的發(fā)病機制有關(guān)，骨重塑（Bone remodeling）過程的紊亂導(dǎo)致了骨質(zhì)疏松。骨重塑的基本過程包括：破骨細胞的激活與骨吸收、骨微血管的長入、成骨細胞的募集和骨形成。其中前破骨細胞的作用非常特殊，它能夠融合并形成成熟破骨細胞，進行骨吸收，而且又能夠分泌血小板衍生生長因子BB（PDGFBB）誘導(dǎo)血管形成和骨形成。

在病理條件下（如絕經(jīng)、衰老、激素類藥物、肥胖和營養(yǎng)不良等），前破骨細胞的過度融合會導(dǎo)致破骨細胞數(shù)增加，骨吸收過程過度亢進。而前破骨細胞融合后自身數(shù)量減少，又造成PDGFBB分泌不足，血管形成和骨形成下降，這就使得舊骨吸收過多，而新骨形成不足，最終導(dǎo)致骨質(zhì)疏松發(fā)病。所以，抑制前破骨細胞的過度融合是一種能夠同時調(diào)節(jié)成骨、破骨和成血管過程的抗骨質(zhì)疏松治療思路。

樹突狀細胞特異性跨膜蛋白（DCSTAMP）是前破骨細胞融合的關(guān)鍵分子，并且它在成骨細胞系中幾乎不表達，是一種特異性很強的分子靶標。但到現(xiàn)在為止，由于DCSTAMP蛋白結(jié)構(gòu)不明，所以還沒有特異性的小分子抑制劑出現(xiàn)，因此該研究設(shè)計了高效的小干擾RNA（siRNA），能夠在轉(zhuǎn)錄水平抑制DCSTAMP的表達。

但是，裸露的siRNA分子無法進入細胞，并且在體內(nèi)還會造成不必要的免疫反應(yīng)，所以需要一種高效的運送載體。載體必須滿足多種要求，包括對RNA的充分包裹和保護，RNA的長循環(huán)時間、靶向遞送和受控釋放。

因此，“本研究中，我們設(shè)計一種聚電解質(zhì)微球，它具有交聯(lián)型陽離子聚合物的核心，從而能夠與帶負電荷的siRNA直接結(jié)合。核心外層又覆蓋著一層惰性的、生物相容的聚乙二醇鏈的中性外殼，這賦予了顆粒隱形特性，并提供了對RNA酶攻擊的保護。中性外殼外則枝接了阿侖膦酸鈉分子，從而具有骨靶向特性。最后，微球的二硫鍵交聯(lián)能夠在細胞外保持穩(wěn)定，并在細胞內(nèi)釋放。”研究人員介紹道。

它從理論上克服了傳統(tǒng)治療藥物可能導(dǎo)致的副作用。傳統(tǒng)臨床上最常用的抗骨質(zhì)疏松藥物是雙膦酸鹽類藥物，規(guī)律使用能夠增加骨密度。但是這種藥物并非完美，主要有2個弊端。一個是雙膦酸鹽長期應(yīng)用（2年以上）使非典型性骨折風險增加。“也就是說，骨密度雖然正常了，但是仍然有可能在無明顯外傷或受輕微外傷情況下發(fā)生骨折。另一個弊端是雙膦酸鹽會導(dǎo)致下頜骨壞死這種罕見并發(fā)癥。”孟怡辰也強調(diào)，這種并發(fā)癥發(fā)生率極低，大約只有萬分之一；但是一旦發(fā)生則會對病人生活造成極大影響。

這些副作用的發(fā)病機制仍然不清楚，但有許多學(xué)者認為：非典型性骨折主要是因為雙膦酸鹽長期抑制骨吸收功能，導(dǎo)致大量損傷的舊骨沉積，使得雖然骨密度沒有下降，但是骨質(zhì)量卻下降了。而下頜骨壞死則是因為雙膦酸鹽不僅會抑制骨吸收，還會抑制血管形成。

“我們研究的新型生物材料，能夠通過靶向前破骨細胞的方式，同時起到抑制骨吸收，并且增強骨形成和血管形成。從理論上解決了這些弊端，但是具體應(yīng)用還需要進一步研究。”兩位博士表示。

在適應(yīng)證方面，該研究主要針對原發(fā)性骨質(zhì)疏松。原發(fā)性骨質(zhì)疏松是隨著年齡增長必然發(fā)生的一種生理退行性病變，可分為絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥和老年性骨質(zhì)疏松癥。而繼發(fā)性骨質(zhì)疏松則是由于其他疾病或藥物引起的骨質(zhì)疏松癥。二者的基本原理是相同的，都是骨吸收強于骨形成所導(dǎo)致。

據(jù)研究人員介紹，原發(fā)性骨質(zhì)疏松是最主要的骨質(zhì)疏松類型，“我們發(fā)現(xiàn)合成的新型生物材料能夠同時促進成骨、抑制破骨，具有良好的抗骨量丟失的治療效果。我們認為其對繼發(fā)性骨質(zhì)疏松應(yīng)該也會有效，我們會在未來的研究中進行進一步證實。”

該治療采取注射的給藥方式，團隊在動物研究上進行了新型生物材料的給藥實驗，發(fā)現(xiàn)安全和穩(wěn)定性都很高。“這種生物材料以及內(nèi)部的核酸藥物都能夠在工業(yè)化量產(chǎn)，一旦效果可靠就可以進行下一步應(yīng)用。”