近日，福建医科大学附属第一医院骨科张文明教授与方心俞副教授带领团队在Nature子刊《Nature Communications》（IF=14.7）上发表了一篇关于骨科植入物骨整合的研究文章“Optogenetic activation of mechanical nociceptions to enhance implant osseointegration （光遗传技术激活机械性感受器促进植入物骨整合）”，揭示了机械敏感神经在骨整合中的重要作用，还创新性地采用光遗传技术，靶向激活机械力感受神经，以增强植入物骨整合。
这项研究不仅为解决骨科植入物骨整合问题提供了新的思路，还展示了光遗传学技术在神经调控与骨科交叉领域的巨大潜力。未来，随着技术的进一步发展与完善，该技术有望被应用于临床实践，为那些因植入物松动而遭受痛苦的患者提供新的治疗选择，帮助他们恢复骨骼的稳定性和健康状态。
植入物骨整合存在的问题
人工关节、脊柱融合器等骨科植入物是治疗骨关节疾病的重要手段。然而，这些植入物可能出现失效问题，这来源于植入物与骨组织之间未能实现理想的骨整合——即两者无法形成稳定的生物学连接与融合。这一现象的主要原因是植入材料的生物相容性不足，可能引发免疫排斥或慢性炎症反应，进而抑制骨细胞在植入物表面的黏附与增殖，最终阻碍骨整合进程。这不仅影响植入物的长期稳定性，还会增加患者的二次手术风险及医疗经济负担。
为了改善这种情况，福建医科大学附属第一医院张文明教授与方心俞副教授团队创新性地开发了一种完全可植入、无线充电的光遗传学装置，并在小鼠模型中验证了其效果。
他们利用光敏感蛋白（如Channelrhodopsin-2）对小鼠的Piezo2机械敏感神经元进行基因编辑，使其能够在特定波长的光刺激下被激活。通过在小鼠的L2-3背根神经节（DRG）区域植入光遗传学装置，研究人员能够精确地刺激这些神经元，从而增加局部降钙素基因相关肽（CGRP）的释放。
▲光遗传学靶向激活表达Piezo2的机械力感受神经促进神经肽释放
▲光遗传学靶向激活表达Piezo2的机械力感受神经促进植入物骨整合
研究团队发现，CGRP是一种重要的神经肽，能够调节骨代谢和整合过程。CGRP的释放可以激活骨髓间充质干细胞（BMSCs）中的蛋白激酶A（PKA）/黏着斑激酶（FAK）信号通路，从而促进成骨并改善植入物骨整合。结果显示，在植入物周围进行光遗传学刺激的小鼠，其骨－植入物接触百分比（BIC%）显著提高，骨体积/总体积（BV/TV）、骨小梁厚度（Tb.Th）和骨小梁数量（Tb.N）等指标都得到了显著改善。
（供稿：福建医科大学附属第一医院 作者：福建医科大学附属第一医院 骨科）
