在肋骨里“种”出了关节和耳朵，无需外源细胞，科学家实现用肋骨造“人”

来源：学术经纬 | 发布时间：2023-08-28

摘要：上海交通大学附属第九人民医院整复外科李青峰教授、澳门科技大学张康教授以及美国拉希医疗中心整复外科医生Lifei Guo博士作为共同通讯作者的研究团队，在《细胞》子刊Cell Reports Medicine上发表论文，报告了利用患者自身肋骨空间对掌指关节结构和耳廓进行生物工程改造的神奇案例。

在《圣经》故事中，上帝用男人的肋骨造了女人。而在现实中，科研人员和整复外科医生在人的肋骨中造出了人的骨骼和软骨，成功用于手术修复变形的手指关节、重建有功能的耳朵。

近日，上海交通大学附属第九人民医院整复外科李青峰教授、澳门科技大学张康教授以及美国拉希医疗中心（Lahey Hospital and Medical Center）整复外科医生Lifei Guo博士作为共同通讯作者的研究团队，在《细胞》子刊Cell Reports Medicine上发表论文，报告了利用患者自身肋骨空间对掌指关节结构和耳廓进行生物工程改造的神奇案例。

研究团队介绍，这是首次在人体内实现无需任何外源性干细胞、生物支架或细胞因子，完全使用人体自身的肋骨组织，再生出自体组织和器官的功能性结构，并成功用于患者缺损部位的修复。

这种人体组织再生修复策略的核心名为“空间诱导再生”，将3D打印出来的再生模具植入胸壁，放置在肋骨的软骨骨膜或软骨周围皮瓣上，无需借助其他外源性元素。在肋骨空间形成的微环境中，利用骨膜和软骨膜的再生能力，内源性干细胞可以在植入的模具内分化生长出所需的骨和软骨。

▲掌指关节模型植入肋骨间，利用空间诱导再生微环境，再生关节

研究团队为一名掌指关节严重变形的52岁女性患者实施了这一手术。再生模具以她健康对侧的中指掌指关节为蓝图，用羟基磷灰石（HA）铸造，这种成分也是人体骨骼和牙齿的主要无机成分。

植入6个月后，研究人员打开患者的胸腔，发现与缺损的掌指关节形态及功能相匹配的关节头已精准再生。他们将这一再生关节头移植到患者的关节缺损部位，替代已组织坏死的原始关节，进行个体化的自体组织修复。修复后，患者的手指弯曲能力有了实质性改善，指关节的握力也有数倍的提升。

▲为患者重建缺损掌指关节

论文中，研究团队还展示了如何利用这种修复策略制造纯软骨结构，为先天小耳畸形的患者重塑健康的耳朵。

研究团队在2年内为5名7~16岁的单侧小耳畸形患者进行了耳廓再造。以对侧的健康耳朵为模板，制造出具有外耳精确形状的模具。论文指出，现有的耳廓重塑方案通常需要取出一段肋软骨，并进行手动雕刻，对临床医生的技能和审美有极高的要求，而使用CT扫描结合3D打印可以确保HA模具有精细的结构，并且有针对患者的个体化解剖特征。

模具植入体内后，经过6~8个月的时间，接受手术的5名患者体内都成功长出了耳廓形状的软骨样组织，整体厚度、解剖特征都与患者的健康耳朵相似。长期随访的结果也显示，手术获得了满意的临床效果。

▲再生耳廓形状软骨的示意图

研究团队通过构建动物模型还进一步探索了空间诱导再生过程的分子机制，鉴定了软骨再生过程中的细胞群变化和关键的信号通路。

张康教授表示，相比于传统技术手段，空间诱导再生技术“不需外源干细胞移植，不需生物材料支架，可以极大程度地减少免疫排斥与致瘤性的风险。”已有的成功案例也将为其他小骨或软骨缺陷（例如颞下颌关节和鼻软骨）的更大规模临床研究奠定基础。