在骨科领域，骨缺损问题日益突出。随着交通事故、运动损伤的增多，以及老龄化社会的到来，因创伤、骨质疏松等导致的骨缺损患者数量不断攀升。传统的自体或异体骨移植虽为 “金标准” 疗法，但面临供体稀缺、免疫排斥和感染风险等难题，让众多患者在治疗时陷入困境。
为了攻克这一医学难题，南京医科大学的研究人员踏上了探索之旅，他们将目光聚焦于纳米氧化锌（nZnO） 。nZnO 凭借其独特的抗菌、抗炎、良好的生物相容性和化学稳定性，在骨组织工程领域展现出巨大潜力。然而，其促进骨生长和矿化的机制却一直是个未解之谜。经过深入研究，研究人员发现 nZnO 可通过激活 AMPK-ULK1 信号通路启动自噬，进而促进骨再生 。而且，nZnO 与间充质干细胞（MSCs）联合移植，能显著提升骨再生效果。这一成果发表在《Stem Cell Research & Therapy》上，为骨缺损的治疗带来了新希望。
在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。细胞实验方面，培养小鼠间充质干细胞（MSCs），通过 CCK-8 法检测细胞活力，采用碱性磷酸酶（ALP）染色、茜素红 S（ARS）染色评估成骨分化情况。动物实验则构建小鼠颅骨缺损模型，利用 Micro-CT 成像分析骨再生程度，进行组织学染色观察骨组织微观结构 。此外，还运用转录组分析筛选差异表达基因，探究潜在机制。
研究结果主要从以下几方面展开：
- nZnO 促进颅骨缺损小鼠的骨再生：研究人员利用小鼠颅骨缺损模型开展研究。他们将含有 nZnO 的明胶甲基丙烯酰（GelMA） 填充到小鼠颅骨的圆形缺损处，与对照组对比。经 Micro-CT 扫描和 3D 重建发现，GelMA-nZnO 组在术后 4 周和 8 周时，单位组织体积的骨体积（BV/TV）和骨矿物质密度（BMD）显著增加。组织学染色也显示，该组新骨形成明显增多。这表明 nZnO 能有效促进小鼠颅骨缺损处的骨再生。
- nZnO 促进 MSCs 向成骨细胞分化：在细胞实验中，低剂量 nZnO（0.01 - 10µg/mL）不影响 MSCs 活力。用 5µg/mL nZnO 处理 MSCs 后，ALP 染色、ARS 染色结果显示，其成骨分化能力显著提升，相关蛋白 RUNX2 和 OPN 表达也明显增加，证实 nZnO 可促进 MSCs 向成骨细胞分化。
- nZnO 在成骨分化过程中诱导自噬：对经 nZnO 处理的 MSCs 进行转录组分析，发现差异表达基因涉及细胞分化、骨矿化等多个生物过程，KEGG 富集分析显示 “吞噬体” 通路显著富集 。透射电镜观察到 nZnO 处理的细胞中自噬体数量增加，荧光检测也表明自噬被激活。用自噬抑制剂处理后，nZnO 诱导的成骨分化作用受到抑制，进一步证明 nZnO 在 MSCs 分化过程中激活了自噬。
- nZnO 激活 AMPK-ULK1 自噬轴诱导成骨分化：基因组富集分析（GSEA）显示，nZnO 处理的细胞中 AMPK 信号通路显著富集。实验表明，nZnO 可使磷酸化的 AMPK（Thr172）和 ULK1（Ser555）蛋白水平升高。用 AMPK 或 ULK1 的抑制剂、激动剂处理，以及敲低 AMPK 或 ULK1 后发现，AMPK 通过激活 ULK1 参与 nZnO 诱导的自噬和成骨分化。
- nZnO 诱导的成骨分化依赖 Ca2+和 AMP 信号通路：研究发现，nZnO 处理后细胞内 Ca2+浓度呈剂量依赖性增加，CaMKK2 蛋白水平也升高。用 TRPC 抑制剂处理后，nZnO 激活的 AMPK 信号通路及成骨分化受到抑制。同时，nZnO 处理使细胞的 AMP:ATP 比值显著增加。这说明 nZnO 通过 Ca2+和 AMP 依赖的途径激活 AMPK 信号通路，诱导成骨分化。
- nZnO 处理小鼠激活 AMPK-ULK1 自噬轴：在小鼠颅骨缺损模型中，单独使用 nZnO 或 nZnO 与 MSCs 联合移植，均能促进骨再生，且联合治疗效果更优。使用 AMPK 抑制剂 C.C 后，这种促进作用部分减弱。这表明 nZnO 在体内通过 AMPK-ULK1 自噬轴促进成骨分化，增强骨再生能力。
研究结论和讨论部分指出，nZnO 联合 MSCs 移植为骨缺损治疗带来了新的可能，AMPK-ULK1 信号通路在 nZnO 诱导的自噬中起着关键作用 。不过，nZnO 的临床应用仍面临挑战，如高浓度时的细胞毒性、尺寸和形态难以精准控制、在生理环境中易聚集等 。但这项研究为骨缺损及相关疾病的治疗提供了潜在靶点，随着多学科协作和技术创新，有望克服这些难题，让 nZnO 在骨修复领域发挥重要作用。
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