骨缺损是由创伤、骨肿瘤切除、感染或先天性疾病引起的，严重威胁人类健康，成为常见疾病。临床上，骨缺损的治疗方式主要有自体骨移植、同种异体骨移植和人工骨置换，但这些方法普遍存在来源有限、并发症及免疫排斥等问题。因此，基于骨组织工程技术构建功能化骨组织并用于骨缺损治疗，成为未来的趋势。

研究显示，体外骨组织的构建受到多种因素影响，包括种子细胞、三维支架、生长因子及机械刺激。其中，缺乏类似生理环境的机械刺激不利于骨组织的形成。人体内的骨组织具有多级孔隙结构，由液体流动产生的流体剪切力（FSS）是成骨相关细胞面临的主要机械刺激。然而，在成骨诱导时期，骨髓间充质干细胞（BMSCs）经历快速增殖、早期基质成熟和晚期矿化等阶段，逐渐分化为前成骨细胞、成骨细胞及骨细胞，这些不同阶段的细胞具有特定的生理功能和特有的标志物。

随着研究的深入，发现成骨分化过程中不同类型的细胞均能感知力学刺激，但反馈反应存在差异。尽管骨组织工程已有数十年的发展，但对MSC在不同成骨分化阶段的力学响应及相关机制的认识仍相对不足。2022年10月20日，华东理工大学生物反应器工程国家重点实验室的研究团队对FSS对成骨分化各阶段BMSCs的影响及相关机制进行了研究，并在《Biochemical Engineering Journal》上发表了相关论文。

该研究探讨了FSS通过增强LaminA表达和与METTL3的互作，促进BMSCs在早期基质成熟阶段的成骨分化新机制。为了解成骨分化各阶段细胞的生物学特性，研究首先对诱导的BMSCs进行了表征和阶段划分，发现BMSCs在成骨分化过程中经历增殖、聚集与矿化等阶段，同时成骨相关基因和蛋白的表达也在相应时间节点有显著变化。

进一步的实验结果显示，无论成骨分化处于哪个阶段，施加FSS均可促进各阶段细胞的成骨效果，尤其是在早期基质成熟阶段，FSS能够显著提高成骨相关基因及COL-I、OCN和OPN蛋白的表达。这些数据提示，在细胞进入早期基质成熟阶段时，执行FSS刺激对于促进成骨分化非常有效。

研究还深入调查了FSS在不同成骨分化阶段对细胞形态的影响，结果表明，FSS刺激使细胞变长和骨架重排，尤其是早期基质成熟阶段的细胞表现出显著的形态拉伸，并促进LaminA在细胞核内的表达。通过使用细胞松弛素D和LaminA-siRNA来抑制细胞肌动蛋白的形成和LaminA的表达，结果表明这两者在FSS刺激下的细胞成骨分化中发挥了重要作用。

所以，机制的探讨进一步证实了LaminA与METTL3通过相互作用促进MSCs成骨分化的可能性。研究显示，在FSS刺激作用下，早期基质成熟期的细胞内METTL3的表达显著提升，并通过METTL3的竞争性抑制剂STM2457探讨其在早期成骨分化中的作用。结果显示，METTL3活性的抑制显著降低了COL-I、RUNX2、OCN和OPN的表达，抑制了FSS介导的成骨分化过程。

总而言之，该研究揭示了FSS通过细胞骨架和LaminA的机械转导响应促进早期基质成熟阶段细胞成骨分化的潜在机制。这项发现为力学刺激促进BMSCs成骨分化的分子机制提供了新视角，也为临床骨缺损的治疗提供了新的潜在靶点。进一步了解这一过程可能对未来生物医学的进步具有重要意义。

该研究得到了国家重点研发计划的资助，华东理工大学生物反应器工程国家重点实验室的合作团队对上述研究成果作出了重要贡献。我们期待在俄罗斯专享会284等平台上，继续分享这一领域的最新进展。