东方时讯网人们的骨骼再生能力随着年龄的增长而下降，并因骨质疏松症等疾病而进一步下降。为了帮助人口老龄化，研究人员正在寻找能够改善骨骼再生的新疗法。现在，来自德累斯顿工业大学生物技术中心(BIOTEC)和医学院的跨学科研究人员团队以及来自MaxBergmann生物材料中心(MBC)的团队开发了新型仿生分子，可增强小鼠的骨再生能力。结果发表在《生物材料》杂志上。
随着人们年龄的增长，他们的骨骼再生能力会下降。骨折需要更长的时间才能愈合，而骨质疏松症等疾病只会加重骨折的负担。这对老龄化人口构成严重的健康挑战，对社会造成越来越大的社会经济负担。为了帮助解决这个问题，研究人员正在寻找可以改善骨骼再生的新治疗方法。
来自德累斯顿的一组科学家使用计算机建模和模拟来设计新型仿生分子，以增强小鼠的骨再生。新分子可以掺入生物材料中并局部应用于骨缺损。这些新分子基于糖胺聚糖，糖胺聚糖是长链糖，例如透明质酸或肝素。
一个解决旧问题的好方法
由于我们小组的工作和其他研究人员的工作，我们知道了一种调节骨形成和修复的独特分子途径。事实上，我们可以将其缩小到两种共同作用以阻止骨再生的蛋白质，硬化蛋白和dickkopf-1。开发改善骨骼愈合的药物的一大挑战是有效地同时关闭这两种充当制动信号的蛋白质。”
LorenzHofbauer教授
跨学科方法是应对这一挑战的关键。德累斯顿工业大学生物技术中心(BIOTEC)的MariaTeresaPisabarro教授领导的结构生物信息学小组和德累斯顿材料科学研究所MaxBergmann生物材料中心(MBC)的PDVeraHintze博士领导的功能生物材料小组德累斯顿将他们的专业知识与德累斯顿工业大学医学院的骨骼专家LorenzHofbauer教授相结合。
“多年来，我们利用计算机模拟的力量来研究调节骨形成的蛋白质如何与其受体相互作用。所有这些都是为了设计可以有效干扰这些相互作用的新分子。我们在计算机和工作台之间协同工作，设计新分子并测试它们，将结果反馈给我们的分子模型，并更多地了解我们的目标所需的分子特性，”Pisabarro教授解释说。
最后，LorenzHofbauer骨骼实验室的团队使用一种载有新分子的生物材料对小鼠骨缺损进行测试，以测试其有效性。该小组发现，含有新型分子的材料优于标准生物材料，可将骨愈合提高多达50%，这表明它们具有改善骨再生的潜力。
增值链：从计算机到实验台再返回
多学科团队使用合理的药物设计来创造具有定制特性和最小副作用的新型分子。通过使用计算方法来预测和改进所设计分子的特性，该团队能够开发出一系列最有可能关闭阻碍骨再生的蛋白质的候选分子。
Pisabarro小组的专业知识允许对阻止骨再生的两种蛋白质的三维(3D)结构进行全面分析。这样，他们就能够在3D中模拟它们与受体的相互作用，并识别所谓的热点，即发生生物相互作用所必需的特定物理化学和动力学特性。
“我们使用分子建模来设计新结构，模拟相关受体与两种蛋白质的相互作用。我们希望这种结合比它们的自然相互作用更强。这样，我们的新型分子将同时劫持蛋白质并有效地关闭它们以关闭它们骨再生，”Pisabarro教授解释说。
“由Pisabarro小组设计的分子由我们在柏林自由大学的同事合成，然后通过生物物理相互作用分析对它们的蛋白质结合特性进行分析，”PDHintze博士说。“对于每个分子，我们都能够测量与蛋白质的结合强度以及它们对蛋白质天然受体结合的干扰。因此，我们可以凭经验揭示每个小分子在关闭抑制性蛋白质方面的有效性。“Hofbauer小组随后在细胞培养模型和小鼠中测试了这些相互作用研究的生物学相关性。
这种迭代测试的结果是一项宝贵的资产，可以增强Pisabarro小组当前的分子模型，并可用于指导未来开发更好的新型分子。这种方法还确保动物研究被最小化，并且只在项目的最后阶段才进入项目。
在药物研发的路上
该团队的发现代表了临床前开发中令人兴奋的一步。新设计的分子有可能用于关闭阻止骨再生的蛋白质，并导致开发出新颖、更有效的治疗骨折和其他骨相关疾病的方法。
团队继续一起工作。Hofbauer教授说：“我们正在为一项临床前研究申请资金，该研究将进一步开发基于分子和生物材料的骨助推器，为人体研究奠定基础。”
营造跨学科的环境
该研究得到了德国研究基金会(DFG)的支持。这些小组是Transregio67研究联盟“用于控制骨骼和皮肤组织愈合过程的功能性生物材料——从材料到临床(德累斯顿/莱比锡——TRR67子项目A3、A7、A8、B2和Z3)”的一部分。在超过12年的时间里，这三个合作伙伴与德国的其他团队合作，在分子机制方面产生了新的见解，并开发了改善延迟骨再生的技术和必要的专业知识。