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骨髓炎是一种由深部骨组织微生物感染引起的毁灭性疾病。其高复发率和骨缺损修复困难是治疗的主要挑战。微生物已经进化出许多机制来有效逃避宿主的内在和适应性免疫攻击并持续定位在宿主体内，例如耐药细菌、生物膜、持留细胞、细胞内细菌和小菌落变体（SCV）。此外，微生物介导的骨免疫微环境失调阻碍了骨再生过程，导致骨缺损修复受损。尽管近十年来治疗骨感染的外科策略和药物应用取得了进展，但临床管理仍然存在挑战。组织工程材料的开发和应用为治疗骨感染提供了新的策略，但缺乏对其研究进展的全面综述。
2024年5月14日，成都大学胡旭麟及重庆医科大学胡宁共同通讯在Bone Research 在线发表题为“Prospects and challenges for the application of tissue engineering technologies in the treatment of bone infections”的综述文章。该综述讨论了骨骼系统中微生物的关键致病机制及其对骨再生的免疫调节作用，并强调了组织工程技术在治疗骨感染中的应用前景和挑战。它将为治疗骨感染的抗菌和骨修复组织工程材料的开发和转化提供参考。
骨感染是一组由微生物通过血源性或外源性途径传播而引起的骨骼肌肉系统疾病，主要包括假体周围感染（PJI）、骨折相关感染、急性血源性骨髓炎和感染性骨缺损等。随着人口的增长和老龄化，骨髓炎的患病率不断上升，将成为日益严重的健康问题。自20世纪70年代以来，开放性骨折的感染率持续上升至5%–33%，而关节置换术后的感染率上升至1%–4%。尽管采用最好的医疗手段，骨髓炎仍然难以治愈，治疗失败率为10%至40%。引起骨髓炎的常见病原菌有金黄色葡萄球菌(S. aureus)、溶血性链球菌、肺炎球菌、大肠杆菌(E. coli)、铜绿假单胞菌等。其中，金黄色葡萄球菌因具有较强的侵袭、定植和骨细胞增殖能力，占骨髓炎致病菌谱的70%以上。虽然手术清创联合外用抗生素及缓释系统治疗使骨感染的治愈率明显提高，但慢性骨髓炎的复发率仍高达20%～30%。因此，阐明微生物在骨系统的独特致病机制及微生物所介导的对骨再生生物学过程的干扰对骨感染的治疗具有重要的临床价值。事实上，骨感染通常伴有骨质流失，因此骨感染的治疗除了有效清除致病菌外，还需要实现骨缺损部位的快速成骨。急性骨髓炎通常可采用及时清创联合敏感抗生素治疗，但对于骨缺损的慢性感染，传统的治疗策略效果不佳。只有控制了感染，骨缺损的修复才开始。感染引起的骨免疫微环境变化和骨填充物诱导的局部微环境变化并不一定有利于骨修复生物发生。骨修复过程不是简单的骨形成和骨吸收过程，而是骨骼系统、免疫系统等多个系统密切相互作用的结果，受到细胞因子、应激刺激、炎症反应等调控。虽然骨移植、骨转运技术、骨诱导膜技术及抗生素复合缓释载体植入等技术广泛应用于临床骨感染的治疗，但是治疗周期长、供体骨量不足及供区并发症等是亟待解决的问题。 骨组织工程材料在骨感染中调控免疫微环境和骨再生方面的应用（图源自Bone Research ）因此，开发具有抗菌性能、适应感染后骨缺损免疫微环境变化的促骨填充物将是具有临床意义的重要治疗策略。随着先进材料技术的发展，组织工程技术有望成为解决感染性骨缺损中感染控制与骨再生修复耦合问题的解决方案。组织工程涉及细胞、生物活性因子和支架生物材料的组合与协同作用，在改善局部感染性骨缺损部位微环境的基础上，进一步促进骨愈合再生。复合生物支架有效填充骨缺损部位后，其释放的抗菌成分可快速抑制病原菌增殖，防止早期过度炎症反应，同时成骨诱导成分可改善受损的成骨能力，控制感染引起的骨代谢紊乱，促进骨修复。因此，全面了解感染性骨缺损局部微环境是设计此类支架的基础，但以往研究仅侧重于支架的功能，尚未对骨缺损修复过程中感染的机制进行全面深入的分析与探讨。 此外，免疫系统在防御骨感染、维持骨稳态中起着至关重要的作用，包括介导先天性免疫反应和病原体入侵后对骨骼微环境的适应性免疫反应。因此，本文基于骨再生的生物发生过程，详细描述了病原体在骨髓炎侵袭过程中所采取的各种宿主免疫逃逸策略，并介绍了骨感染背景下的免疫激活、抑制和调控机制。同时，详细讨论了骨组织工程材料在骨感染中调控免疫微环境和骨再生方面的应用，为临床治疗感染性骨缺损提供了一种新的、更有前景的治疗视角（图1）。https://www.nature.com/articles/s41413-024-00332-w ![]()
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