上海交通大学医学院研究者们创造合成生物学奇迹：细菌囊泡携带BMP-2，精准修复骨质疏松症，重塑骨骼健康

骨质疏松症(OP)是一种以骨量减少、骨组织变薄、骨脆性增加为特征的系统性疾病。OP骨折(OPF)是OP最常见的并发症，具有高发病率、高致残率、高死亡率和高医疗费用的特点，严重影响老年患者的生活质量。然而，现有的生物材料和常规方法在治疗OP和OPF方面的效果往往有限。成骨细胞和破骨细胞之间的代谢失衡往往会导致OP。几种促进成骨细胞活性和抑制破骨细胞吸收的药物已被美国食品和药物管理局(FDA)批准，然而，这些药物有一些局限性，包括增加心血管不良反应、病理性骨折、骨肿瘤和免疫功能障碍的风险，这严重限制了它们的临床应用。因此，迫切需要更有效、更安全的方法来治疗OP。

BMP-2是一种众所周知的生长因子，具有促进骨再生、增加骨强度和密度的能力，是一种可以促进骨再生的生长因子。由于BMP-2的使用寿命短，保留效率低，因此不能单独注射给药，但直接大规模给药可引起严重并发症。因此，仍然需要具有控释系统的先进生物材料来使BMP-2有效地促进骨修复。

近年来，越来越多的研究利用细胞外囊泡(EVs)调节骨代谢来治疗OP，因为EVs具有独特的纳米结构、稳定的载药能力和良好的给药生物相容性。血管内皮细胞衍生的ev可传递miR-155抑制破骨细胞分化以改善OP。工程化的NIH-3T3细胞衍生的ev可以传递安塔哥米-188，促进成骨细胞分化，缓解OP。此外，衍生的ev可以激活骨形态发生蛋白-2 (BMP-2)/p-p38依赖的Runx2途径来预防OP。

尽管这些天然和工程化的EVs，包括哺乳动物细胞EVs (mev)和植物源性EVs (pev)已经显示出良好的治疗效果，但复杂的工程修饰和较低的提取效率严重限制了它们的临床应用。

图片来源：https://doi.org/10.1002/jev2.12429

近日，来自上海交通大学医学院附属新华医院的研究者们在J Extracell Vesicles杂志上发表了题为“Synthetic biology-based bacterial extracellular vesicles displaying BMP-2 and CXCR4 to ameliorate osteoporosis”的文章，该研究突破性地利用合成生物学，打造了一种集骨靶向与成骨能力于一体的细菌细胞外囊泡（BEVs-BC），为骨质疏松症治疗提供了一种高效且安全的策略。

生物工程bev的构建及抗骨质疏松机制研究

图片来源：https://doi.org/10.1002/jev2.12429

研究团队创新性地将促进骨生成的关键因子BMP-2与靶向骨髓细胞的CXCR4蛋白，整合到大肠杆菌表面，成功构建出工程化的BEVs-BC。这些改造后的囊泡不仅展现出了卓越的骨靶向性，还显著促进了骨髓间充质干细胞的成骨分化，有效抑制了卵巢切除小鼠模型中的骨质流失，逆转骨质疏松症。

bev - bc通过激活SMAD5信号传导促进软骨分化

图片来源：https://doi.org/10.1002/jev2.12429

这项研究的亮点在于，它巧妙结合了合成生物学的精准设计与细菌囊泡的天然优势，创造出易于规模化生产的生物材料，不仅克服了传统疗法的局限，还大大降低了复杂工程化与提取难度。BEVs-BC的问世，不仅是骨质疏松症治疗领域的一大跃进，更预示了细菌囊泡在骨骼退行性疾病治疗中的广泛应用潜力，为骨科医学创新疗法树立了新标杆。

综上所述，合成生物学的创新应用，不仅赋予了细菌囊泡治疗骨质疏松症的非凡能力，更为临床转化与应用奠定了坚实的科学基石，为骨健康领域带来了革命性的发展前景。这一里程碑式的研究，标志着骨质疏松症治疗进入精准靶向修复的新时代，为患者点亮了希望之光。

参考文献：

Han Liu et al. Synthetic biology-based bacterial extracellular vesicles displaying BMP-2 and CXCR4 to ameliorate osteoporosis. J Extracell Vesicles. 2024 Apr;13(4):e12429. doi: 10.1002/jev2.12429.