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国家工程实验室王宇光副教授团队在Small Methods杂志刊发封面文章

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近日，北京大学口腔医院数字化中心王宇光副教授课题组在Small Methods杂志(Q1)在线发表了最新研究论文，题目为“绿光基植入式可降解纤维调控骨组织再生”（Green Light-Based Photobiomodulation with an Implantable and Biodegradable Fiber for Bone Regeneration）。该研究探索了绿光调控钙离子通道促进干细胞成骨分化的生物调节新机制，并利用该机制结合植入式可降解光纤材料，建立了在体内调控骨髓间充质干细胞促进骨修复的新方法。

骨骼是人体最重要的支持器官，外伤、炎症、骨质疏松及肿瘤等疾病都可以造成骨损伤，严重影响患者的身心健康。骨损伤的自愈过程首先是受损局部软硬组织发生急性炎症反应，随后破骨细胞激活进入骨吸收过程、最后间充质干细胞募集并分化为成骨细胞开始修复骨损伤。维持骨骼的矿物质代谢和分化的内在动态平衡对其生理功能至关重要，如何在恰当的时间给予合适的干预以达到无创地通过生理调节以加速骨组织修复的目的是一项很有前景的研究热点。因此，由于具有缓解组织水肿、降低炎症反应、缓解疼痛、加速细胞增殖，提高细胞迁移，促进细胞分化等功能，光生物调节（Photobiomodulation，PBM）被越来越多地应用于组织损伤的修复并取得了很好的效果。

图1.《Small Methods》于2020年4月甄选本文为封面文章

光子学加速了医学发展，目前在实验室和临床工作中大量高新技术和精密仪器都基于光子学，如普通光学显微镜、共聚焦荧光显微镜、光学相干层析成像、光声成像、拉曼光谱分析技术、光线探测器、光电检测技术等。在光医学的各种应用中，克服光对于组织有限的穿透力一直是一项挑战，传统光纤和内窥镜可以导光接近靶器官表面，但进一步递送光向目标组织内部仍然是一个难以解决的问题，光在组织中的穿透深度直接限制了临床实用性。石英光纤因光学损耗小、稳定性高而成为应用最广泛的导光器件，但由于无机材料固有的刚度和脆性导致生物相容性差等缺点，研究者们开发了多种软材料来制备具有理想柔韧性、可伸缩性和良好生物相容性的光纤和波导。

本课题组研究人员率先将绿光（波长520nm）经自建植入式可降解光波导导入大鼠股骨骨缺损并进行了相关动物、影像、组织及分子生物学检测，本文首次通过构筑极细非晶光波导将具有多种生物学促进作用的绿光导入深部骨组织缺损，系统揭示了绿光对于骨缺损修复速度的积极影响，开启了绿光真正意义上调控体内骨缺损修复相关研究之门。

图2. 520nm绿光通过光波导促进SD大鼠股骨缺损修复

本研究基于王宇光副教授在哈佛大学威尔曼光医学中心进行光生物学调控研究中的发现，绿光的促进成骨效果显著高于常用的近红外光，且与离子通道TRPV1（Transient receptor potential vanilloid type 1）密切相关。王宇光副教授具有非常敏锐的科研视觉，对此现象进行了深入研究，在国际上首次证实了绿光可以促进人脂肪间充质干细胞的成骨分化。在此基础上，指导课题组内几位博士研究生分别进行了绿光促进干细胞成骨分化的机制及应用研究、一种发光的口腔植入物、牙齿敏感的绿光脱敏治疗等拓展方向的研究并取得了很好的结果。

王宇光副教授领导的非侵入式诊疗团队在吕培军教授数十年高精尖前沿工程研究基础之上，在修复科主任周永胜教授和数字化中心主任王勇教授级高级工程师的指导和帮助下，创新性地将无创或微创、可穿戴、可降解的器件与物理生物学调控手段有机结合，从动物、细胞、分子机制三个层面探索了绿光对于骨修复的作用。

本研究与清华大学电子工程系盛兴教授合作，在国家自然科学基金的资助下，利用北京大学口腔医院口腔数字化医疗技术和材料国家工程实验室、北京大学口腔医院中心实验室两个平台完成。数字化中心王宇光副教授是该文章的通讯作者，数字化中心的博士研究生姜雨汐和口腔颌面外科学齐伟医师是该文章的共同第一作者。本文建立了可降解柔性光波导，以介导短波长光深入难至的生物组织深部，证明了这种方式的有效性，可以预见，未来光波导不仅可应用于更深的组织中，也可以帮助临床诊断、治疗和手术，更可以作为构建单元模块，成为复杂的植入式光子或光电子器件的重要组成部分，使其在未来医疗领域有更宽广的应用范围与光明前景。

图3. 王宇光副教授团队合影

原文链接：https://doi.org/10.1002/smtd.201900879

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