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骨组织具有创伤后自我修复和再生的潜能，然而这一愈合过程不仅耗时，还难以完全恢复骨组织初始结构及力学特性。因此，在临床工作中往往需要通过移植生物材料来达到加速骨愈合过程、维持最终骨密度的目的。作为骨组织中的最重要微量元素之一和全身生物活动中不可或缺的活性成分，镁离子被认为在骨组织修复中发挥着重要作用。虽然各类基于镁离子的生物材料在骨组织再生中的促进作用已被广泛报道，镁离子本身在组织骨愈合不同阶段所扮演的角色尚未被系统性研究。事实上，有证据显示部分镁离子释放速率设计不当的生物材料甚至会对骨组织愈合造成灾难性后果。这说明我们对于镁离子在骨组织再生中复杂的生物学功能认识尚不全面。
香港大学医学院近期的研究揭示了镁离子在骨组织再生中的双重调控作用。在早期炎症阶段，镁离子通过促进单核-巨噬细胞的募集和极化构建了促进骨组织再生的免疫微环境。
该研究证明了细胞外镁离子浓度的上升可显著提高巨噬细胞内镁离子浓度，并上调和镁离子相关的瞬时性受体电位通道m7（trpm7）的表达。同时，位于该受体膜内端激酶片段m7cks经剪切后转运至核内通过特异性结合并磷酸化组蛋白h3丝氨酸10调控一系列炎症相关基因的表达。
该团队进一步发现在这一过程中参与促进间充质干细胞募集、增殖与成骨分化的炎症因子主要为白介素8 (il-8)、趋化因子配体5 (ccl5)等。事实上，特定炎症因子的上调在早期对骨间充质干细胞增值分化具有至关重要的作用。然而在进入后期骨重建阶段，持续过量释放的镁离子和炎症因子转而激活破骨细胞的活动并抑制成骨细胞的活动，特别是高浓度的镁离子在体内实验和体外实验中都表现出对骨组织的矿化和成熟的显著抑制作用。这一负调节作用甚至可能逆转镁离子的早期促成骨作用。
因此，本研究成果改变了传统认知中对于镁离子在骨再生过程中的作用方式，为基于镁离子的骨生物材料的设计提供了新的思路。事实上，该研究成果证明配合骨组织再生中炎症-修复-改建等一系列生物学过程的镁离子层级释放策略相较传统的长期缓释策略具有更多的优势。
这一研究成果近期被发表与《自然?通讯》（nature communications）杂志上，文章第一作者为香港大学医学院骨矫形及创伤外科学系乔威博士后研究员，通讯作者为香港大学李嘉诚医学院骨矫形及创伤外科学系杨伟国教授、中山大学光华口腔医学院陈卓凡教授和香港城市大学化学系林潤華副教授。
trpm7 kinase-mediated immunomodulation in macrophage plays a central role in magnesium ion-induced bone regeneration
wei qiao, karen h. m. wong, jie shen, wenhao wang, jun wu, jinhua li, zhengjie lin, zetao chen, jukka p. matinlinna, yufeng zheng, shuilin wu, xuanyong liu, keng po lai, zhuofan chen, yun wah lam, kenneth m. c. cheung & kelvin w. k. yeung
nat. commun., 2021, 12, 2885, doi: 10.1038/s41467-021-23005-2
导师介绍
乔威博士现为香港大学医学院矫形及创伤外科学系博士后研究员。他于中山大学光华口腔医学院获得口腔医学学士及硕士学位，后于香港大学牙医学院从事骨组织再生研究并获得博士学位，期间被选派前往美国霍普金斯大学医学院深造。他的主要研究方向为骨创伤和骨生物材料刺激下的免疫应激反应与骨组织再生的关系，目前在sci期刊发表17篇研究论文，包括《nature communications》、《advanced science》、《biomaterials》、《journal of dental research》等领域内顶尖期刊，并在多个区域性及国际性学术会议上发表了20余篇研究报告。
杨伟国教授现为香港大学医学院矫形及创伤外科教授（终身聘任），博士生导师，香港大学深圳医院深圳骨科创伤修复新技术重点实验室副主任，香港大学立之学院副院长。他团队的研究领域包括脊柱畸形及骨创伤、生物医用材料、3d生物打印、纳米抗菌材料等课题，在sci期刊发表了超过260多篇sci研究论文, 包括《nature communications》、《science advances》、《advanced science》、《materials today》等顶尖期刊，并在多个区域性及国际性学术会议上发表了280多篇研究报告。现在他的h-index(学术指标)达到61, 文章引用次数超过12,200次，在clarivate analytics的essential science indicators（esi）统计上，杨教授从2014-2020，连续至7年在生物材料领域被评为全球top1％学者。在专业服务领域，杨教授分别担任学术期刊bioactive materials（2019年影响因子：8.742）的副主编、中国生物材料学会表面工程分会委员、美国生物材料学会骨科材料组组长、华人生物材料协会财务长和奖励委员会主任等职务。
陈卓凡教授现任广东省口腔医学会口腔种植学专业委员会主任委员，中华口腔医学会口腔种植学专业委员会副主任委员，中山大学口腔临床医学（口腔种植学方向）博士研究生导师，香港大学牙医学院荣誉教授、联合博士生导师，加拿大ubc大学（university of british columbia）访问学者，国际口腔种植学会专家组成员（iti fellow），《中国口腔种植学杂志》副总编。他历年来从事新型口腔种植相关骨替代材料研发的基础研究与临床应用工作，以项目负责人获得4项国家自然科学基金项目、7项省部级科研项目资助，在专业期刊发表论文110余篇（其中sci收录英文国际期刊37篇）。陈教授历年来指导口腔种植学专业研究生40余名（其中博士研究生10名），主编出版专著《口腔种植治疗的基础研究与临床应用》；参编《口腔种植学》国家级规划教材，《口腔种植学》国家级规划研究生教材。
林润华博士在香港出生并接受教育。从香港大学获得生物化学博士学位后，移居苏格兰邓迪，在wellcome trust biocentre 担任研究员。2007年加入香港城市大学化学系，从事环境科学到再生医学的各种研究项目。2020年城大创新教学奖的获奖人。现任城市大学理学院环球精研与科创课程主任。在sci期刊发表了超过120多篇sci研究论文, 包括《nature》、《current biology》、《j. cell biology》、《j. cell sci》等期刊。h-index(学术指标)40, 文章引用次数超过8,600次。