DNA 可以幫助以局部和有針對性的方式刺激骨骼癒合，例如在復雜骨折後或手術後嚴重組織丟失後。馬丁路德大學哈勒-維滕貝格 (MLU)、萊比錫大學、阿威羅大學（葡萄牙）和位於哈勒的弗勞恩霍夫材料與系統微結構研究所 IMWS 的研究人員已經證明了這一點。他們開發了一種新工藝，在植入材料上塗上一種基因激活的生物材料，誘導幹細胞產生骨組織。他們的發現發表在《高級醫療保健材料》雜誌上。
骨骼是身體再生能力的一個很好的例子。由於它們能夠在骨折部位形成新的、有彈性的組織，它們能夠恢復全部功能——即使在骨折後也是如此。“然而，當涉及到復雜的骨折或主要組織損失時，即使是骨頭的自愈能力也不夠，”MLU 藥學院生物醫學材料研究小組負責人 Thomas Groth 教授解釋說。“在這種情況下，需要植入物來穩定骨骼、更換部分關節或用可降解材料彌合較大的缺陷。” 這種植入物的成功很大程度上取決於它們與骨骼的結合程度。
間充質乾細胞能夠產生不同類型的組織，但激活它們以特異性再生骨骼可能特別具有挑戰性。在這種情況下，細胞外基質起著至關重要的作用。“骨細胞之間的組織由膠原蛋白和硫酸軟骨素等組成，”Groth 解釋說。“它可以被人工複製並應用於植入物的表面，使它們具有生物活性。” 這確保了植入物更好地結合併且不太可能被身體排斥。藥物和激活劑也可以添加到人工細胞外基質中以刺激骨骼生長。一種這樣的激活劑是蛋白質 BMP-2，它已經被用於脊柱融合或治療複雜的、不癒合的骨折。然而，
因此，來自哈勒、萊比錫和阿威羅的研究人員提出了一種以更有針對性的方式刺激幹細胞並顯著減少副作用的程序。他們關注的一件事是增強細胞外基質的設計。他們使用特殊的逐層技術將生物材料應用於植入物。這使他們能夠在納米水平上控制其成分、結構和性能。“這是一個複雜的過程，我們在 MLU 與 Fraunhofer IMWS 合作完善了這一過程，”Thomas Groth 解釋說。
需要這種納米級的設計才能使生物材料功能化；在這裡，他們依靠來自萊比錫的同事 Christian Wölk 博士的專業知識。他沒有將大量 BMP-2 直接摻入生物膜並冒不受控釋放的風險，而是將 DNA 片段包裝到充當運輸容器的脂質納米顆粒中。只有植入植入物後，DNA 才會遷移到骨組織的細胞中，並刺激它們產生 BMP-2。這反過來又激活了骨形成乾細胞。
“將細胞外基質模擬為薄膜表面塗層並用納米粒子對其進行功能化是藥物材料研究的一個里程碑，”Thomas Groth 解釋說。“DNA 可以有針對性地釋放，並在時間和位置上限制對組織生長的刺激，而不會引起不良副作用。” 根據 Groth 的說法，該方法從根本上也適用於運輸 mRNA，從而擴展了再生醫學的可能性——不僅在骨形成領域，而且在其他治療應用中。
