科学家通过研究珊瑚礁学习如何修复人类骨骼

人体骨移植可能很复杂。早期，通常需要进行两次手术，第一次手术从身体某部分切除骨骼，第二次手术将骨骼移植到身体另一部分。几十年来，科学家一直致力于简化这一过程，使用人造骨骼代替真骨。珊瑚的结构与人体骨骼非常相似，是最有前途的替代品之一。不幸的是，珊瑚骨骼是由碳酸钙构成的，碳酸钙在人体中会在新骨生长之前分解，因此不能直接使用。虽然研究人员已经开发出一种珊瑚变种，一旦移植后降解速度不会那么快，但挑战仍然存在。科学家们希望更多地了解珊瑚骨骼的形成过程，以便改进珊瑚在人体骨移植中的应用，因为人体骨骼和珊瑚骨骼的结构相似。他们的发现还可以让科学家们更接近找到治愈人体骨折以及治疗更深层次的骨骼和脊柱问题的新方法。此外，这些见解还可以帮助保护珊瑚礁，珊瑚礁正面临着海水温度上升、污染物、海洋酸化和海平面上升日益严重的威胁。

巴伊兰大学化学教授吉尔·古贝斯 (Gil Goobes) 表示：“构建骨骼这样复杂的过程必须在生命的最初阶段进行构思和启动。”古贝斯是以色列科学家团队的成员之一，据信该团队首次确定了幼年珊瑚从游动阶段转变为定居阶段的阶段，即形成骨骼的阶段。

此外，他们还能够识别出该过程每个阶段产生的特定蛋白质，从而深入了解珊瑚骨骼的成熟过程，这一过程称为矿化。“这就像建造一座成功的摩天大楼。如果你想建造一座摩天大楼，你需要了解很多东西，而且要了解不同的层面，”Goobes 说。

了解这一过程可以提高“我们预测气候变化对珊瑚人口统计和群落结构影响的能力”，海法大学莱昂·查尼海洋科学学院的科学家、研究团队成员塔利·马斯说。“全球范围内的珊瑚礁正在退化。与其他无脊椎动物一样，珊瑚幼虫的发育对环境变化的敏感度高于成年珊瑚。”她补充说：“我们的研究可能有助于满足珊瑚幼年时期的需求，从而增加它们在不断变化的海洋条件下生存和长寿的机会。”

Goobes 表示同意。“就像我们有能力培育新生的珊瑚，满足其发育所需的必要需求一样，了解矿化过程以及它们如何受到温度变化或海洋酸化的影响，可以让我们为珊瑚补充它们克服这些变化所需的分子，”他说。除了 Goobes 和 Mass，该团队还包括以色列魏茨曼科学研究所的 Anat Akiva 和 Iddo Pinkas 博士。他们的研究发表在《自然通讯》杂志上。

Goobes 表示，他们的研究结果还可以改善珊瑚骨移植技术。他将移植比作修理汽车。“我们可以将一辆汽车（比如赛车）的引擎‘植入’到另一辆汽车（比如大众甲壳虫）的车身中，而且我们基本上会成功，”他说。“但是，了解每个引擎的工作原理……将使我们能够避免不兼容的问题。从短期来看，汽车可以行驶并可能完成任务，但长期来看会出现问题，从而缩短其使用寿命。

“骨骼替代品也一样，也可能产生不良副作用，”Goobes 补充道。“从根本上了解矿化过程的细节就像准确了解发动机中每个部件的作用，以及需要投入什么才能使其正常工作。”

珊瑚的生命始于自由游动于海中的浮游生物息肉。最终，息肉定居下来，开始形成骨骼。在此期间，息肉会迅速分泌碳酸钙，以形成和保护珊瑚礁群落；研究人员表示，息肉正常发育至定居阶段对于珊瑚礁的正常发育至关重要。

“在红海珊瑚产卵季节，我们用特殊的网收集新生的游动个体——浮浪幼虫——并将它们带到实验室进行检查，并继续生长发育，”Goobes 解释道。科学家将珊瑚放在培养皿中的海水中，重现他们在海中发现的相同条件。然后，他们研究了它们在不同发育阶段的情况，分析了骨骼生成过程。

科学家还研究了珊瑚在游动和定居阶段的基因表达。“这些发现的直接意义在于了解珊瑚礁的形成过程，”Goobes 说，并指出这些信息可能对“保护海洋生物免受气候变化带来的生态破坏”有价值。

Goobe 补充道：“在这项研究中，我们发现了珊瑚骨骼生长的调控方式。”这一发现“将推动人体骨骼移植新生物技术的发展。虽然我们距离理解人类骨骼形成机制还有很长的路要走，但本研究是确定负责这一过程的基因和蛋白质的重要​​一步。”

玛琳·西蒙斯为 Nexus Media 撰稿，这是一家涵盖气候、能源、政策、艺术和文化的联合通讯社。