近年来，骨再生研究取得了许多重要的进展。尤其是在干细胞以及生物材料这两种方向的应用，（1）干细胞是骨再生研究中的关键角色。研究人员已经成功地利用多种类型的干细胞，如间充质干细胞（MSCs）、胚胎干细胞（ESCs）和诱导多能干细胞（iPSCs），进行骨组织工程和骨再生。这些干细胞可以分化为成骨细胞，促进骨组织的生长和修复。（2）对于生物材料研究人员已经开发出各种生物材料，如生物活性玻璃、羟基磷灰石和胶原蛋白，用于骨缺损修复和骨再生。这些生物材料可以提供支架结构，促进细胞黏附和生长，并释放生长因子以促进骨组织再生。

目前已有研究证明了干细胞与生物材料在骨再生过程中存在相互介导机制，生物材料植入后激活自体干细胞是启动骨再生的重要过程，北京大学吕珑薇、周永胜在此类研究中补充了对应的单细胞水平转录数据以及空间图谱，描述了经典的胶原蛋白/纳米羟基磷灰石骨修复材料周围的骨免疫微环境，进一步揭示了生物材料对调控间充质干细胞（MSCs）时间和空间表达模式的影响。

该研究通过联合分析scRNA-seq和ST-seq数据库，区分了再生组织中的功能性MSC亚聚类。通过比较OPs2亚群和其他MSC亚群的差异表达基因，发现Mgp是OPs2特异性的标记基因。此外通过比较修复了生物活性材料的骨缺损区域和未修复的骨缺损区域的空间基因表达谱，发现再生组织聚类显示出更高水平的Mgp基因表达，与骨再生过程中功能性MSCs的作用相关。分析结果揭示了OPs2细胞在骨缺损修复的早期阶段具有空间偏好，并且Mgp高表达的MSCs具有趋化性。这些发现为生物材料介导的骨再生提供了重要线索和依据。

本研究的另一个亮点是表征MgphiMSCs的免疫调节功能。高表达基质Gla蛋白（Mgp）的MSCs（MgphiMSCs）在骨修复中起到重要作用。它们表现出高效的成骨分化潜能，并通过Mdk/Lrp1信号通路调控骨免疫微环境。同时，多个免疫细胞亚群通过磷酸化蛋白1（SPP1）信号通路与MgphiMSCs互动。这些发现对于生物材料介导的骨再生和骨缺损治疗具有重要意义。

总结来看，该研究结合单细胞和空间转录组学技术，在单细胞水平上揭示了植入的胶原蛋白/纳米羟基磷灰石骨修复材料周围的骨免疫微环境。具体而言，观察到MgphiMSCs在骨缺损区域内大量迁移，调控骨再生的早期阶段的骨免疫微环境。它们可以通过PI3K-Akt信号通路增强骨再生，通过Mdk/Lrp1配体-受体对抑制巨噬细胞的M1极化和骨吸收分化。反过来，Spp1hi免疫细胞可能通过激活SPP1/Integrin信号通路调MgphiMSCs亚群的功能。该研究以高分辨率阐明了自体MSCs对植入生物材料的细胞和分子机制，促进了骨组织工程的创新。