上海市中西医结合防治骨与关节病损重点实验室
上海市中西医结合防治骨与关节病损重点实验室依托于上海市伤骨科研究所，分别坐落于上海械谷园区、上海交通大学医学院附属瑞金医院及上海交通大学内。上海市伤骨科研究所创建于1958年，是我国最早的伤骨科专科研究机构之一。实验室自1980年代初期筹建以来，经过十余年的发展，于1997年被上海市科委正式批准重点实验室，并于1999年通过专家验收。经过二十余年的建设，实验室已发展成为人才梯队合理、研究方向明确、技术体系完善的专业科研平台，现已成为国内外业界知名科研机构和研究基地。
上海市中西医结合防治骨与关节病损重点实验室立足国家和健康上海发展重大战略部署，瞄准国际发展前沿，继承与发展中西医结合的优势，充分应用现代科技，为实现骨关节病损的精准化和个性化治疗，全面提示上海乃至我国骨关节病损防治水平，提供具有显著地方特色的诊疗手段，着力开展四大重点研究方向：
1、魏氏伤科传承创新与中药现代化。
系统整理魏氏伤科学术思想，构建理论体系，推进经验方剂的临床应用研究，推动中西医结合防治骨关节病损防治发展。
2、骨关节及软骨组织病损（筋骨病）发病机理及其防治。
诠释骨再生与发育进程中的关键调控环节及针对性药用物质，探讨骨关节病损（退变）的发生发展机制，研发针对性防治策略。
3、生物医学工程与再生医学。
融合功能性生物材料与纳米诊疗、耐药菌感染的物理及靶向治疗、生物感应电等先进技术，实现骨关节及软骨组织的修复与功能重建。
4、运动功能康复与先进智造。
科学解析魏氏伤科经典手法和“夹缚”治则的机理，形成 “动”-“静”结合治疗运动损伤的新模式，建立标准化、科学化治疗方案；开发个性化康复器械与评估体系。
上海市中西医结合防治骨与关节病损重点实验室拥有约5800平方米的实验空间，配备300多台大中型仪器设备，总价值5000余万元。建立了完善的技术平台体系，涵盖组织形态学、影像学、细胞分子生物学、药用化合物筛选、生物力学、单细胞测序、体内示踪、高内涵细胞研究、动物实验中心等多个领域，承接标本量10000余件/年。近五年来，实验室取得显著成就：
1、人才建设：18人入选（国家中组部“万人计划青年拔尖项目”、“海外高层次人才引进计划青年项目”、“上海市海外高层次人才引进计划——蓄水池项目”）等人才计划。
2、人才培养：培养博士后29名，研究生64名，联合培养相关国内外博士后、研究生78名。
3、科研项目：承担国家级项目53项，省部级项目150余项（其中，人才基金项目30项）。
4、科研成果：发表学术论文（包括Nat Commun、 Cell Death Differ、Adv Mater、 Adv. Funct. Mater.、Adv Sci、J Bone Miner Res等学术期刊）486篇（其中IF＞20分的25篇）。
5、成果转化：申请国家发明专利50余项（其中，已授权专利28项，实现转化6项）。
6、荣誉奖项：获省部级科技成果奖12项；2021年、2023年、2024年分别被瑞金医院评为“最佳发展团队”。
实验室正以创新驱动发展，为提升我国骨关节疾病防治水平做出重要贡献。
（数据期：2019-2023）
Shanghai Key Laboratory for Prevention and Treatment of
Bone and Joint Disease
Shanghai Key Laboratory for Prevention and Treatment of Bone and Joint Disease affiliated to Shanghai Institute of Traumatology and Orthopaedics(SITO)，and located in XieGu Shanghai, Ruijin Hospital, and Shanghai Jiaotong University School of Medicine. The SITO is one of the Chinese earliest specialty research institutes of traumatology and orthopaedics, founded in 1958. The STIO Laboratory was founded in the early 1980s. Under the bases of ten years development, the STIO Laboratory was authorised as Shanghai Key Laboratory for Prevention and Treatment of Bone and Joint Disease by Science and Technology Commission of Shanghai Municipality, and passed the acceptance by experts in 1999. Over 20 years，the key laboratory has been developed to a professional laboratory with reasonable talent echelon, stable research direction and complete technical system and has become a well-known scientific research institution and base worldwide.
The Shanghai Key Laboratory for Prevention and Treatment of Bone and Joint Disease aligned with the major strategic plans for the development of 'Healthy China' and 'Healthy Shanghai'. Aiming to be an international leader, the Key Laboratory draws on its distinctive blend of Chinese and Western medicine. By applying modern science and technology, the laboratory strives to achieve the precise and personalised treatment for bone and joint diseases and injuries. This will improve the level of prevention and treatment of these conditions in Shanghai and China more broadly. Furthermore, the Key Laboratory aims to provide diagnosis and treatment methods based on local expertise. The laboratory focuses on four major areas of research:
1. The inheritance, development and modernisation of Wei's traditional traumatology.
Systematically collate Wei's academic thoughts on injuries, construct a theoretical system and promote research into the clinical application of empirical formulas. Also promote the development of a combination of Chinese and Western medicine for the prevention and treatment of bone and joint diseases and injuries.
2. Pathogenesis, prevention and treatment of bone, joint and cartilage tissue lesions (tendon and bone diseases).
The key regulatory links and targeted medicinal substances involved in the processes of bone regeneration and development are interpreted, and the mechanisms of occurrence and development of bone and joint diseases (degeneration) are explored. Targeted prevention and treatment strategies are developed.
3. Biomedical engineering and regenerative medicine.
The integration of functional biomaterials and nano-diagnostics, as well as the use of physical and targeted treatments, is key to achieving the repair and functional reconstruction of bone, joint and cartilage tissues in cases of drug-resistant bacterial infections. Other advanced technologies, such as bioinductive electricity, are also employed.
4. Sports functional rehabilitation and advanced intellectual manufacturing.
Use scientific analysis to understand the mechanisms behind Wei's classic techniques and the 'pinch' rule. Create a new approach that combines 'dynamic' and 'static' elements to treat sports injuries and develop a standardised, scientific treatment plan. Develop personalised rehabilitation equipment and an assessment system.
Shanghai Key Laboratory for Prevention and Treatment of Bone and Joint Disease Disease has about 5800 square metres of experimental space, equipped with more than 300 large and medium-sized instruments and equipments, with a total value of more than 50 million yuan. It has established a perfect technical platform system, covering various fields such as histomorphology, imaging, cellular molecular biology, medicinal compound screening, biomechanics, single-cell sequencing, in vivo tracing, high-containment cell research, and animal experimental centre, etc., and has undertaken a specimen volume of more than 10,000 specimens/year. In the past five years, the laboratory has made remarkable achievements:
1. Talent construction:18 individuals from the Key Laboratory have been selected for the following talent programmes: the 'Ten Thousand People Programme', the 'Overseas High-Level Talent Introduction Programme', and the 'Shanghai Overseas High-Level Talent Introduction Programme – Reservoir Programme' of the Chinese Ministry of Organisation.
2. Talent Cultivation: These programmes have trained 29 postdoctoral students, 64 postgraduate students and 78 students in joint training related to domestic and foreign postdoctoral and postgraduate students.
3. Research Projects: The key laboratory has undertaken 53 national projects and more than 150 provincial and ministerial projects (including 30 Talent Fund projects).
4. Research Achievements:The key laboratory has published 486 academic papers (including Nat Commun, Cell Death Differ, Adv Mater, Adv. Funct. Mater., Adv Sci, J Bone Miner Res and other academic journals), of which 25 have an IF>20.
5. Transformation of Achievements: The key laboratory has applied for more than 50 national invention patents (of which, 28 patents have been granted and 6 have been transformed).
6. Honours and awards: 12 provincial and ministerial-level scientific and technological achievement awards; Ruijin Hospital awarded ‘Best Development Team’ in 2021, 2023 and 2024 respectively.
The laboratory is driving development with innovation and making important contributions to enhance the prevention and treatment of bone and joint diseases in China.
（Data Period：2019-2023）
长期从事基于再生医用生物材料的骨、软骨修复和关节损伤重建的转化医学研究，在Sci Tranl Med、Adv Mater、 Sci Adv、Nature Comm、Progress Mater Sci、PNAS等国际权威期刊发表SCI论文200余篇， H指数88，引用2.6万余次，专利100项（转化16项）、主编Elsevier/Wiley书3本、参编国际书籍12章节，获国家级青年人才、上海领军人才计划、上海市优秀学术带头人等，主持国家科技重大专项（首席）、国自然重点项目、国合重点项目、国家重点研发课题、国自然面上项目等10余项。入选全球高被引学者、ESI高被引论文、全球前2%顶尖科学家、获评英国皇家化学学会会士（FRSC）、中国生物材料学会理事（FCSB）、并荣获教育部高等学校科学研究优秀成果奖、上海市科技进步一等奖、全国转化医学创新奖等多项奖项。
担任Biomedical Technology (Elsevier)创刊主编、Research(IF=8.5)的Associate Editor、 Advanced Functional Materials(IF=18.5, Wiley) , Science Bulletin (IF=18.8, Elsevier),Biomaterials Advances (Elsevier)、Mater Today Adv (IF=10, Elsevier)等期刊编委，以及Small(IF=15.2, Wiley)等期刊特刊主编。现任中国生物材料学会康复器械与生物材料分会副主任委员、神经生物材料常务委员等。长期担任国自然基金委会评/函评专家、科技部重点研发计划会评专家/函评等国家级项目评审工作。
2022年，创新性地开发了不脱钙骨组织冰冻切片技术，该技术通过多重染色验证，不仅实现了骨组织完整形态的薄切片制备，更显著缩短制片时间并完整保留组织生物学信息，填补了骨组织形态学研究的技术空白。此项突破性技术有望应用于空间转录组测序等前沿领域，为骨科研究和临床诊断提供重要技术支持。
基于技术优势，重点研究低氧诱导因子-α通路激活剂负载的活性生物3D打印支架材料在骨修复中的应用。主持上海市科委等多项科研项目，发表学术论文20余篇，获授权国家发明专利7项，相关成果荣获上海医学科技奖三等奖及《中华骨科杂志》评优论文奖荣誉。
现任德国EXAKT公司中国（北京）技术服务中心技术顾问、国际华人骨研学会会员兼助理、中国老年学和老年医学学会骨质疏松与骨内科分会委员、中国老年学和老年医学学会骨质疏松分会--基础专委会常委兼秘书、中国生物材料学会骨修复与器械分会--骨再生技术研究专业委员会委员兼秘书、中国康复医学会修复重建外科专业委员会--基础与材料组委员兼秘书、上海市中西医结合学会--运动医学专委会委员、中国医药生物技术协会科研实验室建设与管理分会委员等多个学术组织职务，积极推动骨科技术创新与转化。
现任上海市中西医结合防治骨与关节病损重点实验室副主任，上海交通大学医学院附属瑞金医院/上海市伤骨科研究所“骨与关节重大慢性病与罕见病药物研究”课题组组长。上海市东方英才计划拔尖项目、上海市人才发展基金获得者。长期从事骨与关节重大慢性病与罕见病的药物研究，从魏氏伤科等验方出发，开展活性成分的筛选、结构鉴定与改造、靶标发现和作用机制研究，诠释天然药物的化学基础与形成机制。
在科研方面，以第一/通讯作者在Nat Commun、J Med Chem和J Bone Miner Res等国内外学术期刊上发表论文40余篇，获授权国家发明专利10项，主持来自国家自然科学基金委、上海市等各类基金十余项。与多家上市公司/拟上市公司展开长期合作，相关成果已签署了关于开发新型RANKL小分子抑制剂等转让协议，现已进入IND（研究性新药申请）的阶段。 在学术兼职方面，现任中国中西医结合学会骨伤专业委员会委员、中国老年学和老年医学学会骨质疏松分会委员、中国研究型医院学会骨科创新与转化分会委员、上海市中西医结合学会骨伤科分会委员、上海市中西药结合学会骨伤科分会委员、国际华人骨研学会会员等。现任上海市中西医结合防治骨与关节病损重点实验室副主任，上海交通大学医学院附属瑞金医院/上海市伤骨科研究所“纳米修复医学”课题组组长。国家“青年千人计划”入选者、国家重点研发计划青年科学家、上海市千人计划专家、上海市东方学者特聘教授、上海市张江黄浦园科技人才、上海交通大学医学院双百人计划入选者。主要聚焦纳米修复医学，从事骨类疾病、器官损伤、皮肤感染等的生物修复医用材料及分子影像探针的研究。以第一/通讯作者在Natl. Sci. Rev.、Sci. Adv.、Nat. Commun、J. Am. Chem. Soc.等国际顶级期刊发表论文60余篇，总引用1.3万余次，H指数达53。2020年至今连续入选美国斯坦福大学发布的年度“全球前2%科学家”。目前担任Journal of Nanobiotechnology（IF=12.6，中科院一区）副主编。主持来自中组部、国家自然科学基金委、国家重点研发计划青年科学家项目/颠覆性技术创新重点专项课题、上海市等各类基金共10余项。现任上海交通大学医学院青联委员、中国抗癌协会纳米肿瘤学专委会常务青年委员、中国康复医学会修复重建外科专业委员会基础与材料学组委员、第一届中西医学会运动医学专委会委员、上海市核医学会核医学与分子影像专业委员会放药学组委员。曾获得2023年亚太地区《麻省理工科技评论》“35岁以下科技创新35人”（TR35）、Journal of Nanobiotechnology“未来之星奖”（2024年度）、JMCB “新锐科学家”（2023年度）、美国核医学与分子影像协会“未来受关注青年科学家”（即Ones to Watch 2020奖）、“杰出青年学者”(2019年度) 、中美核医学与分子影像协会“青年研究学者”（2017、2018年度）等荣誉称号。
上海市中西医结合防治骨与关节病损重点实验室立足国家战略和健康上海发展重大战略部署，瞄准国际学术前沿，秉承中西医结合特色优势，融合现代科技手段，围绕骨关节病损的精准化诊疗和个性化治疗开展创新研究。致力于提升上海乃至我国骨关节病损防治水平，打造具有显著海派特色的诊疗体系，重点布局以下四大研究方向：
近五年来，上海市中西医结合防治骨与关节病损重点实验室取得显著发展：18人入选国家级和市级人才计划（包括国家中组部“万人计划青年拔尖项目”、“海外高层次人才引进计划青年项目”、“上海市海外高层次人才引进计划—蓄水池项目”）；培养博士后29名，研究生64名，联合培养国内外博士后及研究生78名；每年承接检测标本万余件；
科研项目方面，累计承担国家级项目53项（含国家重点研发项目、国家自然科学基金重点项目等），市局级科研项目150余项（其中人才基金项目30项）。科研成果丰硕：发表学术论文486篇（含Nat Commun、 Cell Death Differ、Adv Mater、 Adv. Funct. Mater.、Adv Sci、J Bone Miner Res等）高水平期刊论文，其中IF大于20分25篇；获省部级和市科技成果奖12项；申请国家发明专利50余项（已授权专利28项，实现转化6项）。
实验室建设成效显著，于2021年、2023年和2024年连续三次荣获瑞金医院“最佳发展团队”称号。
1、代表性研究成果一：从传统治法到现代骨与关节病治疗的创新突破
“健康中国2030规划纲要”、国家及上海市“防治慢性病中长期规划”将高致残率的骨关节及软组织慢性病损（筋骨病）列为重点防控名单。实验室以习近平总书记“注重用现代科学解读中医药学原理，走中西医结合的道路”的号召为指导思想，从魏氏伤科验方出发，侧重于活性成分的筛选、结构鉴定、靶标发现和作用机制研究，诠释天然药物的化学基础与形成机制，构建药源供应保障和药理学评价体系。
课题组围绕魏氏伤科外用药物蒸敷方等经典名方，进行了全面深入的研究。
（1）蒸敷方化学成分的全景分析及活性成分的科学解码对蒸敷方的化学成分系统性分析，成功提取并鉴定了1000余种化学成分，形成了倍半萜类、甾体类等代表性活性天然产物库；构建络石藤活性成分对骨关节炎（OA）的作用网络，发现络石藤活性成分通过调节白介素-17（IL-7）、肿瘤坏死因子（TNF）-信号通路，以及免疫和炎症相关过程延缓OA进展的作用机制，为后续研究提供了物质基础和科学数据。
（2）络石藤有效成分的生物活性机制研究、创新结构设计与性能研究明确了络石藤苷元（TCG）为络石藤的主要活性成份，多水平阐明了TCG通过靶向RANK/RANKL相互作用调控下游关键信号通路，抑制破骨细胞形成、防治骨质疏松和保护软骨细胞、防治OA的机制；引入不同的官能团和侧链并调整其极性基团和脂溶性基团，形成约1000个衍生物的化合物库，优选的2个化合物显示出更强的骨与关节保护效果，活性高安全性能强，与现有临床药物相比优势明显。
（3）以构建的药理学评价体系为理论指导和技术平台，首次提出一种全新的靶向生物体内源性成骨祖细胞用于骨再生治疗的药物开发策略，开发出强效促进骨形成、加速骨折修复的化合物，为新药开发提供了高质量候选分子。相关成果已签署了关于开发新型RANKL小分子抑制剂的转让协议，现已进入IND（研究性新药申请）的阶段。
2、代表性研究成果二：骨稳态及其介导糖代谢的精准调控靶点与新药研发
随增龄而高发的非感染性慢性疾病，已成为影响社会发展的重大公共卫生问题。揭示骨退行性变的发生机制，明确诊治靶点(关键环节)，为自主研发靶向递送技术提供科学依据，是实验室的重点研究内容之一。
课题组围绕骨组织细胞低氧/低氧诱导因子(HIF)-1通路调节骨改建、维持骨稳态作用机制的系列研究，创新性地发现：
（1）激活骨组织细胞低氧/HIF-1通路可促进骨形成激活骨组织细胞HIF-1通路，诱导骨组织血管新生、“偶联”血管与骨形成，介导骨髓基质干细胞（MSCs）成骨性分化，延长骨组织细胞寿命，抑制骨髓单核细胞（BMM）破骨性分化，发挥促进骨形成和改善骨稳态的作用。
（2）泛素特异性蛋白酶（USP）26是维持骨稳态的双向靶标。USP26是HIF-1下游靶基因，USP26作为去泛素化酶，可抑制MSCs的 β-catenin蛋白泛素化降解，进而促进MSCs成骨性分化，并通过维持线粒体稳态对抗与年龄相关的 MSCs 自我更新、多能分化性能的下降；USP26可去泛素化IκBα，阻抑BMM破骨性分化。因此，USP26调控骨形成与骨吸收的双向靶标。
（3）成骨细胞通过HIF-1 / Reg3γ发挥保护胰岛而改善糖代谢的作用激活HIF-1通路不仅促进骨形成，而且可表达并分泌胰岛再生源蛋白-3γ（Reg3γ）至血循环。Reg3γ可抑制损伤的胰岛细胞凋亡、促进其分泌胰岛素，从而参与调控糖尿病状态下的糖代谢，降低血糖水平。提出老年骨组织细胞衰变，是随增龄糖尿病患病率升高的原因之一的新观点。基于低氧/HIF-1通路维护骨稳态的机制，自行研发的新型趋骨性低氧模拟化合物（SF-DFO）、USP26基因药物，以及天然性药物黄芩素，显现出防治骨质疏松、促进骨修复和降低血糖水平的优越疗效。相关成果被评为2022年骨科领域10大重要研究成果；多篇论文为ESI高被引论文；SF-DFO已进入IND阶段。
3、代表性研究成果三：创新性生物医用材料的研发
“研发用于改善、代偿、重建功能障碍的新技术、促进组织再生的新材料”是新时代的要求。实验室从运动系统慢性病（筋骨病）的发病机制和治疗靶点出发，利用先进生物医学工程技术，构建组织修复与再生和功能重建生物材料，形成了系列创新性研究成果，主要体现在：
（1）多功能再生医学材料实现骨、软骨及其软组织修复
静电纺丝技术构建微纳米短纤维或纤维膜；微流控技术构建可注射多孔微球 3D打印技术构建组织再生支架；基于中西医结合理论构建“中国微针”等，开发多功能生物材料。通过改进多类药物（包括中药活性物质）递送，增强组织润滑，调控细胞器互作网络等多种方式，实现骨关节及其软组织的修复、原位诱导再生与功能重建。
（2）纳米材料调节微环境稳态修复骨关节损伤
提出“纳米修复医学”概念。利用纳米材料改进基因、药用化合物、中药活性物质的递送；通过增强渗透和滞留效应，增加药物在靶器官（组织）的积累，实现整体/局部靶向性用药；修复组织微环境，实现骨关节损伤修复。海胆状纳米氧化铈治疗骨关节炎、镁铝氢氧化物纳米颗粒治疗骨质疏松等，疗效显著。
（3）压电生物材料在骨科医学中的创新应用
采用甘氨酸-聚乙烯醇异质结构自组装合成技术，构建的可降解性压电有机薄膜，具有优异的柔韧性、生物相容性及压电感应性能，可精准感知组织的微小生物力学变化，从而推动植入式诊疗设备的材料创新和电刺激材料促进组织修复与再生的应用。
（4）光化学靶向策略治疗耐药菌感染的生物材料开发
通过蓝光激发细菌内源卟啉产生活性氧，从而响应相同波段蓝光于细菌体内产生双氧水和羟自由基，快速杀灭耐药细菌（杀灭率达99%）。以绿原酸为主体，开发在骨髓腔原位成胶，可捕获细菌、平衡炎症、促进骨修复的中草药基水凝胶，实现骨髓炎的全过程修复。相关成果发表高水平SCI论文200余篇，获授权专利16项（转化3项）；10余篇论文入选ESI高被引论文。
4、代表性研究成果四：数字医学在筋骨病诊疗中的应用及创新医疗器械研发
人口老龄化导致的骨关节及软组织病损(筋骨病)以及青少年足踝及脊柱健康问题日益凸显，其防治面临巨大挑战。以人工智能、3D打印为代表的跨界技术与医学的飞速融合与发展，为运动系统病损的中西医结合保守及手术策略提供了全新的方法和手段。通过人工智能、计算机仿真等方法，建立了中西医结合诊疗评价体系、诠释魏氏特色疗法的机理，提出了针对性的运动康复措施及矫治器械的开发策略：
(1)魏氏中医小夹板的创新研发及临床转化
解析魏氏伤科“夹缚”治则的力学机理，结合骨与关节动力学特征，形成了“动”-“静”结合治疗运动损伤的新模式，实现了治伤手法标准化、科学化；在该机理导引下，以创成式结构优化算法及3D打印技术改进了传统魏氏“小夹板”，疗效经多中心随机对照临床试验得到印证，现已在临床大面积推广。
(2)AI驱动的预验性康复支具的设计及评估策略
提出Swin-X2CT深度学习算法，实现了端到端的正交2D X光图像直接分割并重建3D骨骼，结合人工智能和有限元分析技术，形成“人体力学试验-逆向动力学-正向运动学”的预验性康复支具设计和评估方法，使支具在个性化3D打印前即可预知矫形效果，实现了支具设计的标准化和科学化，目前已完成200名脊柱侧弯患者及近千名足病患者的个性化支具定制。
(3)重度脊柱侧弯植入级磁控渐进矫形系统的开发
针对需多次手术的重度脊柱侧弯传统生长棒方案，开发出仅需单次手术，术后基于相控磁场技术，即可实现长效、无创矫形的创新性方案。避免了多次手术带来的身心及经济负担，可从根本上替代传统生长棒方案。开发的“小夹板”、脊柱侧弯支具等保守治疗器械申请12项专利(授权4项，实审8项)、获13项软件著作权、多张一、二类医疗器械注册证，并获中华、上海中医药科技进步奖2项及产医融合转化类比赛奖项，现已在临床广泛应用；植入级侧弯矫形系统获多个创新创业计划的认可与支持，具有极大的临床转化前景。
上海市中西医结合防治骨与关节病损重点实验室
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