據Advanced Science News報導，通常來說，細菌會在受傷、手術後或經由血液感染骨骼。雖然這些受感染通常可用抗生素治療，但往往無法完全消滅所有的病原體，導致感染反覆發作，並妨礙受損骨組織的恢復。
研究作者在《先進科學》（Advanced Science）期刊中指出「感染的骨缺損是骨科臨床中最持久且具破壞性的後果之一」。
因此研究人員著手開發一種新療法，目的在于防止細菌殺死並破壞位於骨髓中的幹細胞，這些細胞負責修復骨骼。他們首先對引起骨骼感染最常見的病原體金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）進行研究。
金黃色葡萄球菌難以治療的原因之一是它能夠通過躲藏在骨幹細胞中逃避抗生素。然而，它如何殺死這些細胞的確切機制此前仍然未知。
研究人員發現，金黃色葡萄球菌通過一種稱為鐵死亡（ferroptosis）的過程感染並殺死骨細胞。鐵死亡是一種「程序性細胞死亡」，其中細胞內的鐵含量上升，指示細胞自我毀滅。而作者更指出，「這些發現表明，針對細菌引起的鐵死亡可以顯著促進受感染骨缺損的再生」。
因此，根據這些結果，研究人員設計了一種生物材料，能同時阻止鐵死亡並促進新骨組織的生長。他們首先使用可生物降解的玻璃並3D列印了一個骨幹細胞可生長的支架。
這種類型的材料具有類似於骨骼的多孔結構，為新的骨細胞生長並形成新骨提供基礎。隨著細胞取代生物玻璃並再生骨骼結構，這種材料會釋放對癒合過程有益的化學物質。
類似的3D列印生物活性玻璃骨移植物已獲得美國食品藥品監督管理局（FDA）的批准，並在治療骨折方面取得了成功。然而，僅憑這種材料尚無法完全清除骨骼感染。
為了對抗細菌感染，研究人員將生物玻璃支架加載了一種凝膠狀材料，該材料包含抗菌化合物和另一種阻止鐵死亡的化合物。這種凝膠設計為能夠保留這些化合物，並僅在偵測到細菌時釋放，這是由細菌產生的化學物質引發的反應。這使得3D列印的植入物只在需要時啟動作用，並在幾週內持續發揮作用。
在實驗中，研究人員在小老鼠中實驗植入支架，科學家發現骨中的細菌數量在第三天開始減少，並在一週後檢測不到細菌。兩週後，這種生物材料完全降解，骨組織在六週後開始癒合。
相比之下，接受相同3D列印支架但未含抗菌和抗鐵死亡化合物的小鼠，其細菌數量沒有減少，並且無法癒合。
然而，在進入臨床應用之前，仍需要進行更多工作，包括毒性測試以確保材料對人體安全。
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