检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：梁万元中国人民解放军陆军军医大学

学位级别：硕士

背景我国每年约有600万人遭受着骨缺损或者骨功能障碍带来的痛苦,其中约400万的患者需要进行骨移植治疗。目前,骨移植材料普遍存在成骨活性不足的问题。为解决该难题,课题组前期提出了一种新型组织工程骨策略——基质依赖型组织骨(matri... 详细信息

背景我国每年约有600万人遭受着骨缺损或者骨功能障碍带来的痛苦,其中约400万的患者需要进行骨移植治疗。目前,骨移植材料普遍存在成骨活性不足的问题。为解决该难题,课题组前期提出了一种新型组织工程骨策略——基质依赖型组织骨(matrixbased tissue engineering bone,M-TEB),该策略是采用冻干等方式去除骨支架材料上种子细胞的活性,但保留种子细胞来源的细胞外基质,构建得到具有骨诱导生物活性的组织工程骨材料。M-TEB具有取材容易、存储运输方便、低免疫原性和良好骨诱导能力等优点,但也面临着在植入体内初期血供不足,成骨能力低等问题。骨髓间充质干细胞作(bone mesenchymal stem cells,BMSCs)作为骨组织工程中最常用的种子细胞,其在成骨分化过程中伴随着各种细胞因子、生长因子等的表达和分泌,这些因子在骨重建过程中发挥着重要作用。BMSCs对机械刺激敏感,特定外部机械负荷可以指导BMSCs成骨谱系分化。因此,可通过加载特定外部机械负荷的方式调控BMSCs成骨谱系分化,进而调节BMSCs中特定因子的表达和分泌。循环压缩应力(cyclic axial compression stress,CACS)是一种应力幅度周期性循环变化且轴向加载的压缩应力,已被部分研究用于指导间充质干细胞谱系分化。本研究选取CACS作为M-TEB构建过程中BMSCs生长所受的外部机械负荷,提出通过在M-TEB构建过程中引入该应力以实现增强M-TEB骨再生能力的策略,并优化出适合BMSCs成骨分化的CACS加载方案和探究该应力发挥作用的具体机制。破骨细胞前体(preosteoclasts,POCs)是未成熟的破骨细胞,其分泌的PDGF-BB已被证明在骨重建过程中促进新血管生成以及新骨形成。又课题组前期研究发现,BMSCs、POCs按照10:1比例共同作为种子细胞,在静态条件构建的M-TEB相比基于BMSCs的M-TEB表现出更好骨缺损修复能力。破骨细胞同样也被证实对外界机械刺激敏感,外界的机械负荷刺激会对其生长、分化造成影响。因此,本研究进一步在三维动态培养条件下构建BMSCs/POCs来源的M-TEB,并探讨该材料骨再生能力和CACS在构建该材料过程中发挥的作用及机制。方法(1)本文通过观察CACS的频率、幅度、单次连续作用时间以及连续培养天数等参数对BMSCs中成骨相关基因表达量的影响,优化出适合BMSCs成骨谱系分化的应力加载方案。(2)在三维静态或三维动态培养条件下构建BMSCs来源M-TEB,分别记为B＿MTEB、B(+)＿M-TEB;构建大鼠股骨临界骨缺损模型来评价各组M-TEB的骨再生能力;通过转录组测序等分析CACS对三维培养BMSCs的影响,并探讨B(+)＿M-TEB骨再生能力优于B＿M-TEB的潜在机制。(3)在三维动态或者三维静态培养条件下构建基于BMSCs/POCs的M-TEB,分别记为B/P(+)＿M-TEB、B/P＿M-TEB;通过测定B(+)＿M-TEB、B/P＿M-TEB、B/P(+)＿MTEB三组材料中VEGFA、PDGF-BB蛋白浓度等实验以评价三组材料的骨再生能力;利用实时荧光定量PCR试验、免疫印迹试验和酶联免疫吸附法等方法研究CACS增强B/P(+)＿M-TEB骨再生能力的具体机制。结果(1)适合BMSCs成骨分化的CACS加载方案为:频率1.0 Hz、幅度10 k Pa的CACS,按照4 h/d进行加载,持续加载14 d。(2)B(+)＿M-TEB相比B＿M-TEB在大鼠股骨临界骨缺损模型中表现出更好的骨缺损修复能力;BMSCs受到CACS作用后,细胞中磷酸化p38蛋白表达量显著上调(P<0.001),进而激活p38 MAPK通路;BMSCs中p38 MAPK通路的激活增强该细胞中VEGFA基因和蛋白表达,并最终提高B(+)＿M-TEB中VEGFA蛋白负载量;B(+)＿M-TEB来源的条件培养基相比另外两组条件培养基表现出更强促进EPCs迁移、增殖和BMSCs成骨分化的作用。(3)B/P(+)＿M-TEB中VEGFA和PDGF-BB浓度显著高于B(+)＿M-TEB、B/P＿MTEB(P<0.05,P<0.001;P<0.0001,P<0.0001),并且在大鼠股骨临界骨缺损模型中表现出更好的促进骨缺损修复的作用;在B/P(+)＿M-TEB构建过程中,CACS抑制POCs破骨分化,但上调其PDGF-BB基因和蛋白的表达,并通过激活BMSCs中p38 MAPK通路以增强细胞中VEGFA表达;同时POCs分泌的PDGF-BB作用于BMSCs,协同于CACS促进BMSCs中VEGFA表达。结论本研究优化得到适合BMSCs成骨谱系分化的CACS加载方案。对于BMSCs来源M-TEB

关键词：基质依赖型组织工程骨骨再生骨髓间充质干细胞循环轴向压缩应力血管内皮生长因子A 血小板衍生生长因子-BB

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循环轴向压缩应力增强基质依赖型组织工程骨骨再生能力的研究

引用

生物骨科材料与临床研究 2022年第5期19卷 1-8页

作者：梁万元胡文辉丁海滨李建美董世武陆军军医大学生物医学工程与影像医学系生物医学材料学教研室组织工程发改委国家-地方联合工程实验室重庆400038

目的研究循环轴向压缩应力(CACS)对基质依赖型组织工程骨(M-TEB)骨再生能力的影响。方法首先,在构建静态M-TEB过程中加载CACS,得到动态M-TEB;然后,对各组M-TEB进行表征,并构建动物模型来评价其骨再生能力;最后,通过转录组测序探究CACS... 详细信息

目的研究循环轴向压缩应力(CACS)对基质依赖型组织工程骨(M-TEB)骨再生能力的影响。方法首先,在构建静态M-TEB过程中加载CACS,得到动态M-TEB;然后,对各组M-TEB进行表征,并构建动物模型来评价其骨再生能力;最后,通过转录组测序探究CACS对骨髓间充质干细胞(BMSCs)基因表达的影响,并研究M-TEB来源条件培养基对内皮祖细胞(EPCs)迁移、增殖和对BMSCs成骨分化的影响。结果①动态M-TEB组在骨缺损区有更多新骨生成,且骨体积分数和骨密度均显著优于假手术组和静态M-TEB组(P均<0.01);②前30个有显著差异(q<0.01)的基因本体论(GO)术语主要涉及MAPK通路、细胞凋亡和血管生成等,且差异基因VEGFA在这些GO术语中出现频次最高(28次);③相比静态M-TEB来源条件培养基,动态M-TEB来源条件培养基具有更强的促进EPCs迁移、增殖和BMSCs成骨分化的作用(P均<0.05),阻断实验证实VEGFA在其中发挥重要功能。结论CACS促进BMSCs表达和分泌VEGFA,提高动态M-TEB中VEGFA浓度,最终增强其在大鼠股骨缺损模型中的骨再生能力。

关键词：基质依赖型组织工程骨循环轴向压缩应力骨髓间充质干细胞血管内皮生长因子A

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