礦化膠原調控骨髓間充質幹細胞的成骨分化研究

《礦化膠原調控骨髓間充質幹細胞的成骨分化研究》是依託清華大學，由仇志燁擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：礦化膠原調控骨髓間充質幹細胞的成骨分化研究
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：仇志燁
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

臨床上不同原因導致的各類骨缺損十分常見，隨著醫學的不斷發展，傳統的骨填充/替代材料已不能滿足臨床要求。理想的骨修復材料不僅應具備良好的引導骨組織再生能力，材料本身還應具有成骨誘導活性，以刺激新骨再生，促進骨缺損修復。礦化膠原是通過體外仿生礦化技術構建的仿生骨修復材料，具有與天然骨基質一致的化學成分和微觀結構，能夠引導骨組織再生，修復骨缺損。本項目基於我課題組對礦化膠原的長期研究積累，提出對礦化膠原調控骨髓間充質幹細胞（bMSCs）的成骨分化作用展開探索。本項目中，通過與納米羥基磷灰石促bMSCs成骨作用對比，研究礦化膠原的成骨誘導活性；研究礦化膠原的有機/無機組分比例對bMSCs成骨分化的調控作用；以及對該調控作用的相關信號通路展開初步探討。本研究將有助於闡明礦化膠原的組分比例對bMSCs成骨分化的調控作用，指導材料成骨誘導活性的最佳化設計，並初步揭示礦化膠原的成骨誘導活性機理。

結題摘要

項目的背景：骨科臨床對骨修復材料的需求量大且要求很高，理想的骨修復材料不僅應具備良好的引導骨組織再生能力，材料本身還應具有成骨誘導活性，以刺激新骨再生，促進骨缺損修復。礦化膠原是通過體外仿生礦化技術構建的仿生骨修復材料，具有與天然骨基質一致的化學成分和微觀結構，能夠引導骨組織再生，修復骨缺損，然而其相關機理尚不清楚。本項目基於我課題組對礦化膠原的長期研究積累，提出對礦化膠原調控人骨髓間充質幹細胞（hbMSCs）的成骨分化作用展開探索，初步揭示這種仿生材料的成骨活性機理。 主要研究內容：1、製備礦化膠原和納米HA材料，並在兩種材料上進行hbMSCs的培養，對細胞的成骨分化展開對比研究，重點觀察細胞在材料上的形態以及定量檢測鹼性磷酸酶的活性，證明礦化膠原的成骨誘導活性。2、對礦化膠原和納米HA兩種材料上培養的hbMSCs進行基因晶片檢測，研究礦化膠原促進hbMSCs成骨分化的機理；通過基因本體分析，得到不同組別材料上細胞的差異表達基因；並通過KEGG通路分析，探索相關信號通路。3、對體外仿生礦化技術進行最佳化設計，製備出不同理化特性的礦化膠原材料。 重要結果、關鍵數據及其科學意義：1、通過與納米HA材料的對比研究，證明膠原/納米HA有序排列複合而成的礦化膠原材料比單純的無機HA陶瓷更有利於hbMSCs的貼附和增殖，並能夠上調ALP活性表達，從而對hbMSCs成骨分化具有更好的促進作用。2、通過基因晶片技術對礦化膠原材料調控hbMSCs成骨分化的相關信號通路展開研究，定量檢測出材料對hbMSCs基因表達上調和下調的作用，獲得細胞活性表達的相關信號通路，並對有代表性的成骨相關差異表達基因展開分析，初步揭示了仿生礦化膠原人工骨材料的成骨誘導活性機理。3、根據礦化膠原材料對hbMSCs成骨分化的調控作用，結合材料製備技術的改進和最佳化，製備出具有不同微觀結構和理化性狀的成骨誘導功能性仿生礦化膠原材料。通過本項目研究有助於闡明仿生礦化膠原材料對hbMSCs成骨分化的調控機理，並進一步指導材料的最佳化設計。