Mechanical Regulation of Cell Fate and Multi-Scale Function in the Developing Meniscus
半月板发育中细胞命运和多尺度功能的机械调节
基本信息
- 批准号:10589080
- 负责人:
- 金额:$ 52.37万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2019
- 资助国家:美国
- 起止时间:2019-04-01 至 2025-02-28
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:AddressAdultBackCell Differentiation processCell ExtractsCell Fate ControlCell physiologyCellsCuesCustomData SetDense Connective TissueDeteriorationDevelopmentDevicesEnvironmentEvaluationExcisionExtracellular MatrixExtracellular Matrix ProteinsFeedsFosteringFunctional RegenerationHeterogeneityIn SituIn Situ HybridizationInjuryInterventionJointsKneeKnowledgeLabelLasersMechanicsMeniscus structure of jointMicrofluidicsMotionMusNaturePatientsPhenotypePhysical environmentPlayPopulationProcessProtein-Lysine 6-OxidaseRegulationReporterRoleSeriesSpecific qualifier valueStructureSynovial jointSystemTechniquesTestingTimeTissuescartilaginouscrosslinkhealinginsightjoint loadingmechanical forcemechanical propertiesmechanical signalmeniscus injurymouse modelnovelpostnatalprogenitorregenerativeregenerative approachresidenceresponsesciatic nervestem cells
项目摘要
Abstract
The meniscus plays a vital role in healthy knee function. However, given the centrality of this tissue in load
transfer and the demanding physical environment, injury is common and healing in adults is limited. The
current lack of regenerative solutions for knee meniscus injury arises, in part, from the significant gap in our
understanding of the cellular origins and regulation of meniscus tissue during development. While it is well
appreciated that the meniscus arises from a specialized progenitor cell population that first defines the forming
synovial joint (interzone cells), the regulation and timing of the differentiation of these cells, their phenotypic
heterogeneity, the type and timing of matrix that these cells produce within defined intervals, how this matrix
matures and feeds back to influence cell function and fate, and the role of active mechanical forces (that begin
during the first stages of joint motion), remain poorly understood. To address these limitations, this proposal
uses a series of novel mouse models and micro-scale experimental techniques to investigate the origin and
track the fate and function of cells that comprise the mature meniscus. We will also define the time-evolving
structural and mechanical features of the developing matrix, and query the role of joint loading and cellular
response to mechanical inputs in this developmental paradigm. Our central hypothesis is that a common pool
of meniscal progenitor cells arises from the interzone, that these cells are acted on by microenvironmental
cues defined by early matrix assembly and active mechanical signals (that arise with joint loading), and that
these inputs act together to refine and direct meniscus maturation, enabling its adult function.
抽象的
半月板在健康的膝关节功能中起着至关重要的作用。然而,考虑到该组织在负载中的中心地位
由于转移和苛刻的物理环境,成人受伤很常见,愈合也很有限。这
目前缺乏针对膝关节半月板损伤的再生解决方案,部分原因是我们的技术存在巨大差距。
了解半月板组织在发育过程中的细胞起源和调节。虽然还好
认识到半月板起源于一种专门的祖细胞群,该祖细胞群首先定义了形成
滑膜关节(区间细胞),这些细胞分化的调节和时间,它们的表型
异质性,这些细胞在规定的时间间隔内产生的基质的类型和时间,该基质如何
成熟并反馈影响细胞功能和命运,以及主动机械力的作用(开始
在关节运动的第一阶段),仍然知之甚少。为了解决这些限制,本提案
使用一系列新颖的小鼠模型和微型实验技术来研究起源和
追踪构成成熟半月板的细胞的命运和功能。我们还将定义随时间演化的
开发矩阵的结构和力学特征,并查询联合载荷和细胞的作用
在这种发展范式中对机械输入的反应。我们的中心假设是一个公共池
半月板祖细胞产生于带间区,这些细胞受到微环境的作用
由早期矩阵组装和主动机械信号(随着关节负载而产生)定义的线索,并且
这些输入共同作用,以完善和指导半月板的成熟,从而实现其成年功能。
项目成果
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