外泌体功能化的仿ECM凝胶介导增殖/抗炎修复软骨缺损

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    81802144
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    21.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    H0604.骨、关节、软组织损伤与修复
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Cartilage defects and degeneration highly associated with osteoarthritis are commom in orthopedics. Tissue engineering represents a promising method to solve this problem. In our previous study, dextran-gelatin hydrogels and 3D printed nanocomposite scaffolds based from gelatin nanoparticles were prepared for application in cartilage tissue engineering. Simultaneously, synovium-derived mesenchymal stem cells and induced pluripotent stem cells were also evaluated for application in tissue engineering. Compared with the cell-based therapies above, the cell-free therapy shows lower risks in exogenous cell proliferation, differentiation, mutation or other issues. Therefore, the cell-free therapy for cartilage regeneration will be proposed in this study. We propose to fabricate exosome-functionalized ECM-like hydrogels using three dimensional additive manufacturing technology for cartilage repair, which may facilitate cartilage regeneration and modulate immune reactivity. Subsequently, the cellular processes modulated by iPSC exosomes will be further studied and the mechanism of action underlying the exosome-mediated responses in cartilage repair will be illustrated. The expression of PI3K-Akt pathway related factors in the process of cartilage regeneration will be analyzed to explore the molecular mechanism of chondrocyte proliferation and inhibition of apoptosis. Then the immune reactivity modulated by iPSC exosomes through NF-κB signaling and the inhibition of cartilage extracellular matrix degradation through MAPKs pathway will be investigated to reveal the molecular mechanism of exosome-mediated cartilage dynamic balance. Together, the aim of this study is to confirm the role of exosome-functionalized ECM-like hydrogels in the process of cartilage repair and clarify the biological molecular mechanism of chondrocyte proliferation and immune reactivity.
关节软骨缺损及退变是一种常见的骨科疾病,常伴随骨关节炎的发生。组织工程为软骨修复提供了基础。在之前的研究中,本项目组制备了用于软骨组织工程再生的葡聚糖-明胶水凝胶和明胶纳米微球基3D打印支架。同时,本项目组也培养了滑膜间充质干细胞和诱导多潜能干细胞用于组织修复。与细胞策略相比,无细胞疗法不存在外源性细胞增殖、分化、突变等问题,具有更低的安全风险。因此,本研究提出无细胞的组织再生策略,拟构建外泌体功能化的仿ECM凝胶用于修复软骨缺损,既考虑促进软骨再生,也考虑调控炎症反应。同时,我们希望探究iPSC外泌体在软骨修复过程中的双重作用,一方面调控PI3K/Akt信号通路促进软骨细胞增殖、抑制凋亡,另一方面通过NF-κB信号减少炎症反应,调控MAPKs信号通路抑制细胞外基质降解,恢复和维持软骨动态平衡。最终证实外泌体功能化的仿ECM凝胶用于修复软骨缺损的应用价值,并明确其修复软骨的生物学分子机制。

结项摘要

关节软骨缺损及退变是一种常见的骨科疾病,常伴随骨关节炎的发生。组织工程为软骨修复提供了基础。本项目组制备了用于软骨组织工程再生的葡聚糖-明胶水凝胶和明胶纳米微球基3D打印支架。同时,本项目组培养人成纤维细胞,通过病毒感染重编程诱导为多潜能干细胞(iPSC)。建立的iPSC表达多能性细胞表面标志物、体外可以多向诱导分化,体内向三个胚层诱导分化,可用于组织修复。与细胞策略相比,无细胞疗法不存在外源性细胞增殖、分化、突变等问题,具有更低的安全风险。我们用iPSC外泌体替代诱导多潜能干细胞,发挥等同于干细胞的巨大再生能力来促进软骨修复。构建的外泌体功能化的仿ECM凝胶用于修复软骨缺损,既促进软骨再生,也调控炎症反应。体外实验证实iPSC外泌体通过内吞途径将iPSC内容物水平传递到软骨细胞,包括功能蛋白、信使mRNA、miRNA等,进而调控下游PI3K/Akt和NF-κB,MAPKs信号通路,发挥增殖/抗炎双重作用促进软骨缺损的修复。实验证实外泌体功能化的仿ECM凝胶用于修复软骨缺损的应用价值,并明确其修复软骨的潜在传递机制。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
无细胞外泌体疗法促进软骨修复的研究进展
  • DOI:
    10.3760/cma.j.issn.1001-9030.2019.08.059
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    中华实验外科杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘嘉;潘建锋;陈维华
  • 通讯作者:
    陈维华
In situ forming hydrogel of natural polysaccharides through Schiff base reaction for soft tissue adhesive and hemostasis
席夫碱反应原位形成天然多糖水凝胶用于软组织粘合和止血
  • DOI:
    10.1016/j.ijbiomac.2020.01.005
  • 发表时间:
    2020-03-15
  • 期刊:
    INTERNATIONAL JOURNAL OF BIOLOGICAL MACROMOLECULES
  • 影响因子:
    8.2
  • 作者:
    Liu, Jia;Li, Jun;Pan, Jian-feng
  • 通讯作者:
    Pan, Jian-feng
Acellular nerve grafts supplemented with induced pluripotent stem cell-derived exosomes promote peripheral nerve reconstruction and motor function recovery.
补充诱导多能干细胞来源的外泌体的脱细胞神经移植物促进周围神经重建和运动功能恢复
  • DOI:
    10.1016/j.bioactmat.2021.12.004
  • 发表时间:
    2022-09
  • 期刊:
    Bioactive materials
  • 影响因子:
    18.9
  • 作者:
    Pan J;Zhao M;Yi X;Tao J;Li S;Jiang Z;Cheng B;Yuan H;Zhang F
  • 通讯作者:
    Zhang F
Moist-Retaining, Self-Recoverable, Bioadhesive, and Transparent in Situ Forming Hydrogels To Accelerate Wound Healing
保湿、可自我恢复、生物粘附和透明原位形成水凝胶可加速伤口愈合
  • DOI:
    10.1021/acsami.9b17180
  • 发表时间:
    2020-01-15
  • 期刊:
    ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Li, Jun;Yu, Fan;Pan, Jian-Feng
  • 通讯作者:
    Pan, Jian-Feng

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其他文献

关节软骨原位再生研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    国际骨科学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    潘建锋;郭常安;阎作勤
  • 通讯作者:
    阎作勤

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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