双重基质金属酶响应性智能材料递送miRNA再生椎间盘

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    81871772
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    58.0万
  • 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:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The chronic diseases such as intervertebral disc degeneration (IDD) frequently start from a long-term and gradual pathological changes inside tissues. Excessive matrix metalloproteinases (MMPs) contributes to adverse tissue remodeling during this process. Sustainable and on-demand microRNA delivery to inhibit the process is presumably a promising treatment strategy. Herein, toward this aim, we explore to develop matrix metalloproteinase (MMP)-responsive hydrogels as the reservoir for on-demand release of the miRNA polyplexes to realize a long-term treatment considering the significantly overexpressed MMPs during IDD. Specifically, the MMP-cleavable cationic block copolymer, poly(ethylene glycol)-GPLGVRG-poly{N´-[N-(2-aminoethyl)-2-aminoehtyl] aspartamide}-cholesteryl (PGPC), was designed to complex miRNA as a nanocarrier via formation of polyplex micelles, which were further encapsulated into the MMP-responsive PEG hydrogels inside discs with an injectable manner. The novel smart polyplex micelles in responsive hydrogels (miRNA/PGPC@HG) showed two-stage delivery of miRNA into nucleus pulposus cells for sustainable and on-demand silence of MMP. Polymer/miRNA polyplexes micelles were first released from PEG hydrogels under the cleavage of MMP and distributed in the target tissues; and subsequently, detachment of PEG shells from polyplexes micelles by MMP contributes to improved cellular uptake and intracellular delivery of miRNAs. This two-stage bioresponsive local delivery of miRNA is verified to functionally inhibit fibrosis and reverse IDD in a sustained and on-demand fashion, which possesses great potentials for the treatment of IDD.
基质金属蛋白酶(MMPs)表达水平的动态变化是椎间盘退变的关键因素。miRNA为椎间盘再生提供了新的手段,但缺乏作用持久、剂量准确的给药手段。为此,我们设计了双重MMPs响应性智能生物材料:利用嵌段共聚物PEG-GPLGVRG-PAsp(DET)-Chole(PGPC)作为载体,通过水凝胶包裹,其中PGPC和水凝胶均含有可被MMPs特异性剪切的肽段GPLGVRG。该材料可感受环境中的MMPs浓度,智能反馈性释放miRNA:当MMPs浓度大于设定的阈值,水凝胶可逐渐降解释放PGPC和miRNA复合物;随后PGPC被MMPs剪切去掉PEG壳层递送miRNA至细胞内,调节MMPs的表达直至恢复正常水平。我们前期工作基础表明该体系具有靶向性好,两阶段按需释放等特点。本项目将在此基础上进一步探讨通过智能生物材料控释miRNA的规律和分子机理,为椎间盘退变治疗提供新思路。

结项摘要

背景:椎间盘退行性变(IDD)常导致慢性下腰痛,甚至致残,已成为目前社会的巨大健康问题和医疗负担。随着各种生物治疗技术的发展,生长因子治疗、细胞治疗以及基因治疗在内的各种其他治疗方法为我们提供了修复椎间盘的新思路。既往研究表明,IDD与基质金属蛋白酶(MMPs)的表达增加密切相关,过度表达的MMPs导致纤维化侵袭,显著降低了基质的完整性,促进其降解,从而加速了椎间盘的退变并抑制了再生。因此,持续抑制基质降解和纤维化可能是治疗椎间盘退变的有效策略。而目前诸多对于miRNA影响椎间盘退变的研究发现,多种miRNA主要通过作用于细胞凋亡、炎症信号反应、细胞外基质(extracellular matrix,ECM)成分等环节参与影响椎间盘退变。于是课题组拟设计一种新型响应递送系统,通过响应外部MMPs水平的变化智能提送治疗作用的miRNA到退变椎间盘靶点,实现对椎间盘退变的精准治疗。.主要研究内容:课题组拟设计一种新型MMPs响应型 miRNA智能递送系统,通过外部响应炎症MMPs信号,分阶段地精准递送具有治疗作用的miRNA小分子,对椎间盘退变起到治疗作用。.重要结果及关键数据:课题组合成了有巯基的 CGPLGVRGC肽段及八臂-PEG-马来酰亚胺混合的miRNA/PGPC/水凝胶MMPs响应型 miRNA智能递送系统,并验证了其缓释miRNA的效果,在体外及体内证实该缓释载体的有效性及准确性。通过针对mirBase/Targetscan的生物信息学分析,再结合双荧光报告基因测定,证实了miR-29a通过结合MMP-2的mRNA 3'非编码区以直接调节MMP-2的蛋白表达。通过PGPC装载miRNA-29a转染含过量转化生长因子-β1(TGF-β1)刺激纤维化的髓核细胞,验证下游椎间盘退变相关基因(II型胶原,蛋白多糖)以及纤维化相关基因(I型胶原,α-SMA)的表达,证实了该系统能灵敏响应外部MMPs水平并精准递送miR-29a从而一定程度抑制椎间盘纤维化。.科学意义:本项目为椎间盘退变的基因治疗提供一个高效安全的非病毒载体PGPC聚离子复合物,为目前临床基因治疗开拓了新的思路,为治疗椎间盘退变提供新的选择与解决办法。

项目成果

期刊论文数量(11)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Treatment outcomes of injectable thermosensitive hydrogel containing bevacizumab in intervertebral disc degeneration.
含有贝伐珠单抗的可注射热敏水凝胶治疗椎间盘退变的结果
  • DOI:
    10.3389/fbioe.2022.976706
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 通讯作者:
    Liu, Liming
Posterior hemivertebral resection for upper thoracic congenital scoliosis: be aware of high risk of complications
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  • DOI:
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  • 发表时间:
    2019-01-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF PEDIATRIC ORTHOPAEDICS-PART B
  • 影响因子:
    1.1
  • 作者:
    Huang, Yong;Feng, Ganjun;Zhou, Zhongjie
  • 通讯作者:
    Zhou, Zhongjie
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MicroRNA-101-3p通过STC1/VEGF/MAPK通路对椎间盘退变的调节作用
  • DOI:
    10.1155/2021/1073458
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Oxidative medicine and cellular longevity
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Wang J;Huang L;Yang X;Zhu C;Huang Y;He X;Shi K;Wang J;Feng G;Liu L;Song Y
  • 通讯作者:
    Song Y
水凝胶再生修复退变椎间盘的研究进展
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    宋跃明
微RNA在椎间盘退变中的研究进展
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    宋跃明

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其他文献

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    --
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  • 通讯作者:
    宋跃明
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  • 通讯作者:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    李坛珠
Does spinal deformity correction of non-dystrophic scoliosis in neurofibromatosis type I with one-stage posterior pedicle screw technique produce outcomes similar to adolescent idiopathic scoliosis?
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  • DOI:
    10.1016/j.spinee.2017.06.011
  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    吕秋男;周春光;宋跃明;刘立岷;汪雷;周忠杰
  • 通讯作者:
    周忠杰

其他文献

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生物能量活性支架复合水凝胶再生椎间盘
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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

        graph TD
          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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