植入体表面微结构对细胞成骨相关行为的调控及分子机制

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11902090
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    28.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A1002.多尺度力学生物学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The attachment, spreading, and differentiation of cells affected by implant interface microtopography is closely related to the result of bone-implant integration. It was reported that osteogenic differentiation and bone regeneration can be enhanced when cells grow on a surface with topographies that can promote cells attachment and spreading. However, little is known about the signaling pathways and underlying intracellular mechanisms involved in the microtopography-mediated cell responses to different interfacial microstructures on implant materials. Hippo/YAP pathway has been found to play important roles in cell growth, differentiation and was one of the nuclear relays of mechanical signals exerted by ECM properties. Our preliminary work showed that the expression level and activity of YAP was increased in MC3T3-E1 cells grown on surface with specific microstructure that can promote cells spreading and osteogenesis. Also we found that YAP was mostly localized in nuclei at MC3T3-E1 cells with strong actomyosin contractility. There were also reports that cytoplasmic shuttling YAP can be as co-activator of Runx2 to regulate bone formation. These all remind us that YAP may be involved in the process of physical microtopography affecting the osteogenic differentiation of cells. Thus,this project intends to further research the optimal microstructure characteristics that promote osteogenic differentiation of cells by in situ construction of microstructure on implant surface, explore the mechanism of YAP/TAZ pathway sensing signals of microtopography to regulate osteogenesis. This work is expected to provide new ideas for novel biomimetic design and the optimization of orthopedic implant products.
植入体表面微结构对细胞粘附、分化的影响将直接关系到骨-植入体界面的骨整合效果。有报道易于细胞粘附铺展的界面微结构可促进成骨,提升骨再生效果,但成骨细胞响应微结构所涉及的信号转导机制仍不明确。Hippo/YAP通路在细胞生长、分化及胞外力学信号向胞内传递过程中扮演重要角色。我们前期结果也显示,在促进铺展的界面微结构上MC3T3-E1细胞YAP表达及活性升高,更易发生成骨向分化;且细胞骨架更有序排列时,YAP激活入核增加。也有报道YAP可作为成骨关键蛋白Runx2的共激活因子调节骨形成。这些都提示YAP很可能参与介导成骨细胞对界面微结构的响应。本项目拟在已有基础上通过在植入材料表面原位构建微结构,探究促细胞成骨向分化的最优微结构特征,对YAP/TAZ感应胞外力学信号,参与植入材料界面微结构促进细胞成骨向分化过程的机制问题进行探索,为植入体表现仿生技术的发展和骨科植入体产品性能优化提供新思路。

结项摘要

骨植入材料界面与在体组织的骨整合对植入体治疗成败有决定性作用。易于细胞粘附铺展的材料界面微结构可促进成骨,提升骨再生、骨整合的效果。然而,细胞响应不同界面微结构所涉及的信号转导机制仍不明确。深入系统地探讨内在机制可为植入材料表面微结构的优化设计提供分子水平的理论指导,为骨科植入物材料表面生物活化提供重要方法。本研究通过材料学、细胞及分子生物学、影像学等方法在常用骨植入材料钛合金表面原位构建微结构,以YAP/TAZ为切入点,对促细胞成骨向分化的微结构、植入材料界面微结构促进细胞成骨向分化过程的机制问题进行了深入的探索。项目主要完成了以下几部分的内容:1)利用飞秒激光技术在Ti6Al4V材料表面构建微结构,并探索了不同微结构对细胞成骨过程的影响;2)阐明Hippo通路在植入体表面微结构影响细胞成骨向分化过程中的作用、信号转导途径及响应机制;3)力学刺激对骨重建的影响机制;4)对非平面植入体材料表面微结构加工装置和力学加载细胞培养皿装置进行了研发。同时依托本项目,从骨修复骨整合的预防角度出发,拓展研究了异常骨结构的形态和力学性能。本项目已发表SCI收录论文5篇(其中Q1区3篇),中文核心期刊论文2篇,会议论文3篇;已授权国家发明专利1项并荣获第二十三届中国专利优秀奖。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(3)
专利数量(2)
多尺度分析骨质疏松大鼠骨微结构变化
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
    医用生物力学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    岑海鹏;宫赫;李晨晨;张莹莹;张琪;李喜通
  • 通讯作者:
    李喜通
Incorporating strategy in hybrid surgery for continuous two-level cervical spondylosis from a biomechanical perspective
从生物力学角度探讨连续两节段颈椎病混合手术的策略
  • DOI:
    10.1016/j.cmpb.2022.107193
  • 发表时间:
    2022-10
  • 期刊:
    Computer Methods and Programs in Biomedicine
  • 影响因子:
    6.1
  • 作者:
    Beichuan Tang;Jiemeng Yang;Yingying Zhang;Xianjun Ren;Tao Jiang;Zhongjun Mo;Yubo Fan
  • 通讯作者:
    Yubo Fan
Prediction of Femoral Strength Based on Bone Density and Biochemical Markers in Elderly Men With Type 2 Diabetes Mellitus.
基于骨密度和生化标志物预测患有 2 型糖尿病的老年男性股骨强度
  • DOI:
    10.3389/fbioe.2022.855364
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Frontiers in bioengineering and biotechnology
  • 影响因子:
    5.7
  • 作者:
    Jia S;Gong H;Zhang Y;Liu H;Cen H;Zhang R;Fan Y
  • 通讯作者:
    Fan Y
Autophagy Is Possibly Involved in Osteoblast Responses to Mechanical Loadings.
自噬可能参与成骨细胞对机械负荷的反应
  • DOI:
    10.3390/cimb44080247
  • 发表时间:
    2022-08-11
  • 期刊:
    CURRENT ISSUES IN MOLECULAR BIOLOGY
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    Xing, Yanghui;Song, Liang;Zhang, Yingying
  • 通讯作者:
    Zhang, Yingying
按摩治疗的细胞力学效应及机制
  • DOI:
    10.3969/j.issn.1001-1242.2021.09.023
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    中国康复医学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张莹莹;邢阳辉;宫赫;樊瑜波
  • 通讯作者:
    樊瑜波

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其他文献

三维并行电法在岩层富水区中的应用研究
  • DOI:
    10.13301/j.cnki.ct.2016.02.052
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    煤炭技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐万鹏;魏久传;高卫富;谢道雷;张莹莹;肖猛
  • 通讯作者:
    肖猛
西藏建筑遗产测绘中的技术适用性
  • DOI:
    10.13942/j.cnki.hzjz.2018.01.013
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    华中建筑
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张莹莹;孙政
  • 通讯作者:
    孙政
PCOS患者血清中kallistatin水平及其与肥胖的相关性分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    新医学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张莹莹;毛玉玲;张希;李磊
  • 通讯作者:
    李磊
金钱鱼肾细胞系的建立及生长特性研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    海洋与湖沼
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张莹莹;梁雪梅;曾文刚;张俊彬
  • 通讯作者:
    张俊彬
时钟同步状态图
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    《大连理工大学学报》2005年第45卷, pp269-271,2005年11月
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赵英;张莹莹;史莉
  • 通讯作者:
    史莉

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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