微结构一致而基质刚度不同骨组织工程支架的构建及其促骨修复机制

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11702043
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A1002.多尺度力学生物学
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

To improve the repair and reconstruction quality of massive bone defect is a research hotspot and difficulty in the field of bone repair. Matrix stiffness plays a vital role in regulation of biological behavior of stem cells and the effects have obvious difference between two-dimensional (2D) and three-dimensional (3D) conditions. 3D acellular bone scaffold has been successfully obtained by our group. This proposal intends to construct 3D scaffolds with different stiffness but same microstructure by differentially demineralizing acellular bone scaffolds, in which the protein active factors will be inactivated by guanidine hydrochloride. Rat bone marrow mesenchymal stem cells (MSCs) will be used as the seeding cells. The effects of 3D matrix stiffness on MSCs adhesion, proliferation, osteogenic differentiation, stem cell recruitment and micro-angiogenesis will be investigated in cell experiments and rat subcutaneous implantation tests. Further, a rabbit femur defect model will be established to evaluate the constructed 3D scaffolds in vivo. The matrix stiffness that can promote the repair of bone defect will be expected to be obtained in this proposal by aforementioned experiments. The influence of stromal cell-derived factor-1α (SDF-1α) on this process will also be studied. The mechanobiology mechanism of 3D matrix stiffness on the biological behavior of MSCs will be further explored. An in-depth understanding of the difference between 2D and 3D culture conditions will also be gotten. The accomplishment of this proposed research project might present new ideas for seeking efficient methods for bone repair and enriching research methods of matrix mechanics.
提高大块骨修复重建质量是骨修复领域的研究热点和难点,基质刚度对干细胞生物学行为有重要的调控作用,且三维与二维培养有明显差异。申请人所在课题组前期已成功获得脱细胞骨,本项目拟对脱细胞骨进行不同程度脱钙处理,通过盐酸胍灭活消除支架内蛋白活性因子的影响,构建一种新型微结构一致而基质刚度不同的三维支架,以大鼠骨髓间充质干细胞(MSCs)为种子细胞,通过细胞实验和大鼠皮下植入实验考察三维基质刚度对MSCs粘附、增殖、成骨分化以及干细胞招募和微血管生成的作用;进一步利用兔股骨缺损模型在体评价所构建三维支架,以期获得促进骨修复的基质刚度,研究基质细胞衍生因子-1α (SDF-1α)对三维基质刚度调控作用的影响,探索三维基质刚度调控MSCs生物学行为的力学生物学机制,深入理解其与二维培养的差异。本项目的完成可为探寻高效骨修复方法和丰富基质力学研究方法提供新思路。

结项摘要

提高大块骨修复重建质量是骨修复领域的研究热点和难点,基质刚度对干细胞生物学行为有重要的调控作用,且三维(three-dimensional, 3D)与二维(two-dimensional, 2D)培养有明显差异,然而现有的关于基质力学在支架材料构建方面的研究主要集中在2D或者准3D条件下,而且大部分3D支架的制备方法在改变基质刚度的同时也改变了其3D微结构,难以考察基质力学单一因素对干细胞生物学行为的影响。本项目通过对3D脱细胞骨支架进行不同时长脱钙,构建了一种微结构一致而基质刚度不同的新型3D脱钙骨支架材料。离体考察了不同基质刚度脱钙骨支架对骨髓间充质干细胞(mesenchymal stem cells, MSCs) 粘附、增殖、成骨分化以及干细胞招募和微血管生成的影响;通过皮下埋植实验考察了不同基质刚度脱钙骨支架对细胞浸润、胶原纤维沉积以及内源性细胞成骨分化的作用;进一步利用兔股骨缺损模型在体评价所构建三维支架。研究证实所构建支架微结构一致,弹性模量分别为66.06±27.83 MPa (高刚度组)、26.90±13.16 MPa (中刚度组)和0.67±0.14 MPa (低刚度组),具有良好的孔径尺寸和孔隙率,并且保留了天然骨的细胞外基质(extracellular matrix, ECM)成分。不同基质刚度支架均有利于MSCs的粘附、生长和成骨分化,低刚度组支架在皮下有利于细胞浸润、胶原纤维沉积以及内源性细胞成骨分化,可有效促进兔股骨髁骨缺损修复。本项目的完成可为探寻高效骨修复方法和丰富基质力学研究方法提供新思路,有助于进一步理解3D基质刚度在骨修复中的作用及其机制。

项目成果

期刊论文数量(12)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
MGF E peptide pretreatment improves the proliferation and osteogenic differentiation of BMSCs via MEK-ERK1/2 and PI3K-Akt pathway under severe hypoxia
MGF E肽预处理通过MEK-ERK1/2和PI3K-Akt通路改善严重缺氧下BMSCs的增殖和成骨分化
  • DOI:
    10.1016/j.lfs.2017.09.017
  • 发表时间:
    2017-11-15
  • 期刊:
    LIFE SCIENCES
  • 影响因子:
    6.1
  • 作者:
    Sha, Yongqiang;Lv, Yonggang;Afandi, Ruli
  • 通讯作者:
    Afandi, Ruli
ERK1/2 and Akt phosphorylation were essential for MGF E peptide regulating cell morphology and mobility but not proangiogenic capacity of BMSCs under severe hypoxia
ERK1/2 和 Akt 磷酸化对于 MGF E 肽调节细胞形态和活动性至关重要,但对严重缺氧下 BMSC 的促血管生成能力不是必需的
  • DOI:
    10.1002/cbf.3327
  • 发表时间:
    2018-04-01
  • 期刊:
    CELL BIOCHEMISTRY AND FUNCTION
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    Sha, Yongqiang;Yang, Li;Lv, Yonggang
  • 通讯作者:
    Lv, Yonggang
流体剪切力作用下间充质干细胞在三维支架上生长率理论模型的优化
  • DOI:
    10.7507/1001-5515.201904025
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    生物医学工程学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李强;杨力;吕永钢
  • 通讯作者:
    吕永钢
Demineralized Bone Scaffolds with Tunable Matrix Stiffness for Efficient Bone Integration
具有可调节基质刚度的脱矿骨支架,可实现有效的骨整合
  • DOI:
    10.1021/acsami.8b08668
  • 发表时间:
    2018-08-22
  • 期刊:
    ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Hu, Qingxia;Liu, Mengying;Lv, Yonggang
  • 通讯作者:
    Lv, Yonggang
Effects of hypoxia on the biological behavior of MSCs seeded in demineralized bone scaffolds with different stiffness
缺氧对不同刚度脱矿骨支架中接种的间充质干细胞生物学行为的影响
  • DOI:
    10.1007/s10409-019-00845-2
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Acta Mechanica Sinica
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    Sun Yuanyuan;Chen Guobao;Lv Yonggang
  • 通讯作者:
    Lv Yonggang

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其他文献

Hypoxia-responsive factor PHD2 and angiogenic diseases
缺氧反应因子 PHD2 与血管生成疾病
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    Acta pharmaceutica Sinica
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    贾慧珍;KASIM Vivi;徐志玲;杨力;吴寿荣
  • 通讯作者:
    吴寿荣
低氧应激因子PHD2与血管新生相关疾病
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    药学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    江启慧(Kasim Vivi);徐志玲;杨力;吴寿荣
  • 通讯作者:
    吴寿荣

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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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