双向精准募集程序性诱导B-MSC和S-MSC内源性再生修复全层关节软骨的实验研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    81672142
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    57.0万
  • 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:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

The repair with high quality for full-thickness articular cartilage defect always is a challenge. Endogenous regeneration of cartilage is a novel concept to repair cartilage defect. But how to recruit sufficient effective stem cells continuously, a key problem, is still waiting to be resolved. Based on previous research, a hypothesis of “double gradient release, precise recruitment and programming differentiation” by growth factor is proposed in the present project. The platelet-derived growth factor (PDGF) and BMP-1,which can recruit and induce bone marrow derived mesenchymal stem cells(B-MSC)into bone differentiation respectively, are to be assembled on the bone phase (contacting with bone defect side) of the elastic chitosan/gelatin scaffold with layer-by-layer(LbL) electrostatic assembly technique. The stromal cell-derived factor (SDF-1) and TGF-β3, which can recruit and induce synovial membrane-derived MSC(S-MSC) into chondrogenous differentiation respectively, are to be assembled on the cartilage phase (contacting with the cartilage defect side) of the scaffold. The double continuous release to bone marrow and joint space is to be established. B-MSC with potent bone differentiation and S-MSC with potent cartilage differentiation are recruited simultaneously. The two type stem cells are to be induced into bone and cartilage differentiation respectively and programically. The full-thickness articular cartilage defect is to be regenerated endogenously. The cross talk between TGFβ3 and SDF-1 during recruiting and inducing S-MSC is to be investigated. The coordination and additional protective effect of TGFβ3 will be explored. A novel “one-step” repair method for full-thickness articular cartilage defect with high quality will be explored. The experiment foundation for its practical application will be established.
全层关节软骨高质量修复是个难题,“内源性再生”修复是一新思路,但持续募集诱导足量有效干细胞之关键问题尚待解决,本申请拟在以往研究基础上,提出“双向梯度释放、精准募集、程序性诱导干细胞”假说,应用静电层层自组装技术,在自身弹性固定三维支架的骨相(支架与骨接触层),组装对骨髓来源B-MSC有强募集作用的PDGF和定向诱导其成骨分化的BMP-1,在该支架软骨相(支架与软骨接触层)组装对滑膜来源S-MSC具有强募集作用的SDF-1和定向诱导其成软骨分化的TGFβ3,实现向骨髓和关节腔双向、长时释放,精准募集成骨潜能强的B-MSC 和成软骨潜能强的S-MSC,同期程序性诱导两类干细胞分别成骨、成软骨分化,修复全层关节软骨缺损;并就TGFβ3对SDF-1 是否具有募集协同作用,是否具有软骨修复保护作用的信号通路深入研究,探索关节软骨“一站式”修复新途径,并为其实际应用奠定实验基础。

结项摘要

关节软骨修复是临床科研中的难题,关节软骨原位再生目前被认为是最有前景的修复方法,而缺损修复部位的机械力、支架材料的选择及小分子药物可能影响软骨修复效果。..本项目中收集因骨关节炎行膝关节置换患者膝关节标本,提取人膝关节正常软骨细胞,利用不同时长不同浓度IL-1β诱导关节炎软骨细胞,发现IL-1β刺激后,软骨细胞增殖活性较刺激前增加,二型胶原蛋白含量在刺激3天时明显下降,RNA水平有所增加,蛋白聚糖RNA水平较刺激前下降;细胞骨架染色提示正常软骨细胞中微丝成束状平行排列,而关节炎软骨细胞骨架紊乱,疏散成网状分布;对调控细胞骨架的关键蛋白cofilin行免疫荧光染色,发现cofilin荧光强度及面积增多且伴有明显的核转位现象。进一步借助甲基丙烯酰化明胶(Gelma)行 3D培养,利用Flexcell-5000c对软骨细胞行压力刺激,发现较小压力刺激下,细胞外基质二型胶原和蛋白聚糖仍有下降,基质金属蛋白酶各亚型含量升高,且伴随整合素-Rho-CFL通路的激活。..为探索高效软骨修复的材料,本项目中采用高能球磨法制备纳米级β-TCP颗粒,采用溶液冷冻干燥法制备PLA/纳米级β-TCP多孔支架,同时制备丝蛋白混合水凝胶,通过化学键交联构建双相支架,有较强的力学性能。利用负载药物的复合支架(PLLA/β-TCP/Gelatin-RSF)修复兔膝关节软骨缺损,载药组3D骨相及软骨相修复更佳。..小分子化合物甲基巴多索酮(Bardoxolone methyl,BM在软骨修复中通过抑制软骨细胞氧化应激而发挥作用,研究发现BM能部分缓解氧化应激下软骨细胞增殖能力、细胞内活性氧自由基水平、下调线粒体膜电位、抑制凋亡。小分子BM能明显抑制氧化应激引起的软骨基质丢失,促进软骨细胞及软骨下骨内间充质干细胞分泌细胞外基质二型胶原及蛋白聚糖。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Intra-articular injection of kartogenin-conjugated polyurethane nanoparticles attenuates the progression of osteoarthritis.
关节内注射卡托根配基聚氨酯纳米粒子可减缓骨关节炎的进展
  • DOI:
    10.1080/10717544.2018.1461279
  • 发表时间:
    2018-11
  • 期刊:
    Drug delivery
  • 影响因子:
    6
  • 作者:
    Fan W;Li J;Yuan L;Chen J;Wang Z;Wang Y;Guo C;Mo X;Yan Z
  • 通讯作者:
    Yan Z
The treatment of femoral neck fracture using VEGF-loaded nanographene coated internal fixation screws.
载VEGF纳米石墨烯涂层内固定螺钉治疗股骨颈骨折
  • DOI:
    10.1371/journal.pone.0187447
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    PloS one
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Li S;Yuan H;Pan J;Fan W;Zhu L;Yan Z;Guo C
  • 通讯作者:
    Guo C
Cell-derived decellularized extracellular matrix scaffolds for articular cartilage repair.
用于关节软骨修复的细胞源性脱细胞细胞外基质支架。
  • DOI:
    10.1177/0391398820953866
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    The International Journal of Artificial Organs
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Zhu W;Cao L;Song C;Pang Z;Jiang H;Guo C
  • 通讯作者:
    Guo C
Quantitative Characterization of Bone Viability of Femoral Head and Subchondral Bone by Using Single Photon Emission Computerized Tomography/Computerized Tomography (SPECT/CT)
使用单光子发射计算机断层扫描/计算机断层扫描 (SPECT/CT) 定量表征股骨头和软骨下骨的骨活力
  • DOI:
    10.12659/msm.922624
  • 发表时间:
    2020-03
  • 期刊:
    MEDICAL SCIENCE MONITOR
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    Cao Lu;Liao Yanan;Song Chunfeng;Jiang Haochen;Chen Zenggan;Yan Zuoqin;Guo Changan
  • 通讯作者:
    Guo Changan
Stromal cell-derived factor-1 alpha and transforming growth factor-beta(1) synergistically facilitate migration and chondrogenesis of synovium-derived stem cells through MAPK pathways
基质细胞源性因子 1 α 和转化生长因子 β(1) 通过 MAPK 途径协同促进滑膜源性干细胞的迁移和软骨形成
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    American Journal of Translational Research
  • 影响因子:
    2.2
  • 作者:
    Wang Yiming;Chen Jifei;Fan Wenshuai;Zhang Jing;Hua Bingxuan;Sun Bolin;Zhu Liang;Niu Xinhao;Yan Zuoqin;Guo Changan
  • 通讯作者:
    Guo Changan

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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
Ⅱ型胶原与Bcl-2在骨关节炎软骨细胞中的表达
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    中国矫形外科杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    马春辉;阎作勤;郭常安;张光健
  • 通讯作者:
    张光健
局部植入利福平(RFP)缓释剂对P糖蛋白(P-gp)活性及激素性股骨头坏死的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    复旦学报(医学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈晨;郭常安;邵云潮;阎作勤
  • 通讯作者:
    阎作勤
单抗CD44一生物素一亲和素系统提高软骨细胞与支架黏附能力的研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    中华实验外科杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    林红;周健;沈龙祥;阮玉辉;戴文达;郭常安;陈峥嵘
  • 通讯作者:
    陈峥嵘
壳聚糖-明胶支架/滑膜干细胞的相容性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2011
  • 期刊:
    中华实验外科杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郭常安
  • 通讯作者:
    郭常安

其他文献

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郭常安的其他基金

功能化组织工程关节软骨的系统构建及其力学生物学调控
  • 批准号:
    81071468
  • 批准年份:
    2010
  • 资助金额:
    33.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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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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