PDGF-BB功能化蚕丝水凝胶协同BMP9调控间充质干细胞成骨分化的机理研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    81702154
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万
  • 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:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

The addition of osteoinductive factors to tissue-engineered bone material can strongly promote osteogenic differentiation of mesenchymal stem cells and significantly improve the bone repair outcomes. Silk is becoming one of the most promising tissue-engineered bone materials due to its excellent biological properties. We previously remolded sikworm through transgenic technology and obtained functionalized silk of genetically engineered recombinant protein PDGF-BB. The purified protein and sericin hydrogel exhibit very low cytotoxicity, facilitate the proliferation of stem cells, and up-regulate the expression of Runx2, Bmp2 and PDGFRβ genes, which are related to the osteogenesis of mesenchymal stem cells. Recent studies demonstrated that BMP9 is the most potent osteogenic BMP. Therefore, we hypothesize that PDGF-BB silk sericin hydrogel is an effective osteogenic scaffold material and can synergize with BMP9 to induce more effective osteogenic differentiation of mesenchymal stem cells. This application, based on our previous work, will employ PDGF-BB silk sericin hydrogel as the osteogenic scaffold material and BMP9 for stimulation to evaluate their inductive effectiveness on the osteogenic differentiation of mesenchymal stem cells, and dissect the underlying synergistic inductive mechanism between PDGF-BB and BMP9.The project focuses on the mechanism of promoting the differentiation of mesenchymal stem cells using an innovative tissue-engineered bone material, should greatly improve the treatment effectiveness of bone defect or nonunion with certain clinical indications, and thereby possessing significant academic and translational potential.
在组织工程骨材料中添加成骨诱导因子能有力促进间充质干细胞(MSCs)分化并显著改善骨修复效果,蚕丝因其优异生物学特性成为极具潜力的组织工程骨候选材料。课题组前期利用转基因技术改造家蚕,获取了表达人重组蛋白PDGF-BB的功能化蚕丝,发现从其中纯化的蛋白及丝胶水凝胶的细胞毒性极小,可促进干细胞增殖和成骨分化相关Runx2、Bmp2、PDGFRβ基因表达;进一步研究发现BMP9促进MSCs成骨分化能力明显强于其他BMPs。因此本项目提出假设:PDGF-BB丝胶水凝胶是有效成骨支架材料、可协同BMP9增强诱导MSCs成骨分化;基于前期研究,将PDGF-BB丝胶水凝胶作为成骨支架材料,评估其协同BMP9诱导MSCs成骨分化效果,揭示PDGF-BB协同BMP9诱导MSCs成骨分化机理。本项目研究新型组织工程骨材料促进MSCs分化的机理,可显著提高骨缺损相关疾病治疗效果,具有十分重要的学术和应用价值。

结项摘要

在骨组织工程中,间充质干细胞(MSCs)等具有多向分化潜能的细胞常包埋于骨材料中,辅以成骨诱导因子,以促进MSCs成骨分化,显著提高成骨、骨缺损修复的效率。蚕丝因其低免疫原性、血液相容性、良好的物理性能等特性,成为极具潜力的骨组织工程候选材料。通过转基因技术可将蚕丝作为生物反应器,制备表达外源活性蛋白的功能性生物材料。课题组利用前期获取的表达人重组蛋白PDGF-BB的功能化蚕丝,通过改进Na2CO3溶解-透析法,制备成丝胶水凝胶材料以诱导MSCs成骨分化。实验结果表明,PDGF-BB蛋白活性的丝胶水凝胶细胞毒性极小,MSCs能够正常增殖和分化。碱性磷酸酶及茜素红染色实验结果表明PDGF-BB水凝胶不能独立诱导MSCs成骨分化,但可增强BMP9诱导的MSCs成骨分化,且随着蚕丝水凝胶中PDGF-BB浓度增加,MSCs成骨分化能力增强。PCR及Western blot检测发现MSCs中成骨分化标记基因Runx2、OPN蛋白表达量显著增加。micro-CT检测表明,PDGF-BB水凝胶可协同BMP9诱导MSCs在裸鼠皮下异位成骨。Western blot检测进一步发现蚕丝水凝胶中PDGF-BB可能通过BMP/Smad磷酸化信号通路调控BMP9对MSCs成骨分化的诱导作用。此外,课题组发现PDGF-BB能显著抑制BMP9诱导MSCs成脂分化,抑制BMP9对C/EBPa及PPARg表达的促进作用。CoIP及ChIP实验结果表明,PDGF-BB可能通过激活Stat3信号,且抑制PPARg表达,抑制BMP9诱导的MSCs成脂分化,进而进一步促进MSCs成骨分化。基于上述研究成果,我们推测PDGF-BB丝胶水凝胶是一种有效的骨组织工程材料,有一定的医学应用价值和前景。

项目成果

期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Transgenic PDGF-BB/sericin hydrogel supports for cell proliferation and osteogenic differentiation
转基因PDGF-BB/丝胶水凝胶支持细胞增殖和成骨分化
  • DOI:
    10.1039/c9bm01478k
  • 发表时间:
    2020-01-21
  • 期刊:
    BIOMATERIALS SCIENCE
  • 影响因子:
    6.6
  • 作者:
    Wang, Feng;Hou, Kai;Xia, Qingyou
  • 通讯作者:
    Xia, Qingyou

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其他文献

Dynamic Control of Defective Gap Mode Through Defect Location
通过缺陷定位动态控制缺陷间隙模式
  • DOI:
    10.1088/1009-0630/18/1/01
  • 发表时间:
    2015-03
  • 期刊:
    Plasma Science and Technology
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    苌磊;李应红;吴云;张辉洁;王卫民;宋慧敏
  • 通讯作者:
    宋慧敏
Effect of radial densityconfiguration on wave field and energy flow in axially uniform helicon plasma
径向密度结构对轴向均匀螺旋等离子体波场和能量流的影响
  • DOI:
    10.1088/1009-0630/18/8/10
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Plasma Science and Technology
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    苌磊;李庆冲;张辉洁;李应红;吴云;张百灵;庄重
  • 通讯作者:
    庄重

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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