模拟肌腱细胞形态和力学微环境诱导ASC成肌腱分化及机制探讨

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    31170937
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    60.0万
  • 负责人：
    刘伟
  • 依托单位：
    上海交通大学
  • 学科分类：
    C1003.组织工程学
  • 结题年份：
    2015
  • 批准年份：
    2011
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2012-01-01 至2015-12-31

项目摘要

组织微环境模拟是诱导干细胞特异分化的重要手段。脂肪干细胞（ASC）是肌腱组织工程的重要种子细胞，但缺乏相关基础研究。发育生物学研究显示Scleraxis及下游分子Tenomodulin在肌腱细胞分化和组织形成中起关键作用。基于我们前期工作提出如下假说：模拟肌腱细胞的狭长形态和单向力学刺激等物理微环境因素可以有效地将ASC诱导分化为肌腱细胞。为验证此假说，我们拟深入探讨：（1）细胞形态和力学刺激能否促进ASC表达肌腱细胞标志物分子并抑制其他方向的分化能力；（2）RhoA/ROCK通路和细胞骨架结构在ASC向肌腱细胞分化的作用；（3）采用Scleraxis驱动GFP小鼠和敲除小鼠观察该分子对成肌腱分化的调控作用；（4）采用Tenomodulin过表达和敲除小鼠探索该分子对成肌腱分化及肌腱细胞功能分子表达的调控作用。研究成果有助于阐明ASC向肌腱细胞诱导分化的机制和促进其在组织工程肌腱中的应用。

结项摘要

建立了以CD34为标志物富集、纯化小鼠ASC的可靠方法，以CD34为主分选出Lineage-:CD31-:CD45-:CD34+（简称CD34+）和Lineage-:CD31-:CD45-:CD34-（简称CD34-）两细胞亚群。CD34阳性细胞较阴性细胞具有更强的增殖、细胞集落形成能力（CFU-F）和多向分化能力，并具有更强的组织工程骨和软骨的形成能力和参与体内毛囊形成的能力。利用刻纹硅胶模控制细胞狭长形态，可使CD34+ASC表达肌腱细胞标志物包括tenomodulin、scleraxis、decorin、tenascin-C和I、Ⅲ、Ⅵ型胶原，而成脂、成软骨分化潜能下降，并展示了细胞骨架和RhoA/ROCK信号通路是主要的机制。在力学刺激方面，我们开展了体外三维模型静态力学刺激对ASC成肌腱分化的作用。将ASC接种在平行排列的PGA纤维上体外培养，给予静态牵拉力一组的ASC相较于无力学刺激组的细胞表达较高的Tenomodulin，而PPAR的表达则显著降低。同时静态牵拉力刺激下，细胞更趋平行狭长排列，胶原形成增多和平行排列，形成肌腱样组织，而无力学刺激组，细胞随机排列，胶原形成减少，并有脂肪样组织形成，形成的组织力学性能相对弱。在另一项研究中，将ASC接种在支架材料上，并回植入兔跟腱给予力学刺激，可见力学效应可以促进脂肪干细胞的成肌腱作用。 ..在二维研究的基础上，我们进一步在三维水平进一步验证科学假说，利用聚羟基乙酸（PGA）无序纤维和平行有序排列纤维接种CD34+ASC进行体外肌腱构建。实验结果显示细胞接种在平行有序排列的纤维上可以很好模拟二维环境中的细胞狭长形态，而在随机排列的无序纤维上，则可模拟二维中细胞铺张状态。经过体外8周构建，有序排列组的组织可见有规则的纵向排列细胞和胶原纤维，有更多的细胞外基质沉积。另外有序排列组构建出的肌腱的TNMD表达量较材料无序排列组高。说明平行有序排列的PGA材料能控制所黏附细胞呈狭长细胞形态，并能有效促进CD34+ASC和PGA形成的细胞材料复合物向肌腱组织分化。通过本项目的研究，基本完成了预定的目标证实了所提出的科学假说：模拟肌腱细胞狭长形态和力学刺激微环境可将CD34+ASC向肌腱细胞诱导分化。通过本项目资助，还完成肌腱与组织工程相关研究论文5项。本研究共发表SCI论文12篇，参编国外专著5本，国际会议应邀发言9

项目成果

期刊论文数量（14）
专著数量（1）
科研奖励数量（1）
会议论文数量（18）
专利数量（0）
Induction of transient tenogenic phenotype of high-density cultured human dermal fibroblasts
高密度培养的人真皮成纤维细胞瞬时腱发生表型的诱导
  • DOI：
    10.3109/03008207.2015.1023433
  • 发表时间：
    2015-08-01
  • 期刊：
    CONNECTIVE TISSUE RESEARCH
  • 影响因子：
    2.9
  • 作者：
    Wang, Wenbo;He, Aijuan;Liu, Wei
  • 通讯作者：
    Liu, Wei
Participation of CD34-enriched mouse adipose cells in hair morphogenesis
富含CD34的小鼠脂肪细胞参与毛发形态发生
  • DOI：
    10.3892/mmr.2013.1307
  • 发表时间：
    2013-04-01
  • 期刊：
    MOLECULAR MEDICINE REPORTS
  • 影响因子：
    3.4
  • 作者：
    He, Jing;Duan, Huichuan;Liu, Wei
  • 通讯作者：
    Liu, Wei
The potential of adipose-derived stem cells for tendon engineering.
脂肪干细胞在肌腱工程中的潜力。
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2012
  • 期刊：
    Regenerative Research
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Xiong Y;He J;Liu W
  • 通讯作者：
    Liu W
Fibrous scaffolds for tissue engineering
用于组织工程的纤维支架
  • DOI：
    10.1007/978-3-7091-0385-2_3
  • 发表时间：
    2014
  • 期刊：
    Inflammation and regeneration
  • 影响因子：
    8.1
  • 作者：
    Shi Y;Liu W
  • 通讯作者：
    Liu W
Elongated cell morphology and uniaxial mechanical stretch contribute to physical attributes of niche environment for MSC tenogenic differentiation
细长的细胞形态和单轴机械拉伸有助于 MSC 肌腱分化的生态位环境的物理属性
  • DOI：
    10.1002/cbin.10094
  • 发表时间：
    2013-07-01
  • 期刊：
    CELL BIOLOGY INTERNATIONAL
  • 影响因子：
    3.9
  • 作者：
    Wang, Wenbo;Deng, Dan;Liu, Wei
  • 通讯作者：
    Liu, Wei

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AI项目解读示例

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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