骨形态生成蛋白-7联合TGF-β3调节软骨损伤修复机制及MRI研究

The repair of cartilage injury is the major challenges for the current clinic and the urgent needs of the patients. Bone marrow mesenchymal stem cells(MSCs) possess the potential capability of differentiation into cartilage cells, therefore, the differentiation regulation of MSCs is the key of the cartilage repair. However, the specific regulatory mechanism of the MSCs differentiation remains unclear. The factors of BMP-7and TGF-β3 may play a important role in the process of the cartilage repair by regulating TGF-β signaling pathway. In this project, the underlying regulatory mechanism of TGF-β signaling pathway will be elucidated by the experiment which is the study of combined effect of BMP-7 and TGF-β3 on MSCs and cartilage cells. Meanwhile, with the modern molecular imaging method, the peptide iRGD, the specific receptor of αvβ3 and SPIO is selected. iRGD-SPIO nanoparticles are established and adopted with chemical modification and conjugation of iRGD and SPIO. The dynamic and visual monitoring of cartilage repair can be realized by functional MRI in vitro. With multidisciplinary intercross and fusion, this project is expected to explain the regulatory mechanism of cartilage repair and realize the cartilage repair with much more better property and lay the foundation of cartilage injury therapy on one hand, and to offer the potent technical support of noninvasive and visual monitoring for the cartilage repair therapy and clinical follow-up visits on the other hand. The expected results will have great applicable values and significances.

软骨损伤修复是目前临床面临的重大挑战和患者的迫切需求。骨髓间充质干细胞（MSCs）具有分化为软骨细胞的潜能，调控MSCs分化是软骨修复的关键，但目前MSCs分化的具体调节机制尚不明确。研究表明，BMP-7和TGF-β3可能通过TGF-β信号通路在软骨修复中发挥重要调控作用。本项目拟通过BMP7联合TGF-β3作用于MSCs和软骨细胞实验研究，阐述软骨修复潜在的调节机制，同时用现代分子影像技术，引入αvβ3特异性受体iRGD肽和超顺磁性氧化铁（SPIO），采用化学修饰及螯合方式构建具有特异靶向性的纳米颗粒iRGD-SPIO，并通过体外MRI成像，实现软骨修复动态和“可视化”。通过多学科的交叉和融合，本项目一方面能阐述软骨损伤修复调节机制和实现更优性能软骨修复，为软骨损伤治疗奠定基础，另一方面也为无创和“可视化”软骨损伤修复及临床治疗、随访提供技术上强有力支持，具有较重大的应用价值和意义。

软骨损伤修复是目前临床面临的重大挑战和患者的迫切需求。本项目旨在研究骨髓间充质干细胞（MSCs）能否在BMP-7和TGF-β3的联合作用下，并通过TGF-β信号通路实现软骨损伤的修复。同时引入αvβ3特异性受体iRGD肽和超顺磁性氧化铁（SPIO），通过体外MRI成像，实现软骨修复动态和“可视化”。.本项目的主要研究内容包括：1. 功能化 SPIO纳米颗粒的制备、检测；2. 体外细胞学实验，如体外探索 BMP-7和TGF-β3干预 MSCs和软骨细胞实验，检测 SPIO 纳米载体对MSCs 细胞的靶向性和MRI T2的敏感性；检测 MSCs 细胞对纳米颗粒的摄取率（或摄取量），检测纳米颗粒对MSCs细胞的增殖、分化和凋亡的影响；检测纳米颗粒载体对细胞的生物学毒性。3. 生物支架（静电纺丝垫）制作；4. 动物模型建立、体内实验及MRI成像。在项目实施过程中，根据实验需要对项目内容作了部分调整和修改，动物模型验证大部分已完成，少部分还在重复进行中。目前研究的结果如下：1.成功培养了MSCs和软骨细胞，并在BMP-7和TGF-β3联合作用下，成功诱导出了软骨组织，经HE染色、阿利辛蓝染色及免疫荧光证实，诱导出的软骨组织高表达酸性粘多糖和II型胶原蛋白。且BMP-7和TGF-β3配比浓度越高时，诱导作用越好。在两者浓度分别为50ng/ml:50ng/ml和100ng/ml:100ng/ml时，诱导出的软骨组织直径分别为0.6±0.2mm和1.2±0.1mm。2.免疫荧光反应证实诱导出的软骨组织表达丰富的II型胶原蛋白，干细胞、诱导软骨组织细胞和软骨细胞CL594通道的亮度平均值分别为1.126±0.03、23.211±0.816及9.669±0.278，差异具有统计学意义（p＜0.05）。3.成功制备了具有良好生物相容性的SPIO纳米颗粒。经透射电镜证实了SPIO纳米颗粒具有良好的单分散性和更优的T2弛缓度，表明其可以作为医学MRI可视化载体。4.成功的制作生物支架（具有良好黏度和性能的静电纺丝）。5. 成功建立了软骨缺损动物模型。本项目的科学意义在于一方面能阐述软骨损伤修复调节机制和实现更优性能软骨修复，为软骨损伤治疗奠定基础，另一方面也为无创和“可视化”软骨损伤修复及临床治疗、随访提供技术上强有力支持。

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