基质硬度调控脂肪干细胞分化的表观遗传学机制与骨软骨复合组织重建

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    81800947
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    21.0万
  • 负责人：
    张陶
  • 依托单位：
    四川大学
  • 学科分类：
    H1502.口腔颅颌面组织器官缺损修复与再生
  • 结题年份：
    2021
  • 批准年份：
    2018
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Current strategy to restore osteochondral defect is the combination of exogenous biomaterials and stem cells. Our previous studies have found that proper extracellular matrix stiffness can modulate chondrocyte phenotype, osteoblast function and lineage specifications of stem cells. However, whether epigenetic modifications are involved in matrix stiffness-induced osteogenic and chondrogenic differentiation of adipose-derived stem cells, remains unclear. Therefore, this project establishes a three-dimensional dextran hydrogel with gradient stiffness which mimics the surrounding microenvironment of osteoblasts and chondrocytes, aims to figure out its regulatory role and underlying mechanisms on stem cell differentiation. Meanwhile, after the detection of abnormal histone demethylation by DNA microarray, Lentivirus transfection, RNA interference and chromatin immunoprecipitation are used to analyze its function during stiffness-induced differentiation. Then, the modified ASCs and dextran hydrogel with gradient stiffness are tested to restore osteochondral defect. This project will uncover the detailed mechanism and application potential of matrix stiffness and histone demethylase in osteochondral reconstruction.
使用生物仿生材料复合干细胞技术是骨软骨缺损的主要修复方式。课题组前期研究发现，适宜的细胞外基质硬度有利于软骨细胞表型的维持、成骨细胞功能的表达以及干细胞的定向分化。然而，表观修饰层面的组蛋白去甲基化酶是否介导基质硬度诱导的脂肪干细胞（ASCs）成骨和成软骨向分化尚不清楚。因此，本项目通过构建不同硬度的葡聚糖水凝胶，还原软骨和软骨下骨细胞外基质硬度，探究基质硬度对ASCs成骨和成软骨向分化的调控作用。同时，采用基因芯片技术筛选在硬度诱导分化过程中表达异常的组蛋白去甲基化酶，通过慢病毒转染、RNA干扰和染色质免疫共沉淀等技术分析其在诱导分化过程中的功能和作用机制。在此基础上，将修饰后的ASCs与模拟软骨和软骨下骨微环境的梯度硬度水凝胶复合后，植入大鼠骨软骨缺损动物模型，探究基质硬度和组蛋白去甲基化酶在骨软骨复合组织修复中的调控机制和应用潜能，为实现骨软骨结构、形态和功能的重建提出新的思路。

结项摘要

使用生物仿生材料复合干细胞技术是骨软骨缺损的主要修复方式。课题组前期研究发现，适宜的细胞外基质硬度有利于软骨细胞表型的维持、成骨细胞功能的表达以及干细胞的定向分化。本课题通过筛选发现表观修饰层面的组蛋白去甲基化酶KDM3B在基质硬度诱导的大鼠脂肪来源基质干细胞（ASCs）成骨向分化中起正向调控作用，其作用机制与线粒体功能密切相关。JMJD1C介导ASCs成软骨向分化，与金属基质蛋白酶的表达相关。结果提示组蛋白去甲基化酶相关小分子KDM3B和JMJD1C可作为细胞基质硬度调控干细胞成骨和成软骨分化的靶点，以期为骨和软骨再生提供新的思路。.项目按计划进行并完成预期任务。发表标注本基金资助的第一作者（含并列）及通讯作者SCI论著5篇，中文论著3篇，包括Nature子刊Nature Protocols、材料学顶级期刊Advanced Materials等。参编英文专著《Advances in Nanomaterials based Cell Biology Research》，及中文《口腔细胞实验操作技术》各1部。作为第二完成人获2020年中华口腔医学会科技二等奖，作为第三完成人获2019年华夏医学科技奖三等奖及2019年中华医学科技奖三等奖。指导口腔医学专业本科生申报并完成大学生创新创业项目3项。协助课题组指导2名硕士研究生及5名博士研究生毕业。.

项目成果

期刊论文数量（8）
专著数量（1）
科研奖励数量（3）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
The Application of Nanomaterials in Angiogenesis
纳米材料在血管生成中的应用
  • DOI：
    10.2174/1574888x15666200211102203
  • 发表时间：
    2021-01-01
  • 期刊：
    CURRENT STEM CELL RESEARCH & THERAPY
  • 影响因子：
    2.7
  • 作者：
    Li，Tianle;Zhang，Tao
  • 通讯作者：
    Zhang，Tao
The Application of Nanomaterials in Cell Autophagy
纳米材料在细胞自噬中的应用
  • DOI：
    10.2174/1574888x15666200502000807
  • 发表时间：
    2021-01-01
  • 期刊：
    CURRENT STEM CELL RESEARCH & THERAPY
  • 影响因子：
    2.7
  • 作者：
    Gao, Yang;Zhang, Tao
  • 通讯作者：
    Zhang, Tao
Design, fabrication and applications of tetrahedral DNA nanostructure-based multifunctional complexes in drug delivery and biomedical treatment
基于四面体 DNA 纳米结构的多功能复合物的设计、制备及其在药物输送和生物医学治疗中的应用
  • DOI：
    10.1038/s41596-020-0355-z
  • 发表时间：
    2020-07-15
  • 期刊：
    NATURE PROTOCOLS
  • 影响因子：
    14.8
  • 作者：
    Zhang, Tao;Tian, Taoran;Lin, Yunfeng
  • 通讯作者：
    Lin, Yunfeng
形状记忆高分子材料在骨缺损修复再生领域的研究进展
  • DOI：
    10.7518/gjkq.2020011
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    国际口腔医学杂志
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    刘育豪;张陶
  • 通讯作者：
    张陶
组蛋白去甲基化酶在间充质干细胞成骨和成软骨分化中的作用综述
  • DOI：
    10.12182/20210560202
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    四川大学学报. 医学版
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    隋昊;张陶
  • 通讯作者：
    张陶

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    2020
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  • 作者：
    张陶;李建鸿;蒲俊兵
  • 通讯作者：
    蒲俊兵

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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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