BMP6 Induction of Human Mesenchymal Stem Cell Osteoblast Differentiation

BMP6 诱导人间充质干细胞成骨细胞分化

基本信息

  • 批准号:
    7436259
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 39.33万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2006
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2006-04-01 至 2011-03-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): Our long-term programmatic goal is to utilize adult marrow-derived mesenchymal progenitors (mesenchymal stem cells - MSC) in tissue engineered constructs to repair craniofacial and long bone defects. MSC have robust potential to become osteoblasts and human MSC (hMSC) can form bone when implanted in heterotopic and orthotopic sites in animal models. A distinct advantage of exploiting the therapeutic potential of these stem cells is that autologous hMSC are easily cultivated from small marrow aspirates. Clinically, marrow could be collected from a patient, hMSC cultivated in vitro, and then delivered back to the patient. However, to most effectively use hMSC therapeutically, we must be able to fully control their differentiation. This requires a complete understanding of physiologically relevant factors that regulate hMSC differentiation, and in turn, downstream signaling and transcriptional networks that are activated. Our preliminary results show that bone morphogenetic-6 (BMP6) is an important autocrine mediator of hMSC differentiation. BMP6 is the only osteogenic BMP produced by hMSC and short-term treatment of cells with exogenous BMP6 promotes sustained expression of the osteogenic transcription factor osterix, leading to osteoblast differentiation. For this project we propose three specific aims: (1) we will examine the significance of endogenous BMP6 for osteoblast differentiation, (2) we will study BMP6 signaling that directs osteoblast differentiation, and (3) we will study the importance of BMP6-induced expression of osterix. These aims will be pursued in vitro, in vivo, and computationally by a team of investigators that includes a veterinary scientist and an orthopaedic surgeon - both trained as biochemists - and a computational biologist. Mechanistic experiments examining BMP6 function and cell signaling will be pursued in vitro and will utilize primary hMSC and human embryonic stem cells (lines WA01 and UC06). In vivo studies will use a preclinical heterotopic bone implantation model to examine the in vivo bone forming capacity of hMSC. Mathematical modeling will be used to describe kinetics of BMP6-induced osteoblast differentiation, and Bayesian learning will be used to discover signaling networks that are unique to BMP6-induced osteoblast differentiation. The completion of this five-year project will not only demonstrate the utility of BMP6 therapeutically to control hMSC osteoblast differentiation, but will also reveal novel signaling and transcriptional networks that govern hMC osteoblast differentiation. Long term, the identity of novel targets will lead to the development of enhanced therapeutic options for directing hMSC differentiation in tissue engineered constructs to repair bone.
描述(由申请人提供):我们的长期程序化目标是利用组织工程结构中的成年骨髓衍生的间充质祖细胞(间充质干细胞-MSC)来修复颅面和长骨缺损。 MSC具有强大的变成成骨细胞的潜力,当在动物模型中植入异位和原位部位时,人类MSC(HMSC)可以形成骨骼。利用这些干细胞的治疗潜力的一个明显优势是自体HMSC很容易从小骨髓抽吸物中种植。在临床上,可以从患者中收集骨髓,在体外培养HMSC,然后递回患者。但是,为了最有效地使用HMSC治疗,我们必须能够完全控制它们的差异化。这需要对调节HMSC分化的生理相关因素有完整的理解,进而将激活的下游信号传导和转录网络。我们的初步结果表明,骨形态发生-6(BMP6)是HMSC分化的重要自分泌介质。 BMP6是HMSC产生的唯一成骨BMP,用外源性BMP6对细胞进行短期治疗可促进成骨转录因子Osterix的持续表达,从而导致成骨细胞分化。对于这个项目,我们提出了三个具体目的:(1)我们将研究内源性BMP6对于成骨细胞分化的重要性,(2)我们将研究指导成骨细胞分化的BMP6信号,(3)我们将研究BMP6诱导的Osterix表达的重要性。包括兽医科学家和骨科医生在内的研究人员团队将在体外,体内和计算上追求这些目标,这些团队均受到生物化学家的训练 - 以及计算生物学家。研究BMP6功能和细胞信号传导的机械实验将在体外进行,并将利用原代HMSC和人类胚胎干细胞(WA01和UC06线)。体内研究将使用临床前的异位骨植入模型来检查HMSC的体内骨形成能力。数学建模将用于描述BMP6诱导的成骨细胞分化的动力学,贝叶斯学习将用于发现BMP6诱导的成骨细胞分化所独有的信号网络。这个五年项目的完成不仅会证明BMP6在治疗上可以控制HMSC成骨细胞分化的实用性,而且还将揭示控制HMC成骨细胞分化的新型信号传导和转录网络。长期,新型目标的身份将导致增强的治疗选择,以指导组织工程构建体中HMSC分化以修复骨骼。

项目成果

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