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PDGF-BB/PI3K信号轴在高糖引发GSK-3β介导的成骨抑制过程中的调控机理

批准号:
82071081
项目类别:
面上项目
资助金额:
55.0 万元
负责人:
刘加强
依托单位:
学科分类:
口腔颅颌面组织器官缺损修复与再生
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘加强

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
糖尿病患者骨缺损修复一直是临床治疗难点,干细胞功能下降导致的成骨抑制是主要制约因素。我们研究发现高糖引发的GSK-3β活性增加在此过程起重要作用;锂作为GSK-3β高效抑制剂,可有效逆转这一过程;PDGF-BB可在高糖环境下促进组织再生,但机制不明。因此我们提出假设:含锂mnHA/β-TCP缓释PDGF-BB可恢复干细胞功能,促进高糖状态骨缺损修复。本研究拟从分子、细胞和整体水平,利用锂mnHA/β-TCP、GSK-3β敲减及过表达小鼠干细胞、糖尿病小鼠颅骨缺损模型,以基因转染、活体成像、转录组测序等方法,探讨GSK-3β在高糖引发成骨抑制过程的具体作用及PDGF-BB/PI3K/GSK-3β信号轴的调控机理,明确锂mnHA/β-TCP缓释PDGF-BB对糖尿病小鼠干细胞功能及颅骨缺损修复的影响。本课题结果将揭示高糖环境下成骨抑制的具体机制及解决方案,为临床糖尿病患者骨缺损修复提供参考。
英文摘要
Bone defect repair in diabetic patients has always been a difficult clinical treatment, and osteogenesis inhibition caused by stem cell dysfunction is the main constraint factor. We found that the increase of GSK-3β activity induced by high glucose plays an important role in this process; lithium, as a highly effective inhibitor of GSK-3β, can effectively reverse this process; PDGF-BB can promote tissue regeneration in high glucose environment, but the mechanism is still unclear. Therefore, we hypothesized that lithium-containing mnHA/β-TCP scaffold with local sustained-releasing of PDGF-BB could restore the function of stem cells, and promote bone defect repair in high glucose state. In this study, first we will synthesize Li-mnHA/β-TCP scaffold, separately culture GSK-3β low-expression and over-expression mice stem cells, and establish diabetic mice cranial defect model. Then at the molecular, cellular and overall levels, by methods of gene transfection, in vivo imaging, transcriptome sequencing, et al, we will investigate the specific role of GSK-3β in the process of osteogenesis inhibition induced by high glucose and the regulatory mechanism of PDGF-BB/PI3K/GSK-3β signal axis, explore the effect of Li-mnHA/β-TCP with local sustained-releasing of PDGF-BB on the function of stem cells and the cranial defect repair of diabetic mice. The results of this study will reveal the specific mechanism and solutions of osteogenesis inhibition in high glucose environment, and provide references for the restoration of bone defects in clinical diabetic patients.
糖尿病骨缺损修复一直是临床治疗难点,与干细胞功能障碍导致的愈合缓慢密切相关。GSK-3β参与干细胞衰老、糖代谢等多种生物学功能,与骨形成密切相关,但目前国内外关于高糖状态下如何调控GSK-3β进而促进新骨形成方面的研究较少。基于以上研究背景,本研究构建了一系列生物材料应用于糖尿病骨缺损修复,探讨了PDGF-BB/PI3K信号轴在高糖引发GSK-3β介导的成骨抑制过程中的调控机理。首先我们构建了缓释PDGF-BB的复合生物支架材料,并在体内外对其促血管生成能力、促细胞迁移能力、促成骨能力进行验证,实验结果表明,负载PDGF-BB的纳米复合水凝胶可以恢复干细胞功能,显著提高干细胞的迁移、成骨及成血管能力,进而改善高糖状态下骨缺损的修复效果。同时我们也构建了不同的材料体系,如含锂介孔生物活性玻璃、二甲双胍复合MOF纳米颗粒、糖响应性改性水凝胶、新型的硫酸软骨素锂水凝胶德等,这些材料体系都有良好的挽救干细胞生理功能的作用,体外实验检测各种生物材料的生物安全性、促细胞增殖能力、成骨活性、成血管能力等;体内方面通过构建正常及糖尿病动物颅骨缺损动物模型,采用不同生物材料进行修复,观察高糖状态下骨缺损的修复效果,以期为临床治疗提供参考。我们也利用这些新型生物材料深入探究了PI3K/GSK-3β信号轴在糖尿病成骨中的关键作用,糖尿病鼠的骨髓间充质干细胞中存在GSK-3β的异常激活,同样在体外高糖刺激下BMSCs的GSK-3β在Ser9位点的磷酸化水平显著降低,抑制GSK-3β活性不仅有利于细胞迁移,还有利于细胞的成骨向分化,最终增强局部骨缺损修复效果。本课题结果将揭示高糖环境下成骨抑制的具体机制及解决方案,为临床糖尿病患者骨缺损修复提供参考,为支架材料的开发与应用提供新思路。
共价有机框架局部缓释sRAGE和SDF-1对高糖状态下骨缺损修复的影响及调控机制
  • 批准号:
    81670958
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    58.0万元
  • 批准年份:
    2016
  • 负责人:
    刘加强
  • 依托单位:
高糖环境下AGEs对大鼠成骨细胞Caspase-3凋亡通路的调控及颌骨缺损修复的影响
  • 批准号:
    81371178
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    70.0万元
  • 批准年份:
    2013
  • 负责人:
    刘加强
  • 依托单位:
国内基金
海外基金