基体材料中溶出阳离子对骨形态发生蛋白活性的调控及作用机理研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    31100679
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    22.0万
  • 负责人：
    袁媛
  • 依托单位：
    华东理工大学
  • 学科分类：
    C1002.生物材料与生物效应
  • 结题年份：
    2014
  • 批准年份：
    2011
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2012-01-01 至2014-12-31

项目摘要

骨形态发生蛋白-2（BMP-2）是目前硬组织修复材料/植入体活性化最常用的细胞因子，高活性固载和高效使用是其目前临床应用中存在的最大挑战。阳离子可通过与氨基酸残基结合而影响蛋白的微观结构和活性。为此，本研究以临床常用钙磷基骨修复材料中溶出的钙、镁、硅、锶等典型阳离子为研究对象，系统地探索不同阳离子对BMP-2诱骨活性的影响，阐明过程的基本规律。在此基础上，采用现代蛋白分析和数学模拟的手段，并结合体外细胞实验，从原子、分子和细胞水平深入地研究不同阳离子对BMP-2微观结构、BMP-2受体结合以及细胞内分子作用通道相关蛋白和基因表达的影响，努力揭示基体材料中溶出阳离子对BMP-2生物活性的作用机制，构建阳离子影响BMP-2活性的理论模型。研究将为利于BMP高活性固载载体的设计与构筑提供直接的理论与实践基础，为降低BMP用量、提高使用效果提供新思路，同时为其它生长因子的活性调控提供借鉴。

结项摘要

维持和调控骨形态发生蛋白（BMP-2）的微观结构和成骨活性是提高其临床使用效果、降低使用剂量的有效手段。阳离子对蛋白的微观结构和活性有显著的影响。本研究以临床常用钙磷基骨修复材料中溶出的钙、镁、硅、锶等典型阳离子为研究对象，从细胞分子水平系统地研究不同阳离子影响对BMP-2诱骨活性的基本规律及相关机制。研究发现：①钙离子，低浓度的Ca2+(0.18 mM)可提高BMP-2诱导成骨分化的活性，而高钙离子浓度(18.0 mM) 则与BMP-2形成Ca-BMP-2的络合物，导致蛋白中的β-折叠和β-转角含量大大增加，进而通过抑制BMP-2与其受体的结合以及降低Smad1/5/8和p38丝裂原活化蛋白激酶蛋白两种信号通路传导从而降低BMP-2的成骨活性； ②镁离子，在实验浓度 (0~8.0 mM) 范围内，镁离子对rhBMP-2的活性无显著影响；③锶离子，锶离子（0.05 mM和1.00 mM）可迅速与BMP-2络合，抑制BMP-2与其细胞表面受体的结合效率及细胞内Smad信号通路的传导，从而抑制BMP-2体外成骨分化和体内成骨的效果。④ 硅离子，通过将硅酸钙（CS）掺入CPC粉末构建硅酸钙/磷酸钙骨水泥（CSPC）支架，发现CS与rhBMP-2可协同促进体外细胞的成骨分化以及体内骨再生。CSPC溶出的Si离子能够影响rhBMP-2的蛋白二级结构，有利于rhBMP-2与细胞表面受体结合从而刺激细胞向成骨分化。⑤地塞米松和rhBMP-2，壳聚糖/MSNs双载药体系可实现rhBMP-2的活性装载和控释，同时促进地塞米松的细胞转运，实现其细胞内靶点释放，最终从细胞内外协同促进细胞分化和体内成骨。项目执行期间获得国家自然科学二等奖1项及上海市自然科学一等奖1项（均排名第二）， 发表SCI收录论文4篇, 接受2篇，另有2篇SCI文章正在修改和投寄之中，大会特邀/分会报告4次。参与编写《生物医学工程》及《微纳米结构骨修复材料》，培养研究生3名。

项目成果

期刊论文数量（4）
专著数量（1）
科研奖励数量（1）
会议论文数量（4）
专利数量（0）
Endosomal pH-activatable magnetic nanoparticles-capped mesoporous silica for intracellular controlled release.
内体 pH 可激活的磁性纳米粒子封端介孔二氧化硅，用于细胞内控制释放。
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2012
  • 期刊：
    Journal of Materials Chemistry
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Qi Gan;Xunyu Lu;Wenjie Dong;Yuan Yuan;Jiangchao Qian;Yongsheng Li;Jianlin Shi;Changsheng Liu
  • 通讯作者：
    Changsheng Liu
rhBMP-2-loaded hierarchically porous calcium silicate/calcium phosphate cement/rhBMP-2 scaffold for bone tissue regeneration
负载rhBMP-2的分层多孔硅酸钙/磷酸钙水泥/rhBMP-2骨组织再生支架
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2013
  • 期刊：
    Biomaterials, 2013, 34: 9381-939293819381
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Zhang Jing;Zhou Huanjun;Yang Kai;Yuan Yuan;Liu Changsheng
  • 通讯作者：
    Liu Changsheng

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其他文献

基于母体血浆单体型分析无创产前检测脊髓性肌肉萎缩症的研究
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    --
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  • 通讯作者：
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    --
  • 作者：
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  • 通讯作者：
    袁媛
气相色谱氢火焰离子化检测法考察生炒茅苍术中β-桉叶醇及茅术醇含量变化
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    2020
  • 期刊：
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  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    韩宇;于艳;袁媛;樊晖;魏新智;茹艺
  • 通讯作者：
    茹艺

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相似海外基金

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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

        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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