半月板细胞自分泌的ColIV-RECM促进半月板植入物血管长入和组织再生的作用及机制研究
批准号:
82072428
项目类别:
面上项目
资助金额:
55.0 万元
负责人:
江东
依托单位:
学科分类:
骨、关节、软组织损伤与修复
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
江东
中文摘要
半月板撕裂后难以自我修复。人工半月板植入后早期血管长入困难,影响其组织再生和长期疗效。我们采用自主研制的特殊培养基制备出半月板细胞自分泌的富含Ⅳ型胶原及细胞迁移相关蛋白的细胞外基质(ColⅣ-RECM),前期验证其可明显促进细胞迁移和血管生成。本项目拟通过细胞迁移和成管实验研究这种ColⅣ-RECM启动内皮细胞及半月板细胞趋化链式反应的机制;通过上下调ColⅣ的表达及向普通培养基添加迁移相关蛋白研究上述成分对细胞迁移及血管形成的影响;通过检测FAK-actin迁移相关细胞内信号磷酸化变化、迁移和未迁移的细胞的基因表达差异,阐明上述成分促进血管再生的作用及分子机制;制作兔半月板部分切除模型,用3D复合打印的ColⅣ-RECM与聚己内酯植入物修补缺损,探索其体内促进血管长入、组织再生的作用及机制。本项目可建立一种通过ECM修饰促进血管化的人工半月板构建新模式,并具有良好的应用前景。
英文摘要
Meniscal tears are common sports injuries. The difficulty of early blood vessel growth in the artificial meniscus implant affects its tissue regeneration and long-term efficacy. This study intends to use a special medium with independent intellectual property rights to act on meniscus fibrochondrocytes to produce an extracellular matrix (ColIV-RECM) rich in type IV collagen and cell migration-related proteins, which can promote early vascularization of meniscus. The migration and tube formation experiments were used to study the role of ColⅣ-RECM in initiating chemotactic chain reaction of vascular endothelial cells and meniscus fibrochondrocytes, and to clarify the mechanism of promoting vascular growth and meniscal regeneration.By studying the effects of regulating the expression of ColⅣ and adding migration-related proteins to normal medium on cell migration and angiogenesis; by detecting FAK-actin migration-related intracellular signal phosphorylation changes and gene expression differences between migrating and non-migrating cells, clarify the role and molecular mechanism of the above components in promoting vascular regeneration, and then use 3D printing technology to produce ColIV-RECM composite scaffold with polycaprolactone was implanted in situ into rabbit knee meniscus defects to explore its role and mechanism in promoting vascular growth and tissue regeneration of meniscus grafts in vivo. This project can establish a new model of artificial meniscus for promoting vascularization through extracellular matrix modification, and has a good application prospect.
半月板撕裂是发病率最高的膝关节损伤。半月板白区无血供,损伤后愈合困难,需行半月板切除术,但可增加骨性关节炎发生风险。同种异体半月板移植物来源有限,人工合成的半月板植入物早期血管化困难,影响其长期疗效,成为人工半月板推广应用瓶颈之一。促进血管长入的外源性细胞和因子的引入会增加生物安全性风险,不利于临床转化。目前使用的人工半月板难以兼顾生物相容性和力学强度。为解决上述问题,课题组利用自主研制的特殊培养基作用于半月板细胞,培养出富含Ⅳ型胶原的细胞外基质(COL IV-RECM),并与3D打印仿生异质性半月板支架复合,构建出兼具生物相容性及力学强度的新型半月板植入物。首先,制备半月板细胞自分泌的COL IV-RECM并验证COL IV-RECM促进细胞迁移及血管再生的性能。随后,通过热熔融沉积(FDM)3D打印技术构建出均一方形微孔、均一菱形微孔及梯度菱形微孔的半月板聚己内酯(PCL)支架,体外通过接种骨髓间充质干细胞(BMSCs)验证不同微孔的半月板支架对细胞增殖分化及细胞外基质(ECM)分布的作用;通过有限元及生物力学测试检测其力学性能;随后将三组不同微孔PCL支架植入兔膝关节,评估其体内促进半月板异质性组织再生及软骨保护性能。体内外实验结果表明具有梯度菱形微孔的PCL半月板支架具有较良好的力学性能,并可促进异质性半月板组织再生,为COL IV-RECM的支架复合提供了关键模型。进一步,将前期确定的梯度菱形微孔支架与其进行复合,构建出COL IV-RECM-PCL复合植入物。体内实验将单纯PCL支架、PCL-脱细胞外基质(dECM)支架及COL IV-RECM-PCL复合支架植入兔膝关节,结果发现COL IV-RECM-PCL复合植入物可明显促进ECM的分泌及半月板的组织再生。本项目构建的3D打印COL IV-RECM-PCL未来有望成为一种可供临床应用的半月板植入物,弥补半月板缺损修补材料的巨大需求缺口。
3D仿生支架复合外周血干细胞构建组织工程半月板的实验研究
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批准号:31670982
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项目类别:面上项目
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资助金额:64.0万元
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批准年份:2016
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负责人:江东
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依托单位:
外周血干细胞区域性诱导分化构建组织工程半月板的实验研究
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批准号:31200725
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:23.0万元
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批准年份:2012
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负责人:江东
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依托单位:
国内基金
海外基金