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基于3D仿生半月板支架的TGF-β1调控BMSCs促进半月板再生修复的机制研究

批准号:
82072451
项目类别:
面上项目
资助金额:
55.0 万元
负责人:
章亚东
学科分类:
骨、关节、软组织移植与重建
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
章亚东

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
半月板损伤是膝关节常见的软骨疾病,往往需切除半月板治疗,虽可缓解部分症状,但半月板切除会导致膝关节严重功能障碍。为此,本项目组模拟天然半月板结构,采用3D打印技术,构建PCL复合凝胶仿生支架,成功诱导了半月板再生修复,但机制不明。继续研究发现其中骨髓间充质干细胞(BMSCs)外泌体M2型巨噬细胞相关因子TGF-β1高表达,且能促进软骨细胞迁移和分化。由此,我们提出其机制假说:基于3D仿生PCL复合半月板支架,通过诱导BMSCs外泌体TGF-β1表达,调控M2型巨噬细胞极化,诱导软骨细胞形成,促进半月板软骨再生修复。本申请项目拟过表达和沉默BMSCs细胞TGF-β1后与PCL支架共培养,分析其外泌体及M2型巨噬细胞极化等改变;借助过表达和沉默TGF-β1的BMSCs复合半月板支架,探讨基于仿生支架的TGF-β1调控BMSCs促进半月板再生修复的机制,为临床治疗提供新切入点。
英文摘要
Meniscal injury is one of the most common knee joint diseases and often needs to remove during the treatment, which can lead to the mechanical imbalance and serious dysfunction of the knee joint. Our prior researches simulated the natural meniscus structure, constructed the scaffold of PCL composite fibrin gel by 3D printing technology, and successfully induced the regeneration and repair of meniscus. In order to explore the mechanism, we using qRT-PCR and found that the exosomes of bone marrow mesenchymal stem cells (BMSCs) based on meniscus scaffold can significantly induce the expression of TGF-β1 in M2 macrophages, and promote the migration and regeneration of chondrocytes. Therefore, we hypothesize that BMSCs derived exon derived from PCL composite fibrin gel 3D biomimetic meniscus scaffold can induce the expression of TGF-β1, regulate the polarization of M2 macrophages, and promote the regeneration and repair of meniscal chondrocytes. This project tries to overexpress and knockdown TGF-β1 in BMSCs, and co-culture with PCL scaffolds. The changes of exosomes and macrophage polarization were analyzed to elucidate the signal pathway regulated by TGF-β1. To observe the role of BMSCs,overexpression and silencing of TGF-β1 were implanted into the exosomes with meniscus scaffolds. We will demonstrate the molecular mechanism of TGF-β1 participating in the process of meniscus chondrocyte regeneration and repair and PCL scaffolds promoting meniscus regeneration and repair. The present study is expected to provide a new entry point for clinical treatment.
半月板是位于股骨髁和胫骨平台之间的半月形环状纤维软骨。它通过重新分配负荷、吸收冲击力和缓冲能力促进膝关节运动,从而保护关节软骨免受过度劳损和伤害。由于半月板的神经和血管数量有限,所以其损伤难以发现且愈合困难。因此,大多数有症状的患者需要进行半月板部分或全部切除术,最终加速关节老化。多项研究表明,半月板移植,尤其是异体半月板和合成半月板移植,是最有效的治疗方案。但是,此治疗方法都存在缺陷,无法广泛应用。因此,制备具有良好机械性能、生物相容性和再生能力的组织工程半月板支架对半月板原位再生具有重要意义。.本研究旨在探索PCL半月板支架、水凝胶、BMSC-Exos与TGF-β1的协同作用,用于半月板修复和软骨再生。通过制备复合支架并评估其理化性能与生物相容性,进一步通过动物实验研究其在半月板原位修复和关节软骨切除模型中的保护作用。同时,探讨BMSC-Exos与TGF-β1联合应用对巨噬细胞极化的影响及其改善骨关节炎微环境的机制,为治疗提供理论依据。.第一部分,我们发现PCL-水凝胶复合支架在体外实验中展现了优异的力学性能和生物活性,并在体内实验中显著促进了半月板再生,修复面积达81%,同时有效抑制了关节软骨退变(Mankin评分降低65%),证明了其在体内外的协同修复作用。第二部分,揭示了BMSC-Exos与TGF-β1通过激活PI3K/AKT通路和miR-140-5p-MMP13轴,协同促进软骨细胞增殖与迁移的分子机制,为外泌体基础的软骨修复策略提供了理论依据。第三部分,通过联合应用BMSC-Exos与TGF-β1,研究还发现其显著促进M2型巨噬细胞极化,抑制炎症因子(IL-6、IL-1β)的表达,为炎症性骨关节疾病的治疗提供了新的实验依据。.本项目研究以临床问题为导向,采用目前热点的软骨组织工程技术等,以研制新型仿生PCL复合纤维蛋白凝胶支架为切入点,深入探讨PCL凝胶复合支架、TGF-β1、BMSCs及其外泌体和巨噬细胞在半月板再生修复中的作用及其分子机制。此研究可能为解决半月板损伤和半月板缺损难题提供新的理论导向和途径。
脊髓继发性损伤中Ca2+介导的基因表达及其机理研究
  • 批准号:
    39900148
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    10.0万元
  • 批准年份:
    1999
  • 负责人:
    章亚东
  • 依托单位:
国内基金
海外基金