基于MRI UTE成像从单细胞水平研究骨髓间充质干细胞促进肩袖术后腱骨愈合的机制
批准号:
82102013
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
谢玉雪
依托单位:
学科分类:
磁共振成像
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
谢玉雪
中文摘要
肩袖撕裂的发生率很高,在中老年人中尤为常见。目前症状性撕裂的治疗以修复手术为主。肩袖是一种无法再生组织、术后腱骨连接区(TBI)只能形成瘢痕组织,再撕率高达94%。骨髓来源间充质干细胞(BMSCs)能够向组织中各个谱系分化,在促进TBI再生愈合中能发挥重要作用;但其定向分化机制尚不清晰,阻碍了干细胞疗法向临床应用的转化。本项目成功建立兔肩袖损伤修复模型,通过纵向研究证实MRI UTE能对术后肩袖TBI愈合过程进行无创定量评估,并证实BMSCs在肩袖修补术后TBI愈合中发挥促进作用。为了进一步揭示愈合过程中BMSCs定向分化的机制,本实验将采用单细胞测序技术解析该过程不同阶段的基因表达差异及细胞动态构成,并将基因表达量与定量UTE指标进行相关性分析筛选出愈合情况相关的预测基因。研究所获结果将为解码TBI再生的BMSCs定向分化体系奠定基础,有助于促进干细胞应用于肩袖愈合向临床转化。
英文摘要
Rotator cuff tears have a high incidence, especially in middle-aged and elderly people. At present, the treatment of symptomatic tears is mainly repair surgery. However, only scar tissue can be formed in the tendon-bone interface (TBI) after rotator cuff surgery since it is a kind of non-regeneratable tissue, and the re-tear rate was reported to be up to 94%. Bone marrow-derived mesenchymal stem cells (BMSCs) can differentiate into various lineages, enable it playing a role in promoting the regeneration and healing of TBI; however, the directed differentiation mechanism during this process is not clear, which hinders the translation of stem cell therapy to clinical applications. In our previous studies, a rabbit rotator cuff repair model was successfully established. Furthermore, longitudinal studies have confirmed that MRI UTE can perform as a non-invasive quantitative assessment of the postoperative TBI healing process and confirmed that BMSCs play a role in promoting TBI healing after rotator cuff repair. In order to further reveal the directed differentiation mechanism of BMSCs, we will use single cell sequencing technology to analyze the differences in gene expression and cell dynamics at different stages of the process, and analyze the correlation between gene expression and quantitative UTE indicators to screen out healing-related predictive genes. The results of the research will lay the foundation for decoding the targeted differentiation system of BMSCs for TBI regeneration and help promote the clinical translation of stem cells into the treatment of rotator cuff TBI healing.
本项目通过转录组学和定量影像学分析了肩袖撕裂修复术后早期的基因的相关表达模式,并分析了间充质干细胞在愈合过程中的作用和意义。本实验动物模型一共分为三组:首先选取60只8周的成年SD大鼠进行左侧肩关节肩袖损伤修复模型,其中30只在术中使用水凝胶注射1*107的间充质干细胞作为实验组(干细胞组),另外30只在术中仅注射水凝胶作为对照组。另外选取30只大鼠取左侧肩关节打开关节腔再缝合作为假干细胞组。模型建立后,其中9只大鼠肩关节出现感染征象,给予排除,因此最终干细胞组入组28只,对照组入组26只,假干细胞组入组27只。共采取三个时间点进行分析:2W(炎症期)、4W(愈合期)和6W(重塑期)。采用UTE-T2*mapping对肩袖愈合区域进行无创性监测,测量肩袖止点区域的UTE-T2*值,结果显示2W时干细胞组UTE-T2*值显著低于对照组,而高于假干细胞组。随后的4W和6W,干细胞组UTE-T2*值较对照组仍然更低,但是未表现出显著统计学差异。实验组和对照组在所有时间点均高于假干细胞组。扫描结束后进行取材手术,得到腱骨愈合处的样本,其中一半进行组织学分析(H-E染色、番红-固绿染色和Masson染色),另外一半进行转录组测序分析。结果显示试验组与对照组2W时富集到大量差异基因,以炎症和巨噬细胞炎性蛋白的相关基因为主。而在随后的时间点中,组织学结果提示两组间无统计学差异,两组间富集到的差异基因也显著下降,6W时只富集到26个差异基因,提示术后早期,干细胞的作用以术后早期下调炎症为主,而术后中晚期干细胞的作用已经不再显著。进一步的相关性分析显示,其中三种基因(MIP-1、CCL5、CXCL10)与肩袖愈合处UTE-T2*值的变化存在显著相关性,可作为肩袖愈合相关的潜在生物标志物。在接下来的实验中我们初步探索了巨噬细胞在干细胞促进肩袖愈合中的作用,采用CD206来对不同时间点肩袖愈合组织中的巨噬细胞进行免疫组化染色分析发现巨噬细胞在2W时显著富集,本课题组将继续深入探索多时序引入巨噬细胞在肩袖术后愈合中的作用和机制。
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