类骨膜新型分子内交联自支持膜负载BMP-2机制及其调控干细胞作用机理研究
批准号:
32071326
项目类别:
面上项目
资助金额:
55.0 万元
负责人:
赵名艳
依托单位:
学科分类:
生物材料与生物效应
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
赵名艳
中文摘要
材料与机体组织整合并诱导组织新生是组织工程研究的热点与难点。材料表面控释生长因子是诱导组织再生重要途径,而基质材料是否影响生长因子对干细胞作用活性及影响机制并不明确。骨膜是增加骨与周围组织融合的关键,我们前期以氧化硫酸软骨素与胶原构建分子内交联聚电解质膜,发现其具有类骨膜功能。本项目拟进一步以该体系制备类骨膜结构和功能的分子内交联自支持(FS)膜,研究组装条件对膜性质影响;通过研究膜内BMP-2负载、释放、扩散及结合行为,揭示负载方式对细胞作用形式的影响;从受体水平研究膜内BMP-2对干细胞行为的调控机制,阐明BMP-2作用形式对其作用活性的影响;通过对比研究胶原和壳聚糖组成膜上干细胞成骨分化及膜重塑情况,揭示膜体系依赖性BMP-2与整合素协同作用机制及其对骨再生的影响。通过相关基础科学问题探究,了解该FS膜体系诱导组织整合与再生机理,推进其组织修复应用,为生长因子控释材料设计开辟新思路。
英文摘要
The integration of biomaterials with host tissue and induction of tissue regeneration is a hot and challenge topic in tissue engineering. There, the controlled release of growth factors within matrix materials has emerged as a promising way to induce tissue regeneration. Yet, it is not clear whether the matrix material can affect the way of action and activity of growth factors and its potential mechanism underlying. Periosteum plays a significant role in connecting bone with its surrounding tissues. We developed previously an innovative intrinsic cross-linked multilayer system using oxidized chondroitin sulfate (oCS) and collagen I (Col I) that resembles to the function of periosteum. Here, the layer by layer dip coating method is applied to further build up a periosteum-liked and intrinsic cross-linked freestanding multilayer films (FS) using this system. Studies will be carried out to investigate the effect of assembly conditions on the bulk and surface properties of FS films. The action of BMP-2 in the films particularly regarding uptake, release and also diffusion and bonding of BMP-2 inside the films will further studied to conclude whether the immobilization of BMP-2 determines the way of presentation to cells (soluble or matrix-bounded). In addition, we will investigate how BMP-2 is regulating cell adhesion, differentiation and the ability of matrix remodeling at receptor level depending on its way of presentation either being diffusible or ionically/covalently tethered to FS films. Since there is cross-talk between growth factor- and integrin-related signal transduction, underlying molecular mechanism will be studied in depth to understand better, how the presence of extracellular matrix molecules Col I and the way of BMP-2 immobilization depending on the kind of FS films affect osteogenic differentiation. This project will provide a better understanding on this novel intrinsic cross-linked FS film system and its role on driving tissue integration and regeneration, and thus promote its application for repair of damaged tissues. The success of this project may also open new perspectives for the designing of controlled delivery system.
材料与机体组织整合并诱导组织新生是组织工程研究的热点与难点。材料表面控释生长因子是诱导组织再生重要途径,而基质材料是否影响生长因子对干细胞作用活性及影响机制并不明确。骨膜是增加骨与周围组织融合的关键,我们前期以氧化硫酸软骨素与胶原构建分子内交联聚电解质膜,发现其具有类骨膜功能。本项目采用层层自组装技术构建了具有类骨膜结构和功能的分子内交联自支持(FS)膜,研究了组装条件(CS氧化度、聚阳离子成分等)对膜性质影响,通过对比研究CS及oCS膜上BMP-2的负载、释放、扩散、结合行为及其调控BMSC生长、分化及基质重塑的作用,探讨了BMP-2负载方式对细胞作用形式及作用活性的影响。通过对比研究Chi与Col I,及有无BMP-2条件下FS膜对BMSC粘附、生长及成骨分化行为的调控作用,深入探讨了膜体系依赖性BMP-2与整合素协同作用机制及其对骨再生的影响。研究结果发现CS氧化度及聚阳离子成分(Chi或Col I)可显著影响膜理化性质,如膜硬度、拉伸强度、表面形貌、亲疏水性、粗糙度等。特别地,CS或oCS膜上BMP-2的负载方式及作用形式具有显著差别,其中BMP-2主要以离子结合方式负载于CS膜上,而以共价结合的方式负载于oCS膜上,且oCS膜上BMP-2主要以基质结合形式发挥作用。体外细胞实验发现,与CS膜相比,oCS膜可显著促进BMSCs的粘附、伸展及成骨分化,并影响细胞对Col I基质的重塑作用及对BMP-2的内化作用,表明BMP-2的负载形式将极大地影响其作用活性。此外,通过对比研究Chi与Col I膜上BMSCs的成骨分化能力发现,具有整合素结合位点的Col I膜可通过激活整合素信号通路促进成骨分化。而FS膜上BMP-2的负载则可通过BMP-2/SMAD信号通路促进成骨分化,且这一现象在oCS膜上更为显著。通过进一步对比研究有无BMP-2条件下,Chi和Col I膜上BMSC成骨分化能力发现,与单独具有激活整合素或BMP-2信号通路的FS膜相比,BMP-2负载的Col I膜可通过BMP-2与整合素信号通路协同促进成骨分化。研究结果揭示了该FS膜体系诱导组织整合与再生机理,为推进其组织修复应用,并为生物活性因子控释材料设计开辟了新思路。
新型工程化外泌体交联生物活性水凝胶
构建策略及其调控软骨再生修复机理研
究
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批准号:--
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项目类别:省市级项目
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资助金额:10.0万元
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批准年份:2025
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负责人:赵名艳
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依托单位:
水凝胶仿生干细胞三维微环境构建及其调控干细胞行为与功能的机制研究
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批准号:--
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项目类别:省市级项目
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资助金额:10.0万元
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批准年份:2021
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负责人:赵名艳
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依托单位:
骨再生用新型分子内交联膜控释体系负载BMP-2对干细胞的作用形式及调控机制研究
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批准号:--
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项目类别:省市级项目
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资助金额:10.0万元
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批准年份:2019
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负责人:赵名艳
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依托单位:
成骨细胞重塑胶原基聚电解质膜机制及其在骨基质形成中的作用研究
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批准号:31600772
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:20.0万元
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批准年份:2016
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负责人:赵名艳
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依托单位:
国内基金
海外基金