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生物3D打印构建Wnt/β-catenin通路双向调节支架引导关节软骨-软骨下骨一体化修复的作用与机制研究

批准号:
82072412
项目类别:
面上项目
资助金额:
55.0 万元
负责人:
王金武
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:
王金武

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
在关节骨软骨缺损的一体化修复过程中,如何提高3D打印支架的生物活性,诱导上层透明软骨再生并维持其表型,同时促进软骨下骨快速生成是当前组织工程研究的重点和难点。课题组前期研究发现BMP-7与Wnt/β-catenin通路的抑制剂IWP-2序列刺激能够促进干细胞向透明软骨分化并维持其表型,而BMP-7与Wnt/β-catenin通路的促进剂poly-P序列刺激能够诱导干细胞发生软骨内成骨。鉴此,本研究聚焦BMP-7协同Wnt/β-catenin通路的双向调节,提出了通过海藻酸钠微球核壳分层装载BMP-7与IWP-2或poly-P用以制备软骨相及骨相生物墨水,采用3D生物打印技术一体化构建结构与成分差异化、细胞高负载的骨软骨复合支架,通过系统性研究该复合支架的理化性能、在透明软骨诱导及维持、骨快速发生中的促进作用及可能的分子机制,为临床上构建新型软骨-软骨下骨缺损一体化修复材料提供实验依据。
英文摘要
Articular cartilage and subchondral bone defects severely destruct the structural integrity and biofunction of the joint. How to prepare a bifunctional scaffold, which is capable of inducing the regeneration of hyaline cartilage and subchondral bone simultaneously, still remains a great challenge in tissue engineering. BMP-7 is an important stimulator for cartilage regeneration. However, it may cause chondrocyte hypertrophy and ossification. Our team's previous research found that BMP-7 interacted with the Wnt/β-catenin pathway inhibitor IWP-2 or the promoter poly-P could induce bone marrow mesenchymal stem cells (BMSCs) to differentiate into cartilage and osteogenesis respectively. Based on this, we proposed that the positive or negative activation of Wnt/β-catenin pathway after the stimulation of BMP-7 may promote the regeneration of cartilage and subchondral bone simultaneously. To test this hypothesis, double layered alginate particles loading with BMP-7 in core and IWP-2 or poly- P on the surface, is designed to mix with the bio-inks (chondroitin sulfate) for fabrication of cartilage and bone respectively. Then, a structurally differentiated and heterogeneous osteochondral scaffold will be prepared with 3D bioprinting technology. Furthermore, systematic research on induction and maintenance of hyaline cartilage and rapid bone formation will be carried out. In conclusion, the promotive effect and the investigation of the possible underlying mechanism in the present study may provide experimental basis for constructing a new cartilage-subchondral scaffolds in clinical.
本课题成功构建了基于3D打印技术的骨软骨一体化修复支架,设计了一种双层微球药物控释体系,并探索了Wnt/β-catenin信号通路在骨软骨修复中的作用。研究表明,Wnt/β-catenin信号通路的激活能够显著促进骨软骨的再生修复,并抑制破骨细胞的活动。具体而言,通过将甲状旁腺激素(1-34)(PTH(1-34))与BMP家族生长因子联合加载至支架中,激活了Wnt/β-catenin信号通路,显著提高了骨软骨修复效果。该研究还优化了药物递送策略,通过将药物直接融入3D打印墨水或吸附在支架材料中,提高了药物释放的可控性和疗效。此外,本课题在动物实验中验证了加载PTH(1-34)的支架在促进骨软骨修复中的显著作用,特别是在兔肱骨头缺损模型中,结果显示,激活Wnt/β-catenin通路不仅促进了新骨形成,而且抑制了破骨细胞的活性。进一步研究发现,动态压缩与PTH结合可促进软骨分化,并抑制软骨内骨化,而与HA结合则加速软骨内骨化和成骨过程。本课题为骨软骨缺损的治疗提供了新思路,通过结合3D打印技术与信号通路激活的策略,开发了高效的骨软骨修复材料,并为后续修复支架的优化设计提供了理论支持。该技术具有广泛的应用前景,未来可用于临床骨软骨缺损的精准治疗,推动骨软骨修复领域的发展。
3D打印医用材料菌种合成技术与机制研究及其在软硬组织修复中的临床应用
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2025
  • 负责人:
    王金武
  • 依托单位:
生物3D打印构建微环境力学仿生支架通过Hippo-YAP/TAZ通路促关节修复及机制研究
  • 批准号:
    82372377
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    49万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    王金武
  • 依托单位:
生物3D打印构建Wnt/β-catenin通路双向调节支架引导关节软骨-软骨下骨一体化修复的作用与机制研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    --
  • 资助金额:
    55万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    王金武
  • 依托单位:
Notch信号通路介导以Runx1 Ser48、303、424为靶点调控MSC成软骨分化成熟在骨关节炎软骨损伤修复中的作用及机制研究
  • 批准号:
    81772326
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    55.0万元
  • 批准年份:
    2017
  • 负责人:
    王金武
  • 依托单位:
国内基金
海外基金