肌肉来源细胞再生肌腱组织的相关分子机制及大动物体内研究

The ideal seed cells for tendon engineering should have good proliferation and histogenesis capacity. As we found in initial research, muscle derived cells (MDCs), which have better proliferation capacity compared to tenocytes, can form engineered tendon that has tensile strength 5.6 times stronger than that of tenocytes, and express Tenomodulin, the tendon specific marker in the meanwhile. However, it is not clear about the mechanism that MDCs transdifferentiation to tendon tissue, and the possibility of MDCs constructed tendon being applied to repair tendon defects. This study begins with optimizing constitutions and proportions of unpurified MDCs. It goes further to discuss the tendon formative mechanism of MDCs by analyzing the regulative function that FGF-4 knockdown and overexpression during the formation, and by studying the mechanism of FGF-4/FGFR/Pea3/SCX signaling pathway. Ultimately, having applied this tentative mechanism to optimize the in vitro culture condition, construct engineering tendon and repaired tendon defects of large mammals through in vivo and in vitro combined method. The ultimate purpose of the study is to provide scientific basis for clinical application of MDCs construct high-strength tendon.

理想的用于构建肌腱的种子细胞应具有良好的增殖能力及组织形成能力。前期研究中我们发现，肌肉来源细胞（MDCs）不仅具有明显强于肌腱细胞的增殖能力，而且能形成比肌腱细胞抗张强度高5.6倍的肌腱组织，还可表达肌腱特异标志Tenomodulin（TNMD）。但目前尚不明确MDCs形成高力学强度肌腱组织的相关机制，以及MDCs形成的肌腱是否具有修复肌腱缺损的能力。因此，本课题将在优化MDC成分的基础上，进一步探讨MDCs形成肌腱组织的相关机制，分析FGF-4 knockdown和过表达对MDCs向肌腱系转化及肌腱组织形成的调控作用，研究FGF-4/FGFR/Pea3/SCX通路在MDCs成肌腱中的作用机制；最终应用初步探明的机制优化体外构建环境，通过体外及体内联合的方法构建肌腱组织并修复大型哺乳动物肌腱缺损。以期为基于MDCs的高强度工程化肌腱下一步的临床转化研究提供科学依据。

肌腱再生是整形外科及手外科领域所面临的一项棘手问题，组织工程技术提供了新的希望。种子细胞是肌腱再生中最重要的部分，理想的用于构建肌腱的种子细胞应具有良好的增殖能力及组织形成能力。前期研究中我们发现，肌肉来源细胞（MDCs）不仅具有明显强于肌腱细胞的增殖能力，而且能形成比肌腱细胞抗张强度高 5.6 倍的肌腱组织，还可表达肌腱特异标志Tenomodulin（TNMD）。但目前尚不明确 MDCs 形成高力学强度肌腱组织的相关机制，以及 MDCs与其他种子细胞相比有何优势。针对这些问题本课题开展一系列研究，结果表明，肌肉来源细胞与其他常用种子细胞相比具有先天性的肌腱形成能力的优势。力学刺激与低氧环境有利于肌腱再生，其机制可能是通过TGF-β通路的调控。肌肉来源细胞中的肌肉成分是肌腱再生的关键，其机制可能与Cam2、 Il1rl1、 Lrrn4cl、 Aldh1a2、 Aspn、 Cnn1等相关。通过这一系列问题的阐明，有望为肌肉来源细胞再生高强度工程化肌腱下一步的临床转化研究提供科学依据。