改善骨细胞再生微环境的三维复合支撑骨架MSCs+dBECM-PGA+HA对于骨创伤的修复作用及其机制研究

Comminuted bone defect caused by serious trauma can lead to serious bone defect and induce the disability of activity and sensory disturbance which will seriously affect the patients’ living quality. Bone cell regeneration microenvironment is crucial for bone repair. However, few artificial bone materials qualify the requirement for supporting bone cell regeneration microenvironment. Based on our novel synthetic material “Polyglutamic acid–hydroxyapatite (PGA+HA)”, a novel three dimensional supporting scaffold “MSCs+dBECM-PGA+HA” is constructed, which contains decellularized bone extracellular matrix (dBECM) and mesenchymal stem cells (MSCs) in its internal space. After in situ transplantation, MSCs+dBECM-PGA+HA will tightly attach to the residual bone fracture and form a three-dimensional supporting scaffold protecting the microenvironment for bone cell regeneration, which promotes the proliferation, adhesion and migration of bone cells. With the comprehensive evaluation including cytology, imaging, pathology and molecular biology, the repair effects and intrinsic mechanism of the three dimensional supporting scaffold MSCs+dBECM-PGA+HA for bone damage model animals will be investigated, and the comprehensive evaluation systems will be established. Combining the multiple advantages of dBECM, stem cells and novel preparation technology, the novel scaffold MSCs+dBECM-PGA+HA might be used to realize the safe and efficient repair for bone defect.

严重创伤造成粉碎性骨折，导致大段骨缺损，引起机体活动功能障碍和伴神经感觉障碍，严重影响患者生活质量。骨细胞再生微环境对于骨创伤修复至关重要，目前尚未见维护骨细胞再生微环境的人工骨架材料。项目组应用前期创新合成生物可降解的聚谷氨酸-羟基磷灰石复合管腔材料(PGA+HA)，包载具有组织修复再生能力的低等动物骨脱细胞基质(dBECM)凝胶和骨髓间充质干细胞(MSCs)，构建新型骨架材料MSCs+dBECM-PGA+HA，原位移植到骨断端处，形成紧密贴合骨组织的三维支撑型骨架，形成促进骨细胞再生的微环境，促进骨细胞的增殖、黏附和迁移。本项目通过细胞学、影像学、病理学、分子生物学等综合评价方法，研究原位移植三维骨架MSCs+dBECM-PGA+HA对于骨创伤模型动物的高效修复作用及其机制，建立综合评价体系，发挥脱细胞基质材料、干细胞移植、制剂新技术多学科技术优势，以期实现安全高效的骨创伤的修复治疗。

骨缺损是一种最常见的损伤，已成为全球关注的医疗问题，治疗不够及时彻底，将严重影响人们的活动功能和生活质量。骨细胞再生微环境对于骨创伤修复至关重要，本项目组制备了可维护骨细胞再生微环境的人工骨架材料。项目组探索了骨脱细胞基质（dBECM）和γ-聚谷氨酸（γ-PGA）的制备工艺，并成功制备了包载低等动物骨脱细胞基质(dBECM)凝胶和骨髓间充质干细胞(MSCs)的聚谷氨酸-羟基磷灰石复合管腔材料(PGA+HA)。本项目综合利用了γ-聚谷氨酸（PGA）、羟基磷灰石（HA）多种材料，针对各种材料技术的优点和不足，利用制剂新技术和创新组合模式，为骨细胞的诱导再生和定向生长创建最佳的环境。应用γ-聚谷氨酸（PGA）制备支架，不仅为骨细胞提供良好的容纳和生存环境，也降低了异种移植常见的排斥反应。低等动物骨脱细胞基质(dBECM)为骨髓间充质干细胞(MSCs)提供良好的生物微环境，并且证明有促进羟基磷灰石降解的作用。创新制备了PGA+HA复合材料，促进了软骨和软骨下骨的定向分化，发挥HA和γ-聚谷氨酸自固化的优势，保证骨损伤修复过程中骨架机械强度的维持。此外，项目组成功将材料原位移植到骨缺损处，促进骨细胞再生，骨细胞的增殖、黏附好迁移，达到了预期的效果。本项目基于前期基础，发挥申报单位骨科重点学科的平台和技术优势，综合应用现代细胞学、药理学、影像学、病理学、分子生物学等多种评价方法，成功构建骨创伤修复再生的综合评价体系，以及全面客观的评价原位移植管腔型三维复合支撑骨架MSCs+dBECM-PGA+HA的安全性和有效性，探索多学科材料和技术的联合应用策略，实现骨创伤治疗的综合模式，为临床技术应用方案的优化奠定了基础。依托本项目已发表多篇论文，获得了发明专利，指导培养了多名博硕士研究生，按照计划完成各项预期指标。