控制性释放TPCA-1维持角膜基质细胞功能和促进角膜损伤修复的效应和机制研究

The development of corneal repair and regeneration strategies is important to solve the corneal donor deficiency in clinic. However, there is still a lack of understanding of the in vivo pathophysiological mechanisms of corneal injury, which makes it difficult to achieve structurally and functionally corneal repair and regeneration after corneal injury. The applicant's preliminary work initially found that the pro-inflammatory factor interleukin-1β (IL-1β) regulated the expression of keratocyte marker genes and proteins through the NF-kB pathway, and the NF-kB pathway inhibitor TPCA-1 can maintain keratocyte function in the pathological microenvironment. This project will further investigate the pathophysiological mechanisms of corneal injury induced by IL-1β, and achieve in vivo corneal repair and regeneration by the controlled release of TPCA-1. This project will use the in vivo alkali-burn model and in vitro IL-1β stimulation to simulate the pathological microenvironment of corneal injury to explore the effects of IL-1β and its downstream NF-kB pathway on keratocyte function. Furthermore, our previously developed patterned silk fibroin film will be optimized with suitable bio-degradation properties for the controlled release of TPCA-1 to evaluate its potential to maintain keratocyte function and promote corneal repair in animal models. This project will provide a new strategy and theoretical basis for the development of clinical treatment of corneal injury.

研发角膜损伤再生修复方法是解决临床角膜供体不足的有效手段，然而目前仍缺少对角膜损伤病理生理学机制的深入了解，从而难以实现角膜损伤后结构和功能上的修复再生。申请人前期实验结果初步发现促炎因子IL-1β通过NF-kB通路调控角膜基质细胞标志基因和蛋白的表达，而NF-kB通路抑制剂TPCA-1能够在病理微环境中维持角膜基质细胞的功能。本项目将进一步研究IL-1β诱导的角膜损伤病理生理学机制，并基于对TPCA-1的控制性释放，实现体内角膜组织的修复再生。本项目将利用体内碱烧伤模型和体外IL-1β刺激模拟角膜损伤病理微环境探索IL-1β及其下游NF-kB通路对角膜基质细胞功能的影响，并调节申请人前期研究构建的平行纳米丝素蛋白膜的降解性能以控制性释放TPCA-1，在动物模型上验证其维持角膜基质细胞正常功能和促进角膜修复的潜能。本项目将为开发角膜损伤临床治疗手段提供新的策略和理论依据。

研发角膜损伤再生修复方法是解决临床角膜供体不足的有效手段，然而目前仍缺少对角膜损伤病理生理学机制的深入了解，从而难以实现角膜损伤后结构和功能上的修复再生。申请人前期实验结果初步发现促炎因子IL-1β通过NF-κB通路调控角膜基质细胞标志基因和蛋白的表达，而NF-κB通路抑制剂TPCA-1能够在病理微环境中维持角膜基质细胞的功能。本项目将进一步研究IL-1β诱导的角膜损伤病理生理学机制，并基于对TPCA-1的控制性释放，实现体内角膜组织的修复再生。通过本项目的研究，我们明确了在角膜损伤病理环境下促炎因子IL-1β对角膜基质细胞功能的调控作用，阐明了NF-κB信号通路在IL-1β诱导的病理环境下对角膜基质细胞功能的影响，并且探讨了TPCA-1抑制NF-κB信号维持角膜基质细胞功能的可能性。进一步，我们利用机械交联法制备了丝素蛋白水凝胶控制性释放TPCA-1，在小鼠角膜机械损伤模型中能够有效维持角膜基质细胞正常功能、促进角膜损伤修复。最后，针对机械交联水凝胶的不足之处，优化了丝素蛋白水凝胶的构建方法，利用辣根过氧化物酶和过氧化氢制备酶联丝素蛋白水凝胶。进一步，通过加入锂藻土、蒙脱土、单宁酸或纳米酶优化制备了系列丝素蛋白生物活性水凝胶，水凝胶的力学性能、透明度、药物缓释性能与生物学功能得到大幅提升，适用于多种难愈性损伤组织的修复重建。通过对本项目的研究，不仅对角膜损伤后修复的病理生理学机制有更清晰明确的认知，而且构建了一种新型的角膜组织工程支架为临床治疗角膜损伤提供新的策略和理论依据。此外，本研究开发的系列丝素蛋白生物活性水凝胶，适用于多种组织修复重建需求，为丝素蛋白的临床应用开拓广阔的前景。