力学因素复合cbfa1修饰的脂肪干细胞促进骨质疏松下颌骨牵张成骨的实验研究

本课题以促进老年骨质疏松患者下颌骨牵张成骨（Distraction Osteogenesis,DO）新骨形成，提高老年骨质疏松患者下颌骨DO的治疗效果，扩大DO的年龄适应范围为研究核心，建立骨质疏松并已行下颌骨牵张成骨的动物模型，采用Cbfa1基因修饰的脂肪干细胞进行局部基因治疗，探讨其提高骨质疏松动物DO成骨质量和数量的可能性；同时，在将携带Cbfa1的脂肪干细胞对骨质疏松DO进行基因治疗过程中，对比研究不同牵张速率和牵张频率对新骨形成的影响，筛选出不同于常规DO的可达到最佳促脂肪干细胞骨向分化和新骨形成的生物力学因素；此外，将体外培养的已转染Adv－Cbfa1基因的脂肪干细胞置于细胞加力系统中进行不同频率和应变值的张应力刺激后对细胞进行了相关研究，力图与动物实验结果相互印证并探讨了外施加力学因素对脂肪干细胞骨向分化的分子调控机制和缝隙连接在脂肪干细胞胞间力学信号传导中的作用机制。

本项目以促进老年骨质疏松患者下颌骨牵张成骨新骨形成，提高老年骨质疏松患者下颌骨DO 的治疗效果，扩大DO 的年龄适应范围为研究核心。本课题已完成计划书要求。本课题主要研究结果表明：.1 采用四点弯曲力学加载仪对体外培养的脂肪干细胞进行张应力刺激（(0.5 Hz,.2,000με , 2 h/day)后，能显著促进脂肪干细胞的体外骨向分化，细胞RUNX2, ALPL, osteonectin,osteopontin 和type I collagen等成骨相关基因的 mRNA和蛋白表达显著增强，表明适宜的机械力学刺激可提高脂肪干细胞的骨向分化能力。.2 Cbfa1是有效的力学信号传导分子，体外干扰Cbfa1后，脂肪干细胞骨向分化能力显著降低。.3 转染Cbfa1的脂肪干细胞在力学作用下其成骨分化能力显著增强。.4 我们成功建立了兔下颌骨牵张成骨骨质疏松动物模型，证实骨质疏松可能导致兔下颌骨牵张成骨成骨不良。.5 采用Adv-Cbfa1（hRunx2）-GFP转染的脂肪干细胞对骨质疏松下颌骨DO进行局部基因治疗后，结合组织学研究，影像学研究，microCT研究以及生物力学研究结果，表明该基因治疗能显著提高新骨的成骨质量和数量，补偿骨质疏松导致的成骨不良，证实该方法可提高老年骨质疏松患者下颌骨DO 的治疗效果，扩大DO 的年龄适应范围。.6采用Adv-Cbfa1（hRunx2）-GFP转染的脂肪干细胞对骨质疏松下颌骨DO进行局部基因治疗后，新骨中α5和β1亚单位﹑BMP-2﹑TGF-β，NF-kappaBp65mRNA和Cx43的表达显著增强。.7 Wnt5a是调节脂肪干细胞在力学因素作用下骨向分化的另一主要分子信号途径，力学因素作用后可开放Wnt5a通道， 促进脂肪干细胞的骨向分化。.8 DO中最佳促脂肪干细胞骨向分化和新骨形成的生物力学因素与常规DO基本一致，牵张速率为1mm/天，牵张频率为2-4次/天。.9应力作用后Adv-Cbfa1（hRunx2）-GFP基因转染的ASCs和无基因转染ASCs的胞间GJIC表现不同，表明基因治疗后细胞间缝隙连接出现变化。.10三维有限元结果证实术侧髁突应力分布较大，应力值变异在0.8 MP 到17.2 MP之间； 牵张区应力变化有一定规律，中心区应力较大，边缘应力值减小，应力变异在0.9 MP到 22.6 MP 之间。