羊膜间充质干细胞在骨缺损种植中促进骨再生的作用和机制研究

Based on the characteristics of osteogenesis and low immunogenicity of amniotic membrane mesenchymal stem cells(AMSCs), it's hypothesized that AMSCs may facilitate the proliferation and differentiation of bone mesenchymal stem cells (BMSCs) and angiogenesis of vascular endothelial cells (VECs), and therefore early bone regeneration and osteointegration would be achieved on the titanium surface of dental implants.To testify our hypothesis, firstly, according to the culture or coculture of AMSCs and BMSCs/VECs respectively in vitro, the effect of AMSCs on promoting osteogenesis and angiogenesis will be analyzed on cellular and molecular level. Secondly, with the application of pathway-focused microarray, the special pathways activated by AMSCs for promoting osteogenesis of BMSCs and angiogenesis of VECs will be explored and validated. Thirdly, by means of the experiment in which AMSCs are applied in the restoration of bone defects around dental implants in alveolar bone of Beagle dogs, the formation of new bone and vessels will be detected on histomorphometric,cytological and molecular biological level; meanwhile, indications related to osteointegration,outcomes of transplanted cells and genes about osteogenesis and angiogenesis will also be detected and analysed. The effect and mechanism of AMSCs which are used as seed cells for bone tissue engineering will be evaluated by our experiments, which can bring experimental foundations and theoretical basis for bone regeneration and effective repairment of bone defects around dental implants.

基于羊膜间充质干细胞（AMSCs）具有分化成骨等功能和低免疫原性的特点，提出AMSCs能够促进骨髓间充质干细胞（BMMSCs）增殖分化成骨、并能促进血管化从而达到在钛种植体表面早期骨再生。本项目拟在钛材表面运用AMSCs、BMMSCs和血管内皮细胞分别培养或共培养的方法，从细胞和分子水平比较AMSCs在促进骨形成和血管发生中的作用；通过功能分类PCR芯片，探索并验证AMSCs对促进BMMSCs向成骨细胞分化和促进血管内皮细胞生成血管的机制。在此基础上利用AMSCs、AMSCs和BMMSCs混合修复Beagle犬牙种植体周围骨缺损，从组织形态学、细胞学、分子生物学水平检测新生骨和血管形成、骨结合的相关指标、移植细胞的转归、成骨和血管发生相关基因等，评价AMSCs作为组织工程骨种子细胞在骨再生中的作用、效果和机制，为骨缺损种植的骨再生研究提供实验基础，为临床治疗种植体周围骨缺损提供理论依据。

种植义齿是目前牙齿缺失和牙列缺失最有应用前景的修复方式。种植体周围存在的骨缺损是影响种植体长期稳定和形成良好骨结合的重要原因。因此，如何解决牙种植体周围骨量不足、促进骨再生，是口腔种植领域的难点和重要的科学问题。目前临床上采取的骨增量技术存在手术创伤大，获取量有限，移植后吸收，可能有免疫排斥反应或传染疾病，存在伦理问题等缺陷。随着骨组织工程学的发展，组织工程化骨在牙种植领域的研究。种子细胞是组织工程的三个基本要素之一，选择适当的种子细胞在骨组织工程中起着关键的作用。羊膜间充质干细胞可从分娩后废弃的胎盘中获得，是一种获取简单、产量高、低免疫原性、无伦理学限制的再生医学细胞来源。在本项目中，我们研究了羊膜间充质干细胞在体外共培养体系中对骨髓间充质干细胞、氧化应激损伤后的骨髓间充质干细胞、炎症刺激损伤后的骨髓间充质干细胞在成骨方向的促进能力以及相应的潜在机制。此外，对于组织工程骨来说，血管化程度是提高成骨速度与质量的重要因素。因此我们进一步研究了羊膜间充质干细胞在体外共培养体系中对脐静脉内皮细胞在成血管方向的促进能力以及相应的潜在机制。在此基础上，我们将羊膜间充质干细胞、骨髓间充质干细胞与骨支架材料混合接种，用于治疗兔颅骨骨缺损区。我们的研究证实：1.羊膜间充质干细胞能够通过ERK1/2信号通路促进骨髓间充质干细胞向成骨方向分化2.羊膜间充质干细胞能够通过ERK1/2信号通路纠正氧化应激损伤后的骨髓间充质干细胞并促进其向成骨方向分化3.羊膜间充质干细胞能够通过P38信号通路纠正炎症刺激损伤后的骨髓间充质干细胞并促进其向成骨方向分化4. 羊膜间充质干细胞能够作为血管周细胞通过旁分泌作用促进脐静脉内皮细胞血管新生5. 羊膜间充质干细胞能够通过立体培养体系促进兔颅骨骨缺损区骨质及血管新生。这些结果为利用羊膜间充质干细胞作为种子细胞治疗种植区骨量不足提供实验依据。