BMSCs+PLGA三维支架在活体应力环境下成骨分化的MAPK信号转导机制

骨髓间充质干细胞（BMSCs）在骨组织修复过程中发挥着重要作用。研究发现：体外应力加载能够促进BMSCs的成骨分化，MAPK信号通路是基本的信号传递途径。然而，目前的研究多是采用体外单一应力加载的研究结果。在活体内，由于应力环境及细胞成份的复杂性，BMSCs成骨分化过程中MAPK通路的力信号转导机制尚不清楚。研究活体应力环境下BMSCs成骨分化的力信号转导机制，对于探索骨折愈合的最佳应力环境、骨不连的发生机制有重要意义，并可为今后从信号转导途径入手，寻求促进骨修复和骨形成的新方法奠定理论基础。本研究拟构建体外BMSCs＋PLGA三维培养体系，建立骨不连持续加压和静态固定动物模型，将三维支架进行骨不连端活体内移植，特异性抑制剂分别阻断ERK1/2、P38信号通路，研究不同固定模式对三维体系中BMSCs的成骨分化作用及MAPK通路的力信号转导机制，同时评价体外应力加载细胞支架临床应用的可行性。

骨髓间充质干细胞（BMSCs）在骨折修复和组织工程方面显示了广泛的应用前景，应力在BMSCs成骨分化过程中发挥着重要作用。本研究采取新西兰大白兔股骨下端骨髓，通过Percoll法进行BMSCs分离培养，加入PDGA三维支架，建立了BMSCs-PDGA三维培养体系；采用ANSYS6.0三维有限元软件对三维支架进行了应力分析；建立了兔肱骨骨不连持续加压和静态内固定的动物模型，进行了BMSCs-PDGA三维支架活体内移植，采用MAPK信号转导通路特性抑制剂U0126、SB203580进行了ERK1/2、P38信号转导通路阻断实验；对 MAPK信号通路阻断后BMSCs-PDGA三维支架的骨愈合能力进行了检测，分析了活体应力环境下BMSCs-PDGA三维支架的骨愈合作用及此过程中ERK1/2、P38信号通路发挥的作用。建立了体外BMSCs周期性流体静压力和剪切力加载装置，对三维支架进行了应力加载下培养，分析了体外应力加载下细胞支架的成骨能力；并对应用加载细胞支架进行了活体内移植，评价了体外应力加载细胞支架在促进骨愈合中的作用。.本研究过程中成功建立了BMSCs-PDGA三维培养体系，发现：持续压应力作用下p-ERK1/2活性显著增强，p-p38未见明显改变，持续压应力+p38信号通路阻断组骨折端骨愈合能力显著增强， ERK信号阻断后骨折端成骨能力下降，表明活体应力环境下BMSCs-PDGA三维支架有促进骨愈合的作用，ERK通路激活能够促进BMSCs的成骨分化，而抑制P38信号通路对活体应力环境下的骨愈合有促进作用。.三维支架应力加载后能够促进BMSCs的骨向分化，以复合周期性流体静压力和剪切力加载最为显著，应力加载三维支架植入兔肱骨骨不连端能够促进骨折愈合，而ERK信号通路阻断后其愈合能力显著降低，表明周期性流体静压力和剪切力通过激活ERK信号通路促进BMSCs的骨向分化，从而促进骨折愈合。本研究初步明确了ERK及p38信号通路在BMSCs成骨分化中的作用，激活ERK信号通路能够促进BMSCs成骨分化，p38信号通路可能对ERK信号通路起平衡作用，周期性流体静压力和剪切力是BMSCs成骨分化的最佳的应力加载方式。.本项目已申请国家发明专利5项，发表SCI论文5篇，另有1篇已投稿，在国内核心期刊发表论文2篇。课题研究过程中培养博士研究生1名，硕士研究生2名。