内皮素1促进骨髓基质干细胞成骨成血管及其分子机制的实验研究

The reconstruction of bone defects is still a big challenge in clinic. Tissue engineered bone provides a new approach. Exploring new growth factors which can promote bone formation and angiogenesis is one of the hot fields of tissue engineering. EDN1 is a 21 amino acids peptide that binds to EDNRA and EDNRB receptors with the latter functioning in ligand clearance. EDN1, EDNRA or EDN1 targeted gene deletion leads to hypoplasia of branchial arch-derived organs and cardiovascular system. EDN1 can promote cell proliferation and new bone formation of osteoblast cells in vitro. It promotes angiogenesis in tissue regeneration and promotes vascular smooth muscle cells to secrete IL-6. Currently, whether EDN1 can stimulate bone marrow-derived stem cells (BMSCs) to form new bone and vessels has not been reported. Therefore, this study intends to establish EDN1 over-expressed rat BMSCs cells and to identify the biological characteristics of BMSCs-EDN1 cells. The therapeutic potential on critical-sized bone defects will be evaluated with silk scaffold in a rat model as well as new bone formation, angiogenesis, stem cell mobilization and the terminal differentiation of the rBMSCs-EDN1 cells. This study will provide important experimental evidences in applications of EDN1 in bone tissue engineering.

骨缺损的修复是临床医学面临的重大难题。组织工程化骨为其提供了新策略。探索促进种子细胞成骨成血管能力的生长因子是组织工程研究热点之一。EDN1由21个氨基酸组成，与受体EDNRA 和EDNRB结合发挥作用。EDN1、EDNRA或EDN1下游靶向基因缺失均会导致腮弓来源组织器官和心血管系统发育不全。EDN1可以促进成骨细胞增殖和新骨形成；参与损伤组织中血管新生；促进血管平滑肌细胞分泌IL-6。目前，EDN1是否有促进骨髓基质干细胞（BMSCs）成骨成血管的作用尚未见报道。因此，本研究拟在体内外系统研究EDN1对BMSCs细胞的作用，观察EDN1对BMSCs细胞生物学行为以及其成骨成血管能力的影响，探讨其作用机制；评价EDN1过表达BMSCs细胞复合丝蛋白支架材料修复颅骨缺损的效果；并观察rBMSCs-EDN1细胞干细胞动员能力及其在体内的终末分化方向。为EDN1在骨组织工程中的应用奠定基础。

骨缺损修复是临床医学面临的重大难题。组织工程化骨为其提供新策略。探索促进种子细胞成骨成血管能力的生长因子是组织工程研究热点之一。EDN1由21个氨基酸组成，与受体EDNRA和EDNRB结合发挥作用促进成骨细胞增殖和新骨形成；参与损伤组织中血管新生；促进血管平滑肌细胞分泌IL-6。目前，EDN1是否有促进骨髓基质干细胞（BMSCs）成骨成血管的作用尚未见报道。本研究通过体内外系统研究EDN1对BMSCs细胞的作用，观察EDN1对BMSCs细胞生物学行为以及其成骨成血管能力的影响，探讨其作用机制；评价负载EDN1过表达BMSCs细胞支架材料修复颅骨缺损的效果；并观察rBMSCs-EDN1细胞干细胞动员能力及其在体内的终末分化方向。本项目成功克隆 EDN1基因，构建了慢病毒表达载体，建立了稳定表达rBMSCs-EDN1细胞；体内外结果显示rBMSCs-EDN1增殖能力明显增强，且EDN1对BMSCs细胞无致瘤性；体外实验显示rBMSCs-EDN1细胞成骨/成血管能力明显提高，将其负载于CPC多孔支架用于大鼠颅骨缺损修复发现过表达EDN1细胞能有效促进缺损部位血管化骨再生。本课题研究获得了大量有价值的实验数据，为EDN1在骨组织工程中的应用提供了理论基础和实验依据。