基质细胞衍生因子-1在组织工程修复软骨损伤时对间充质干细胞募集和促进分化的作用

The poor capicity of articular cartilage repair is a clinical problem. Cytokine in cartilge tissue engineering is focused. Recent researches showed SDF-1could process the stem cell homing. But it is not clear that wether the SDF-1 could recruit BMSCs and advance BMSCs defferatied into chondrocytes to repair cartilage defect. In this study, SDF-1 with defferent concentration were used to induce BMSC. Then the effect of SDF-1 on BMSCs were measured by Real-time PCR, ELISA, Western blotting. PLGA scaffold containing SDF-1were constructed. Transwell、stem cell marker、IHC stainning were used to measure the effect of BMSC recruit in vitro and in vivo. Rabbit cartilage defect model were constructed to observe of the cartialge repair effect of recruit BMSCs in vivo. Special staining methods and so on were used to detect the cartilage repair effect of PLGA scaffold containing SDF-1, in order to sovle the clinical problem.

关节软骨损伤后愈合能力差是困扰临床的一个难题, 将细胞因子用于组织工程修复软骨损伤已成为研究热点。最近研究表明，基质细胞衍生因子-1（SDF-1）能促进细胞进入增殖周期并能促进干细胞的归巢，而SDF-1能否募集骨髓间充质干细胞（BMSC）并促进BMSC向软骨细胞分化，目前尚不明了。本实验提出假设：软骨损伤后，SDF-1募集BMSCs,并促进BMSCs向软骨组织分化，修复软骨损伤。本实验首先利用Transwell、附载SDF-1的PLGA支架、干细胞标记、免疫组化等方法明确SDF-1在体内、外募集BMSC。然后用不同浓度的SDF-1诱导BMSC，用Real-time PCR、ELISA、Western blotting等方法检测SDF-1对BMSC表达软骨细胞表型的影响。最后, 用附载SDF-1的PLGA支架，修复关节软骨缺损动物模型，以期为解决临床难题提供方法。

由于关节软骨内无血管分布， 且软骨细胞被周围基质成分所包围， 因此软骨损伤后通常会发生不可逆的病理过程，引起关节功能改变。目前尚无结构、成分、 力学性质与正常关节软骨类似的再生透明软骨，关节软骨损伤后修复仍是骨科学没有解决的难题。目前的多种治疗方法存在种种缺陷从而限制了其临床应用，不能获得满意的治疗效果。应用组织工程技术构建组织工程软骨或骨软骨复合体被认为是目前最有可能解决此难题的技术手段。组织工程包括三大因素:种子细胞、支架材料和信号因子。骨髓间充质干细胞(BMSCs)具有多向分化潜能，已经被证实能够向骨、软骨等多种组织分化;由于体外培养细胞有失分化的风险，因此动员体内自体BMSCs修复软骨损伤是治疗软骨损伤的热点。SDF-1是骨髓基质细胞分泌的一种重要趋化因子。体内研究表明，造血干细胞的归巢能力与骨髓基质细胞和内皮细胞分泌的SDF-1有关，也与其本身表达SDF-1特异性受体CXCR4强弱有关。SDF-1在不同的细胞群体或在不同的环境中发挥不同的作用，目前机制还不清楚，尚需要更多研究去证实。 所以本研究重点集中于SDF-1能否募集BMSCs并促进BMSCs向软骨细胞分化。组织工程修复软骨过程中，支架不仅起着固定和运载细胞的作用，其性质与孔径也会影响到细胞的性质和功能。目前已有多种支架用于软骨组织工程来修复软骨损伤， PLGA 海绵支架是已被美国食品和药物管理局批准可用于临床的医用材料。PLGA海绵支架有相互交通的三维空间，为细胞提供了广阔的生存环境，而且能够允许细胞在三维空间中运动和迁移，可以允许细胞间进行信息传递、 营养物质转运、 代谢产物转运等；同时，细胞和细胞分泌的细胞外基质可以被限制在支架的三维结构中，有利于新生组织的结构改建和整合。综上，本研究利用PLGA海棉支架附载SDF-1，募集自体BMSCs，并利用软骨缺损部位微环境促进BMSCs向软骨细胞分化修复软骨缺损。因此本实验的研究内容有：1，体内外验证SDF-1内外验证SDF-1对BMSCs的趋化效应；2，验证利用SDF-1促进BMSCs表达软骨特征蛋白，Ⅱ型胶原及糖胺多糖；3，利用附载SDF-1的PLGA支架修复软骨缺损，以期为关节软骨损伤的治疗提供新思路，探索一条新途径。