负载miR-26a的尿源干细胞外泌体复合镁镧类水滑石/壳聚糖支架通过BMP/Smad通路促进骨再生

Repair of bone defects need osteogenic factors and scaffold. MicroRNA-26a (miR-26a) is key factor that regulate osteogenic and angiogenic differentiaiton. Exosome derived from urine stem cells (USCs-Exo) is ideal miRNA transport system. Rare earth lanthanum dopped scaffold can promote bone regeneration. On the basis of the previous studies, this project will explore the potential of USCs-Exo load miR-26a in combination with lanthanum dopped scaffold to repair bone defects. MiR-26a is transfected into USCs-Exo by electroporation, and the interaction between miR-26a loaded USCs-Exo with rat bone marrow mesenchymal stem cells (BMSCs) is studied. Then, magnesium lanthanum hydrotalcite/chitosan 3D porous scaffolds are prepared by freeze drying and in-situ transformation. Finally, USCs-Exo load miR-26a in combination with magnesium lanthanum hydrotalcite/chitosan scaffold is implanted into the bone defect, and bone regeneration is detected.The implementation of this project will provide a new method for the repair of bone defects .

骨缺损修复需要成骨相关因子和支架材料。microRNA-26a（miR-26a）是调控成骨成血管分化的重要因子。尿源干细胞来源外泌体（ exosome derived from urine stem cells ，USCs-Exo）是理想的miRNA转运系统。稀土镧元素掺杂支架具有促进骨再生的作用。在早期研究基础上，本项目探索负载miR-26a的USCs-Exo复合含镧元素支架修复骨缺损的潜能。首先利用电转染将miR-26a导入USCs-Exo，研究大鼠骨髓间充质干细胞（BMSCs）与负载miR-26a的USCs-Exo相互作用。然后利用冷冻干燥和原位转化复合技术制备镁镧类水滑石/壳聚糖三维多孔支架。最后将负载miR-26a的USCs-Exo复合镁镧类水滑石/壳聚糖支架植入骨缺损处，检测体内骨修复作用。本项目的实施将为骨缺损修复提供了新的方法。

干细胞通过外泌体（exosome, Exo）发挥生物学效应，并且外泌体避免了干细胞移植带来的潜在风险。microRNA-26a（miR-26a）体内外具有良好的成骨成血管活性。稀土镧元素具有促进骨再生的作用。文献报道miR-26a和镧元素都能通过BMP/Smad通路促进骨再生。如何协同发挥miR-26a和镧元素的成骨作用值得深入详细的研究。在本项目中首先从人尿液中提取尿源干细胞（urine stem cells, USCs）和从外周血中提取CD34阳性干细胞，分别提取USCs-Exo和CD34+干细胞外泌体（CD34+-Exos）。为提高外泌体中成骨相关miRNA比例，通过转染母体细胞的方法将miR-26a导入CD34+干细胞外泌体得到miR-26a-CD34+-Exos。研究大鼠骨髓间充质干细胞（BMSCs）对负载miR-26a的USCs-Exo的内吞作用以及负载miR-26a的USCs-Exo对BMSCs BMP/Smad通路的作用。探究转染miR-26a的人CD34阳性干细胞外泌体预防激素性骨坏死的发生。体外实验证明， miR-26a-CD34+-Exos 减弱了激素对人脐静脉内皮细胞的迁移和成管能力的抑制作用。此外， miR-26a-CD34+-Exos 和 CD34+-Exos 对内皮细胞的影响几乎相同，无统计学意义。同样，体外实验也证明了 miR-26a-CD34+-Exos 增强了激素抑制的骨髓间充质干细胞的成骨分化能力。最后，在激素诱导的股骨头坏死大鼠模型中， miR-26a-CD34+-Exos 增加了股骨头的血管密度并维持骨小梁完整性，从而阻断了股骨头坏死的进展。采用冷冻干燥和原位转化复合技术制备镁镧类水滑石/壳聚糖三维多孔支架，并详细研究支架的表征和体外生物相容性和骨诱导性。将镁镧类水滑石/壳聚糖三维多孔支架植入SD大鼠颅骨6mm缺损处，手术后3、6和9周检测骨缺损处骨和血管新生情况。体外实验发现该支架具有募集体内干细胞和调控免疫的作用。支架材料能激活BMSCs成骨相关的Smad1/5/9等信号通路。植入体内后支架材料可以显著促进缺损处的骨修复。本项目的开展将为利用miR-26a和镧元素修复骨坏死和骨缺损提供新的方法。