骨髓来源的间充质干细胞移植对严重退变椎间盘的生物学作用以及相关机制的研究

Biological treatment of degenerative disc disease is a research hotspot in recent years. Although the in vivo and in vitro experiments had confirmed the intradiscal transplantation of mesenchymal stem cells could prevent the intervertebral disc degeneration, but the adverse microenvironment of degenerated intervertebral disc would reduce the repair effect. In clinical, when patients visiting doctor, they already have severe disc degeneration, but there are few researches on effects of intradiscal transplantation of mesenchymal stem cells to severe degenerative disc. This project is based on the former study, building severe degeneration of intervertebral disc in rat model, using macroporous thermosensitive hydrogels as a cell carrier, and preparation of gene transfecting mesenchymal stem cells - hydrogel complexes as intradiscal graft. Then the mesenchymal stem cell will be transplanted into degenerative disc models with severe degeneration, evaluate the biological behavior of stem cells in vivo, and the biological effects of intradiscal transplantation on severe degenerative intervertebral disc, and to explore its mechanism. This project could evaluate the effects of mesenchymal stem cell transplantation on the severe disc degeneration, and initially identify the biological mechanism. The results could provide experimental and theoretical basis for the clinical application of stem cell transplantation in the treatment of intervertebral disc degeneration.

椎间盘退变性疾病的生物学治疗是近年的研究热点。尽管体内外试验已证实间充质干细胞移植对退变椎间盘有一定的修复作用，但退变椎间盘内恶劣的微环境会降低其修复效果。临床患者就诊时多已存在严重的椎间盘退变，而目前国内外尚缺乏关于间充质干细胞对严重退变椎间盘的生物学作用的相关研究。本项目拟在前期研究基础上，构建大鼠尾椎间盘严重退变模型，用温钠米水凝胶为细胞载体，制备基因转染间充质干细胞-水凝胶复合物作为椎间盘内移植物。将间充质干细胞移植入严重退变椎间盘内，通过体内实验评估移植干细胞的生物学行为和干细胞对严重退变椎间盘的生物学作用，并进一步探索其作用机制。项目研究结果可评价间充质干细胞移植对严重退变椎间盘的修复效果，并初步阐明作用机制，为干细胞移植修复退变椎间盘的临床应用提供实验依据和理论基础。

椎间盘退变性疾病的生物学治疗是近年的研究热点。尽管体内外试验已证实间充质干细胞（mesenchymal stem cells，MSCs）移植对退变椎间盘有一定的修复作用，但退变椎间盘内恶劣的微环境会降低其修复效果。临床患者就诊时多已存在严重的椎间盘退变，而目前国内外尚缺乏关于间充质干细胞对严重退变椎间盘的生物学作用的相关研究。本研究以SD大鼠MSCs、SD大鼠椎间盘为研究对象，通过构建复合转染TGF-β3和GFP基因的大鼠骨髓来源MSCs，组建合适的转染后大鼠MSCs-温纳米水凝胶复合物；制作大鼠尾椎间盘严重退变模型，并从影像学、组织学、生物化学等方面评估其退变程度；进行间充质干细胞-水凝胶复合物移植入严重退变椎间盘动物模型的体内研究，进而从影像学变化、基因与蛋白表达、细胞与组织、结构与功能改善等不同水平评估其对严重退变椎间盘的生物学作用。结果显示，本研究获得的SD MSCs分离培养方法简便，体外扩增迅速，纯度较高，扩增后仍保留分化潜能，转染后获得的SD TGF-β3/GFP MSCs细胞系的流式和三系分化结果提示它们依然保持间充质干细胞的特性，可以用作组织工程的种子细胞。研究构建的Mg+PNIPA+MAS-S水凝胶纳米材料具有良好的生物相容性，可以作为干细胞移植的良好载体。本研究构建的大鼠严重退变椎间盘模型，造模过程简便，成模效果稳定，有利于相关研究的开展。然而，转染后大鼠MSCs-温纳米水凝胶复合物移植对严重退变椎间盘的生物学作用较小，并没有达到预期的修复效果。结合研究结果，我们认为椎间盘退变程度可能是干细胞移植修复策略是否有效的关键，他可能成为将来对椎间盘退行性疾病进行生物学治疗干预的决策因素。因此，探索椎间盘退变程度对生物学修复效果的影响，以及适合严重退变椎间盘的生物学干预策略，具有较高的科学意义和应用价值。