多能干细胞联合Sema3A 和 HIF-1α 修复下颌骨缺损

The tissue engineering bone is now widely used on the study of mandibular defect. The selection of seed cells and reconstruction of blood supply is a key link in the process of the bone tissue repairing.Induced pluripotent stem cells (iPSC) are currently the most promising seed cells in the treatment of mandibular defect, which can avoid ethics and immune rejection problem. The study found that Sema3A could inhibit osteoclast, promote the differentiation and function of osteoblast and highly expressed in the bone tissue.HIF - 1 alpha raised large amounts of protein gene expression associating with angiogenesis and promoted revascularization. The prophase research results found that combining the two genes could promote cell differentiation and bone formation. Therefore, in the treatment of mandible defect,we would use adenovirus carrying Sema3A and HIF - 1 alpha gene to infect the iPS cells, then fill the bone defect with poly lactic acid/glycolic acid copolymer (PLGA) scaffold which adsorpts the infected iPS cells.All these would accelerate bone induction and bone repair time, while promote the effectiveness of cell transplantation and gene therapy.Explore the mechanism of treatment on mandibular defect and promoting bone formation with Sema3A and HIF - 1 alpha.Use the iPS cells transferred multiple genes at the same time to cure sever maxillofacial bone destruction,which may lay the foundation of new therapies in clinical.

组织工程骨现广泛应用于下颌骨缺损的研究，但种子细胞的选择、缺损区血运重建是骨组织修复的关键条件。诱导多能干细胞(iPSC) 是目前治疗下颌骨缺损最有潜力的种子细胞，可以避免伦理和免疫排斥问题。Sema3A可抑制破骨细胞、促进成骨细胞分化及功能成熟作用，且在骨组织内表达丰富。HIF-1α缺氧时可进入到细胞核内，上调大量编码血管生成的蛋白基因的表达，从而促进血运重建。我们前期研究发现联合应用这两个基因可促进细胞分化及骨形成。因此，申请人推测，采用携带Sema3A 和 HIF-1α双基因的腺病毒感染 iPS细胞后吸附在聚乳酸/羟基乙酸共聚物支架、填充骨缺损区，可能加速骨诱导和骨修复时间，促进细胞移植和基因治疗的有效性。在分子水平上探讨Sema3A 和 HIF-1α治疗下颌骨缺损、促进骨形成的作用机制，并且利用同时转移多个协同基因的iPSC进行颌面部大面积骨破坏的治疗研究，为临床形成新的治疗方法

组织工程骨现广泛应用于骨缺损的研究，但种子细胞的选择、缺损区血运重建是骨组织修复的关键条件。诱导多能干细胞(iPSC)分化的骨髓间充质干细胞（iPSC-MSC）是目前治疗骨缺损最有潜力的种子细胞，可以避免伦理和免疫排斥问题。轴突导向因子Sema3A与缺氧诱导因子HIFα是骨生成和血管生成的重要调控因子。我们前期研究发现联合应用这两个基因可促进细胞分化及骨形成。然而，iPSC-MSC与HA支架材料联合使用是否也能够修复颅骨缺损尚不清楚。因此，我们通过建立小鼠iPS细胞，并将其诱导成为骨髓间充质干细胞，采用携带Sema3A和HIF-1α双基因的腺病毒感染iPSC-MSC细胞后吸附在纳米羟基磷灰石（Hydroxyapatite，HA）支架上填充颅骨缺损区，探讨HA支架对iPS来源的骨髓间充质干细胞的影响，以及它们联合使用治疗小鼠颅骨损伤的机制。研究结果显示单独过表达Sema3A可抑制细胞增殖和血管生成，并抑制VEGFA诱导的iPS-MSC向内皮细胞分化，Sema3A与HIF-1α共表达可恢复单独过表达Sema3A诱发的以上变化的发生，而且Sema3A与HIF-1α共表达显著增加了诱导后成骨相关基因和血管生成相关基因的表达；此外我们构建小鼠颅骨缺损模型，将Sema3A与HIF-1α共表达的iPS-MSC细胞接种在HA支架上填充小鼠颅骨缺损区，研究发现Sema3A与HIF-1α共表达的iPS-MSC细胞与HA联合使用可促进新骨和胶原纤维的形成进而促进了小鼠颅骨缺损的修复。本研究利用同时转移多个协同基因的iPSC-MSC细胞进行骨缺损所致大面积骨破坏的治疗研究，为骨再生和重建提供一个潜在的研究方向，为临床形成新的治疗方法。