丝素蛋白仿生支架定向分布嗅鞘细胞的调控机制

Directional distribution of transplanted cells on the tissue engineering scaffolds is a hot research aspect in the spinal cord injury repair field. The critical issue is how to inhibit the harmful effect of RhoA activation agent on the regeneration of axons. ..In our preliminary studies, it has been confirmed that silk fibroin (SF) nanofibers could overcome the inhibitory effect of serum and support the adhesion, proliferation and migration of olfactory ensheathing cells （OECs）. Therefore, it is important to clear the regulatory mechanism of SF scaffolds to the directional distribution of OECs and its effect to RhoA active agent (LPA). ..In the present project, we will build more bionic SF scaffolds through regulating SF fiber diameter and then the direction of the fibers according to silk self-assembly mechanism. Then the OECs will be cultured in these scaffolds in vitro. The migration behavior, adhesion, ultrastructure, gene and protein expression as well as the distribution of cytoskeletal proteins of these cells are studied to elucidate the regulatory mechanism of bionic structures on cell behaviors...Furthermore, LPA will be used to simulate the injury environment to elucidate the critical effect of nanostructure on spinal cord regeneration at injury. Based on these studies, the influence of SF bionic stents on neuronal development and axonal growth is evaluated by co-culturing neurons and OECs on the same scaffolds. Ultimately, the project will provide a theoretical basis for biomimetic scaffold design and then its in vivo applications。

构建仿生支架定向分布移植细胞是SCI修复的研究热点。支架定向分布移植细胞的调控机制及其能否克服RhoA信号激活的不利影响是组织工程修复SCI的核心问题。我们研究表明，SF支架纳米结构能够支持和引导OECs黏附、增殖和定向迁移分布，克服了血清的不利影响。进一步明确SF支架纳米结构对OECs定向分布的调控机制及其与RhoA信号激活的相互关系，对于支架仿生构建及SCI修复研究都有重要的意义。本项目拟完善SF支架纳米结构仿生构建，研究支架的不同纳米结构对OECs的增殖、迁移、超微结构、细胞黏附力、骨架蛋白分布、功能基因和蛋白表达等的影响，阐明SF支架定向分布OECs的调控机制。通过加入抑制剂（LPA）模拟体内RhoA信号激活的损伤环境，明确支架的纳米结构和抑制信号之间相互关系。通过与神经元共培养，评价SF支架定向分布OECs对神经元发育和轴突生长的支持和引导作用，为支架仿生构建及应用提供理论基础。

脊髓损伤后形成胶质瘢痕和空洞缺损以及胶质细胞活化表达的抑制性分子导致移植细胞难以定向迁移和有序分布，无法为再生轴突提供有效支持和引导，这是当前细胞移植修复脊髓损伤面对的主要难点。通过构建仿生支架（丝素蛋白纳米纤维支架）并定向分布移植细胞（嗅鞘细胞）成为重要的突破口，也是本项目研究的主要目标。项目采用静电纺丝工艺构建丝素蛋白纳米纤维支架，并实现该支架微纳结构、二级结构及力学性能的优化与调控，进而实现纤维直径和走向可控的丝素蛋白纳米纤维支架的仿生构建。项目通过探讨丝素蛋白纳米纤维支架的不同纳米结构对嗅鞘细胞的生长、增殖、迁移及其超微结构、功能基因和蛋白表达等的调控作用，明确丝素蛋白纳米纤维支架的生物相容性及其优越性，以及嗅鞘细胞对丝素蛋白纳米纤维支架的不同纤维直径、纤维取向分布及其三维空间拓扑结构的生物学响应机制，阐明丝素蛋白纳米纤维支架定向分布嗅鞘细胞的调控作用及其机制。项目通过动物模型研究，明确丝素蛋白仿生支架定向分布嗅鞘细胞具有支持神经元发育生长，减少胶质瘢痕的产生，有利于血管的形成，更好的促进损伤轴突再生的生物学功能，为脊髓损伤修复提供新的思路。发表论文20余篇，其中SCI收录7篇。为后续基金的申请奠定基础。相关研究成果被SCI-E、CPCI-S多次引用。项目研究思路及其研究成果受到国内外学者的关注，并得到包括ADVANCED MATERIALS、ACS NANO等高影响因子期刊引用并给予高度评价。项目构建丝素蛋白仿生支架材料在三维细胞培养，皮肤、骨等组织工程研究也极具研究价值和应用前景。