nHAC/PLA三维多孔支架介导的Wnt/β-catenin信号通路调控MSCs成骨分化的机制研究

With the development of bone tissue engineering, suitable scaffold has been considered play a critical role in the construction of tissue engineering bone. In our previous studies, it has been found that MSCs cultured on nHAC/PLA porous scaffold in osteogenic media have much more osteogenic differentiation ability than in flask with osteogenic media, therefore it was revealed that nHAC/PLA could stimulate the osteogenic differentiation of MSCs. While the detailed mechanism remains unclear. Wnt/β-catenin signaling, which is also known as canonical Wnt signaling, is a key signaling pathway required for normal bone formation. So we consider that Wnt/β-catenin signaling may play a crucial role in the osteogenic differentiation of MSCs induced by nHAC/PLA porous scaffold. Based on the previous research, we will confirm the hypothesis by the techniques of modern cellular and molecular biology; furthermore we will also confirm this hypothesis in vivo. The aim of this study was to reveal the role of Wnt/β-catenin signaling in the osteogenic differentiation of MSCs and bone regeneration mediated by nHAC/PLA scaffold. Accordingly the results may provide more theoretical support for repair of bone defects by tissue-engineered bone.

随着骨组织工程的发展，合适的支架被认为在组织工程骨的构建中起着重要作用。我们前期研究发现在同样的成骨诱导培养基中，MSCs在纳米羟基磷灰石/胶原/聚乳酸(nHAC/PLA)三维多孔支架材料上的成骨分化能力强于在普通培养瓶环境，提示nHAC/PLA对MSCs的成骨分化有促进作用，但该支架促进MSCs成骨分化的具体分子机制不明。Wnt/β-catenin信号通路是调控骨组织再生的一个重要环节。本项目提出Wnt/β-catenin信号通路可能在nHAC/PLA诱导MSCs成骨分化及体内修复骨缺损中起重要作用。本课题在前期研究基础上，将采用细胞和分子生物学方法系统研究，证实该假设，并用体内试验加以验证，从而探明nHAC/PLA通过Wnt/β-catenin信号通路促进MSCs成骨分化的具体分子机制以及体内修复骨缺损中的关键调控机制，为骨组织工程治疗骨缺损提供进一步的理论依据。

骨缺损的治疗一直是临床骨科医师所面临的一项难题，创伤、肿瘤切除以及感染等多种原因均可导致骨缺损。目前，组织工程技术的开展可能会成为解决这一难题的有效方法。而支架材料的选择是构建组织工程骨的关键环节，三维多孔的纳米-羟基磷灰石/胶原/聚乳酸（nHAC/PLA）支架材料就是一种良好的种子细胞载体，因为其无论在组成成分上还是微观结构上，都具有与天然骨组织相似的特征。我们的前期研究发现nHAC/PLA能够促进MSCs的成骨分化，但是其具体作用机制及通过何种分子机制促进干细胞的成骨分化尚不明确，Wnt/β-catenin信号通路是明确具有促进干细胞成骨分化的信号通路，.因此，基于以上基础，我们设想nHAC/PLA促进MSCs成骨分化的作用，很可能通过激活Wnt/β-catenin 信号通路来实现的，并进行了以下内容的研究：1) 验证nHAC/PLA三维多孔支架促进MSCs成骨分化的作用是否是通过激活Wnt/β-catenin 信号通路介导的。2) 分别构建nHAC/PLA三维多孔支架、nHA多孔支架、普通n-HA颗粒、普通I型胶原及nHAC/PLA浸提液（释放的离子），研究MSCs在不同培养环境下的成骨分化情况，阐明nHAC/PLA三维多孔支架促进MSCs成骨分化的分子机制，确定哪种微环境是通过激活Wnt/β-catenin信号通路促进MSCs的成骨分化。3) 验证在体内环境（兔骨缺损模型）下，Wnt/β-catenin信号通路是否介导nHAC/PLA复合MSCs促进骨再生及其时空机制。.本课题组按照原申请书中的试验计划已顺利完成原设计的试验计划，取得了以下研究成果：1)初步验证了Wnt/β-catenin信号通路在骨髓间充质干细胞（MSCs）复合nHAC/PLA支架体外构建组织工程骨的过程中的成骨分化起推动作用。2)揭示了nHAC/PLA支架的三维多孔结构及I型胶原能促进MSCs 的成骨分化。3)初步揭示了在MSCs复合nHAC/PLA支架体内修复兔桡骨缺损过程中，Wnt/β-catenin信号通路起重要促进作用。本研究初步探明了nHAC/PLA通过Wnt/β-catenin信号通路促进MSCs成骨分化的具体分子机制以及体内修复骨缺损中的调控机制，为骨组织工程治疗骨缺损提供进一步的理论依据。