脂肪干细胞复合透明质酸的三维聚集体在旋动磁导下修复软骨损伤的体内示踪研究

The cartilage injury often requires exogenous intervention due to the lack of self-repair capacity. In recent years, stem cell intracavitary injection has been used for clinical treatment, but the amount of cells, activity, efficacy and regeneration mechanism is not clear yet and has become one of the hot spots. The preliminary study has confirmed that the construction of three-dimensional stem cell aggregates in rotation culture gained cartilage phenotype and differentiation when exposure to chondrocyte extracellular matrix. Further study indicates that stem cells under the dynamic force can accumulate intra-articular autologous cells to repair cartilage defects and the repaired tissue highly expresses type II collagen. The aim of this project is to build a three-dimensional aggregate of magnetized adipose derived stem cells (m-ADSCs) and hyaluronic acid in vivo under rotary magnetic field , and a new strategy of activating the transformation from autologous cells to specific form of cartilage tissue. By assessing the cell viability and differentiation ability, the relationship between the dynamic distribution and the injury repair of m-ADSCs and their biological behavior will be illustrated. Through real-time observation of cell aggregation and repair process with magnetic resonance and microendoscopic system in vivo, we will explore the relationship between rotational magnetic permeability and intercellular signal transduction and its molecular mechanism, and reveal the cell differentiation, survival rate and the repairing time window in dynamic microenvironment, which would provide a novel method and theoretical basis for the treatment of cartilage injury by controllable stem cells.

软骨因缺乏自身修复能力，一旦损伤常需外源性干预。近年以干细胞关节腔内注射已用于临床治疗，但细胞的数量、活性与疗效及其再生机制尚不明确，已成为研究热点之一。我们前期研究已证实旋转培养系中构建三维干细胞聚集体在接触软骨细胞外基质后具有良好的软骨表型和分化。进一步研究发现，干细胞在动力作用下可募集关节内自体细胞修复软骨缺损，修复的组织高表达II型胶原。本项目旨在深入研究旋动磁导技术体内构建磁化脂肪源干细胞（m-ADSCs）与透明质酸的三维聚集体，并激活自体细胞转化形成特定形态软骨组织的新策略，通过评估其细胞活力与分化能力，阐明m-ADSCs的动态分布与损伤修复的相互关系及生物学行为。并以磁共振或微型内镜系统实时观察细胞集聚及修复过程，探索旋动磁导与细胞间动态转导关系及其分子机制，揭示动态微环境中的软骨分化、生存率及修复的时间窗，为可控性干细胞治疗软骨损伤提供新的方法和理论实验依据。

退行性关节病变及软骨损伤是临床上常见而又难以修复的重要疾病。近年以干细胞再生功能已开始用于临床退行性关节病变及损伤干预和治疗研究，然而细胞在体内再生活性、细胞通路与体内的命运调控机制尚不明确，已成为国内外的研究热点。本研究通过构建三维细胞的聚集体，在磁动力作用下将磁化脂肪源干细胞（m-ADSCs）与透明质酸聚集体活化形成特定形态软骨组织，将可调控细胞技术与组织工程结合的再生医学为软骨缺损修复提供了新的思路与方向，通过免疫荧光、免疫组化、流式细胞等方法，观察了m-ADSCs的迁移和分化能力；通过构建的OA模型结果表明：mADSCs在关节内移植活跃的生物学行为和定向迁移；进一步研究不同浓度mADSCs的增殖影响，发现在磁场作用下 m-ADSCs有效地增殖分化，细胞再生明显，阐明了干细胞的归巢和局部定植情况;；并对比分析不同处理方式的软骨缺损修复情况, 通过微型荧光显微器观察了实时动态再生修复，观察了细胞集聚及修复过程，探索了植入细胞与体内细胞间的动态信号转导关系及其分子机制，结果揭示了微环境激活的细胞生存率及修复的时间窗，为体内可控性干细胞治疗软骨损伤提供了新的方法和理论实验依据。 本项目通过干细胞迁移调控、 抗细胞衰老机理等方面的基础理论和关键技术研究，为重要组织修复与替代及常见疾病诊疗提供了创新理论和前沿探索。. 本研究包含有临床医学、纳米技术、电生物学、材料学、细胞生物学和再生医学的基础与应用的交叉特色，课题通过m-ADSCs结合透明质酸形成三维支架，以激活干细胞再生的时空性新策略，发现了损伤/炎症微环境中移植细胞抑制或衰亡的临床问题，并设制了退行性软骨康复的动态细胞再生应用与实时生物评估技术，提供了靶向干细胞的主动活化、原位募集、细胞再生过程的干预与治疗的新途径新方法。以创新的理念对传统干细胞研究模式提出了临床应用挑战性的技术途径。本项目计划的研究结果和延伸的探索具有临床应用前景和一定的科学意义。