多孔钙磷生物陶瓷诱导干细胞成骨分化的信号通路研究

多孔钙磷生物陶瓷材料具有骨诱导性，可诱导干细胞分化，加速骨修复。干细胞向成骨细胞分化的过程受一系列细胞因子表达影响和控制，其中相关的信号通路和信号分子扮演着重要的角色。前期研究发现钙磷陶瓷可引起Cbfa1和Osteocalcin高表达，但参与骨诱导过程中的信号分子及信号通路尚不清楚。目前对于骨骼发育和骨代谢研究表明，成骨细胞分化过程主要有Wnt/LRP5/β-catenin 信号通路，BMP/Smads 信号通路等。因此，本项目拟通过研究钙磷材料对Wnts、LRP5、β-catenin 、BMP、Smads等信号分子表达的影响，揭示钙磷材料骨诱导作用激活的细胞信号分子和信号通路。本研究有助于阐明材料骨诱导作用的分子机理，并可通过研究材料对关键基因Cbfa1启动子的表达调控, 建立骨诱导性材料快速筛选平台，进一步制备和筛选多孔钙磷材料。

多孔钙磷生物陶瓷材料具有骨诱导性，可诱导干细胞分化，加速骨修复，因此成为目前生物材料研究领域的热点。干细胞向成骨细胞分化的过程受一系列细胞因子表达影响和控制，其中相关的信号通路和信号分子扮演着重要的角色。本课题研究了钙磷材料骨诱导过程中的关键调控基因及信号分子及信号通路，包括Wnt/LRP5/β-catenin 信号通路，和BMP/Smads 信号通路。本项目研究发现，钙磷材料在体外与兔MSCs复合培养后，能够刺激关键调控基因BMPII、BMP4以及Osterix等基因的高表达。进一步对Wnts、LRP5、β-catenin 、BMP、Smads等信号分子的研究显示，钙磷材料骨诱导作用可能激活的细胞信号分子和信号通路是BMPII/ LRP5/ Osterix。体内实验发现，材料组可以检测到BMPII的高表达，成骨关键基因Osterix和Runx2也都高表达，同时，ALP及OCN等成骨细胞标志性基因也能够检测到表达。体内实验结果与体外实验结果一致。通过研究材料对关键基因Runx2启动子的表达调控表明骨诱导过程并不通过作用于Runx2启动子。本研究初步阐明材料骨诱导作用的信号通路机理，即以BMPII/ LRP5/ Osterix为主要信号通路，然后刺激关键调控基因Osterix和Runx2高表达以及成骨标志基因OCN及ALP等的表达。