靶向诱导活化自体软骨前体细胞修复早期软骨损伤的作用机制研究

As a common complaint among the elderly，osteoarthritis is also a significant cause of joint disability. Cartilage repair is the most important process to successful treatment. The common treatment methods, such as bone marrow stimulation，autologous chondrocyte transplantation，often show poor results. Although the discovery of cartilage progenitor cells has provided a new thinking to improve the results of osteoarthritis, it is urgently needed to explore a method to activate and enhance the repair capacity of the cartilage progenitor cells. Recent studies have demonstrated that fibronectin could promote the repair function of chondrocytes and that the integrin α5 β1 signaling pathway was involved. But the detailed mechanism of the contribution of fibronectin toward cartilage progenitor cell chondrogenesis is still unknown. Our previous study found that the cartilage progenitor cells had a promising migration ability and could repair the cartilage very well. What’s more, it’s very easy to induce them toward chondrocyte phenotype in vitro. So we propose the following hypothesis: local application of fibronectin could activate the integrin α5 β1 signaling pathway of cartilage progenitor cells and thus early cartilage repaird could be enhanced. We would isolate and culture cartilage progenitor cells and establish the rat model of osteoarthritis In cells and whole animal level. At the same time,Molecular biology, immunohistochemistry method are used to verify the scientific hypothesis and clarify the detailed mechanism. Our research could provide a theoretical basis for developing a new potentially-be-used injectable material clinically. In addition,the development of this research would provide a new guiding theory and the corresponding scheme of clinical application.

骨关节炎是中老年人群的常见病，也是造成关节残疾的重要原因。软骨修复是治疗关键。但目前常用方法如骨髓刺激术、软骨细胞移植术等治疗效果不佳。软骨前体细胞的发现为提高疗效提供了新思路，但如何活化和增强软骨前体细胞的修复功能仍急需解决。近年研究发现纤连蛋白可促进软骨细胞功能，整合素α5β1信号通路可能涉及其中，但具体机制尚不清楚。我们的前期研究发现：软骨前体细胞有很好的迁移和软骨修复能力，且体外易于诱导向软骨细胞表型分化。因此我们提出如下科学假说：局部应用纤连蛋白后可激活软骨前体细胞的整合素α5β1信号通路，从而活化和增强其早期软骨修复功能。本课题拟在细胞和整体动物水平，分离、培养软骨前体细胞和建立大鼠骨关节炎模型，运用分子生物学、免疫组化等技术方法来验证上述科学假说并阐明详细机制，并在此基础上研发一种新型可注射软骨修复方案。本研究开展将为软骨损伤修复提供新的指导理论和相应的临床应用新方案。

软骨损伤是临床上常见的疾病。关节软骨是一种无血管和神经的组织，它对于损伤后的愈合反应较差，因此软骨修复问题也是骨科治疗一大难题。细胞治疗目前是骨科热点问题，申请人前期研究结果表明软骨前体细胞有干细胞的特性，有望成为软骨损伤修复的工具。软骨前体细胞分布在关节软骨表面，迁移能力和定向成软骨分化能力有一定不足，修复软骨损伤能力受到限制。纤连蛋白能够促进细胞以及细胞外基质之间的连接，并且能够加强软骨细胞的合成代谢。同时，软骨前体细胞和纤连蛋白有较好的黏附能力，这表明纤连蛋白可能有效诱导软骨前体细胞的活性和成软骨能力。本项目将在前期研究基础上，通过分离鉴定软骨前体细胞，并测试纤连蛋白促进软骨前体细胞增殖的最佳效应剂量。随后验证整合素α5β1是纤连蛋白发挥作用的靶点，进一步检测其促软骨前体细胞迁移能力和成软骨能力的效果。最后通过体内实验证明纤连蛋白能通过激活软骨前提细胞来增强软骨修复。本项目通过体内外实验研究证明在软骨损伤早期，纤连蛋白能通过整合素α5β1信号通路来增强软骨前体细胞的软骨修复能力。基于提高内源性细胞修复能力来促进软骨损伤修复的方法目前是组织工程的热点。目前对于骨髓间充质干细胞应用修复软骨损伤的研究很多，但是由于骨髓间充质干细胞存在表型不稳定等问题，临床应用还有很大的限制。软骨前体细胞具有相对较强的成软骨能力，增殖以及迁移能力，能够满足软骨损伤的要求，有望成为临床软骨损伤修复治疗的有效工具。但是本研究还存在一些的问题，申请人使用的是从正常关节软骨分离的软骨前体细胞，软骨损伤后软骨前体细胞可能会出现相应的改变。另外，我们还未研究游离的蛋白聚糖对软骨前体细胞的作用，有报道表明，它们会对软骨的再生有抑制作用，所以纤连蛋白的效果可能有所降低。