HIF-1a修饰的骨髓基质干细胞联合负载SDF-1a的缓释粗糙微球治疗激素性股骨头坏死的实验研究

More attention pay for mesenchymal stem cells'(BMSCs) transplantation treating for avascular femoral head necrosis(ANFH). The study found that hypoxia-inducible factor-1a(HIF-1α) and stromal all derived factor-1α(SDF-1α) play an important role in the repair process of ANFH. This project intends to focus on BMSCs modified by HIF-1α as seed cells, and combine with roughly biodegradable PLGA microspheres loaded SDF-1α as the substrate traeting for the early ANFH. BMSCs transfected HIF-1α can secrete more VEGF, and mediate more BMSCs migrating to the site of bone necrosis. The roughly biodegradable PLGA microspheres loaded SDF-1a can promote BMSCs spreading and proliferation faster, and the microspheres slowly sustained release can home more peripheral blood stem cell to the site of bone necrosis, and inhibit the apoptosis of endothelial cells and bone cells, also promote angiogensis and bone formation. This project using ELISA, RT-PCR, Western-blot, X-ray and MRI methods, investigate the efficacy of above method treating for early osteonecrosis, and provide the basis for the non-surgical treatment for femoral head necrosis.

骨髓间充质干细胞（BMSCs）移植治疗股骨头坏死越来越受到关注。研究发现，在股骨头坏死修复过程中，低氧诱导因子-1α（HIF-1α）和基质细胞衍生因子-1α（SDF-1α）发挥重要的作用。本项目拟采用HIF-1α转染的BMSCs为种子细胞，联合负载SDF-1α的表面粗糙可降解PLGA微球作为移植基质治疗兔激素性股骨头坏死模型。转染HIF-1α的BMSCs能够分泌更多的VEGF，并介导更多的BMSCs迁移到骨坏死区；负载SDF-1α的表面粗糙可降解微球，能够促进BMSCs更快铺展和增殖，并且微球降解时缓慢持续释放的SDF-1α可以诱导更多外周血中的干细胞归巢到骨坏死部位，抑制内皮细胞和骨细胞凋亡，促进血管生成和骨形成。本项目通过ELISA、RT-PCR及Western-blot等方法及X片及MRI等影像学检测，探讨上述方法治疗激素性股骨头坏死的疗效，为股骨头坏死非手术治疗提供实验依据。

非创伤性股骨头坏死是一类多种原因引起的股骨头缺血缺氧、微循环障碍导致骨髓坏死及骨细胞凋亡增加的疾病，引起关节的功能障碍，导致终身残疾。近年来，骨髓间充质干细胞（Bone Mesenchymal Stem Cells，BMSCs）移植治疗股骨头坏死越来越受到关注。尽管如此，股骨头坏死部位血液供应障碍，氧分压低，在这样的缺氧微环境下，直接注射到坏死部位的BMSCs或者迁移到坏死部位的BMSCs是如何发挥治疗作用？如何改善BMSCs治疗股骨头坏死的效率成为研究的热点和重点。.研究显示低氧是BMSCs生存环境的重要组成部分，只有当BMSCs靠近血管或高氧状态下才能分化成骨。同时，低氧环境诱导BMSCs分泌HIF-1增多，进而SDF-1表达增多，SDF-1通过与外周血中干细胞表面的CXCR4受体相结合，使干细胞归巢到骨髓或损伤组织，参与损伤组织的修复。因此，我们认为将移植到缺血部位的BMSCs转染并高表达HIF-1，将上调VEGF的表达，促进骨坏死区域的血管形成和骨再生修复。另一方面，表面粗糙可降解PLGA微球作为移植基质，能够促进BMSCs更快铺展和增殖，同时负载SDF-1的海藻酸钙凝胶微球在降解过程中缓慢持续释放的SDF-1，也可以诱导更多外周血中的干细胞归巢到骨坏死部位，抑制内皮细胞和骨细胞凋亡，改善局部微生态环境，促进血管生成和骨形成。.本研究结果显示，转染HIF-1能增加BMSCs分泌SDF-1α，HIF-1α，VEGF，进而血管形成。荧光显微镜的结果显示粗糙的PLGA微球表面结构能够更好地募集BMSCs，而有利于成骨。联合负载SDF-1的海藻酸钙微球，其在降解过程中缓慢稳定的释放SDF-1，进而持续稳定的招募外周血中的干细胞至坏死部位对局部组织进行修复。并进一步构建激素性兔股骨头坏死模型，在构建模型的第6周，进行骨坏死区局部注射负载SDF-1的海藻酸钙微球及表面粗糙的可降解PLGA微球混合液。取出治疗8周及半年后股骨头组织，MRI检测坏死股骨头骨结构及病理结果显示，负载SDF-1的海藻酸钙微球及表面粗糙的可降解PLGA微球体在体内能够很好地募集BMSCs，并促进其黏附、铺展，对于激素依赖性股骨头坏死有较好的疗效。为早期激素依赖性股骨头坏死的微创治疗提供新的思路。