优化人脂肪干细胞外泌体的成骨诱导潜能，构建新型组织工程化骨

Exosomes are nano-sized extracellular vesicles, containing a wide range of functional mRNAs, miRNAs, and proteins. As an intracellular messenger, exosomes are powerful mediators of cell-cell communication and reported to play a significant role in mediating osteogenesis of mesenchymal stem cells (MSCs). Therefore, they are receiving much attention for the bone regeneration. However, there are few studies related to the tissue-engineered bone (TEB) based on exosomes. Human adipose-derived stem cells (hASCs) are regarded as a suitable source for exosomes. The aim of this project is to construct a novel cell-free TEB based on hASCs-derived exosomes and biomimetic scaffold. Firstly, we will observe the effects of hASCs-derived exosomes on the osteogenic differentiation of hMSCs in vitro and determine the proper time point for exosomes isolation and the optimal concentration. Secondly, we will explore the target genes and molecular mechanism of exosomes on the osteogenesis of hMSCs, by using microarray, gene silencing, and gene transfection et al. Finally, we will construct a novel TEB based on hASCs-derived exosomes and biomimetic scaffold, verify its osteogenic capability, and identify the underlying mechanism. This project will provide a new strategy for the restoration of bone defects, and make great benefits for the clinical transformation of bone tissue engineering.

外泌体（exosomes）是由细胞分泌的含有miRNA、mRNA和蛋白质的纳米级载体。它能介导细胞间靶向性信号传递，对细胞分化起到重要调节作用。然而，以外泌体为基础的组织工程化骨（TEB）的构建罕见报道。本项目拟探索利用人脂肪干细胞（hASCs）分泌的外泌体，通过优化外泌体的成骨诱导潜能，进而结合生物支架材料构建一种无细胞的新型TEB。课题组首先通过体外观察外泌体对人间充质干细胞（hMSCs）成骨分化的影响，明确外泌体的最佳提取时间点及最佳浓度，筛选成骨诱导能力最强的外泌体。然后，利用基因芯片，基因沉默、转染等技术探索外泌体促hMSCs成骨的靶向基因及其信号转导机制。最终，课题组将探索利用外泌体与生物支架材料构建新型TEB，验证其成骨效果及成骨机制。本项目最终目标是构建以外泌体为基础，具有高生物安全性，及时性和高效诱导成骨等优点的TEB，并为其临床转化提供理论和数据基础。

外泌体(exosomes)是细胞分泌的富含蛋白质、核酸和脂质等的纳米级载体。它能介导细胞间靶向性信号传递，对细胞分化起到重要调节作用。以外泌体为基础构建的组织工程化骨(TEB)具有广阔的应用前景。本项目旨在探索利用人脂肪干细胞(hASCs)分泌的外泌体，通过优化外泌体的成骨诱导潜能，进而结合生物支架材料，最终创建一种高生物安全性、具缓释功能、易实现临床转化的新型无细胞化TEB，并为其临床转化提供理论和数据基础。. 主要研究内容包括：1.建立系统的hASCs来源的外泌体的提取和鉴定方法；2.体外验证hASCs来源的外泌体对人间充质干细胞（hMSCs）成骨分化的影响，明确最佳作用条件；3.全面研究hASCs来源的外泌体对hMSCs体外各项生物学特性的影响；4.研究hASCs来源的外泌体结合PLGA/pDA缓释支架的体内成骨效果及成骨机制。 . 主要研究成果包括：1.本课题首次证实了hASCs来源的外泌体能够有效促进hMSCs的体外成骨分化，并明确了最佳作用条件；2.体外实验证实了hASCs来源的外泌体能够对hMSCs的各项生物学特性均发挥显著的正向调控作用；3.成功构建了PLGA/pDA-Exo缓释支架，并证实该支架可以实现外泌体的长期高效缓释；4.体内实验证实了以hASCs来源的外泌体为基础的组织工程化骨具有更佳的体内成骨效果，并初步明确了成骨机制；5.本项目还进行了相关的拓展研究，包括miR-375过表达的外泌体的体内外成骨效果及机制研究等。. 经过近3年的反复实验和验证，本课题发现，以hASCs来源的外泌体和PLGA/pDA缓释支架为基础的无细胞化TEB能够显著促进临界骨缺损的修复，具备高效的体内成骨效能。hASCs来源的外泌体是骨组织工程理想的外泌体来源，PLGA/pDA缓释支架具有良好的生物相容性，便于临床操作，外泌体的加载率高并可以实现对外泌体的可控缓释。以此为基础构建的新型无细胞化TEB具有广阔的应用前景，对于TEB由实验室研究向临床转化应用具有重要意义。在本项目资助下，课题组共发表SCI论文3篇（总影响因子：14.936），国内会议论文1篇，毕业博士研究生1名。