基于仿生培养体系的离体椎间盘加载模型构建及压应力的生物学效应"窗"研究

The related diseases with disc degenerative pathological changes are Seriously endanger human health. Although it has been made clear the role of force is the incidence of the most important external pathological factors, but the pathological mechanism is difficult to in-depth and without causative treatment. Lackness of good disc experimental models and stress bionic imposed are key points. We had successfully Developed a system about axial stress bionic imposedand by intelligent feedback control and tissure culturing . We had achived biomimetic tissue culture conditions and intelligent control and the axial stress Bionic imposed. The project intends to build a Load disc model in vitro on the basis of the culturvate system and stress bionic imposed model .The integrin signal,extracellular matrix macromolecules metabolic regulation and apoptosis regulation gene changes and the biological effects .It preliminary clarify the compressive stress on the biological effects of the regulatory role on the extracellular matrix metabolism of intervertebral disc cells and the different roles of the "window", the pathological mechanisms related to disc degeneration is a deeper force laid basis, provide a theoretical basis for exploring a new strategy of spinal degenerative disease treatment and test parameters.

以椎间盘退行性病理变化为核心的脊椎退行性疾病严重地危害着人类健康。虽然已明确力的作用是其发病的最重要的外部病理因素，但其病理机制研究难以深入，至今尚无病因性治疗手段，关键瓶颈在于缺乏良好的椎间盘实验模型和应力仿生施加技术。我们前期已成功研制了智能化反馈调控组织轴向应力仿生施加及培养系统，实现了组织培养条件的仿生及智能化调控和轴向应力的仿生施加。本项目拟在建立椎间盘仿生培养体系和应力仿生施加模式的基础上构建离体椎间盘加载模型，通过观测椎间盘细胞整合素信号传导系统、细胞外基质大分子代谢调控及细胞凋亡调控等相关基因表达的变化和所引起的生物学效应，初步阐明压应力对椎间盘细胞外基质代谢的调控作用和不同作用的力参数生物学效应"窗"，为更深入的力相关椎间盘退行性变的病理机制研究奠定基础，为探索脊柱退行性疾病治疗新策略提供理论依据和试验参数。

椎间盘退行性疾病严重危害人类健康，既往研究提示应力作用是其发病的重要外部病理因素之一。由于缺乏合适的研究模型及应力仿生施加技术，椎间盘退变的相关病理机制研究难以深入。本项目利用自主研发的智能化反馈调控组织轴向应力仿生施加及培养系统（简称“智能化组织仿生培育系统”），一方面：在建立椎间盘仿生培养体系和应力仿生施加模式的基础上，构建了离体椎间盘加载模型，另一方面：通过观察细胞胞外基质大分子代谢调控及细胞凋亡调控等相关基因表达的变化，在椎间盘器官水平和椎间盘细胞水平初步阐明了压应力对椎间盘细胞外基质代谢的调控作用和不同应力参数的生物学效应“窗”。椎间盘器官水平结果表明：0.1-0.4 MPa，0.1-1.0 Hz，1-4 h的应力参数可维持体外猪椎间盘髓核细胞活力并促进其胞外基质合成代谢，但高强度（>0.4MPa）、高频率(>1.0 Hz)及长时间(>4 h)应力刺激可增加髓核细胞凋亡，降低髓核细胞胞外基质大分子的表达并上调胞外基质降解酶的表达；0.1-0.8 MPa，0.1-3.0 Hz，1-4 h的应力参数促进猪椎间盘纤维环细胞的胞外基质合成代谢，但高强度压应力（>0.8 MPa）及高频率（>3.0 Hz）、长时间（>4 h）压应力刺激不利于纤维环细胞胞外基质合成。椎间盘细胞水平结果表明：低应力强度（1%-5%压缩比）下，髓核细胞增殖较快，细胞活力较高，胞外基质大分子基因表达升高，基质蛋白合成增加，但高应力强度(15%-20%压缩比)下，三维培养髓核细胞增殖慢，胞外基质基因表达低，胞外基质合成少，炎性介质及凋亡相关基因表达升高。本项目为更深入的力相关椎间盘退行性变的病理机制研究奠定了基础，为探索脊柱退行性疾病治疗新策略提供了理论依据和试验参数。