牙周膜干细胞结合细胞因子含量渐变的纳米纤维复合支架合成牙周韧带-骨界面的研究

Periodontal tissue defect restoration is a problem urgently to be solved for periodontal therapy and adult orthodontics. The development of tissue engineering provides a new strategy to solve the difficulty. Functionally engineered periodontal ligament-to-bone insertion site is the key to the regeneration of periodontal tissues that can functionate. However, the complexity of periodontal ligament-to-bone interface causes challenge in its regeneration. Gradations in mineral content and orientation of the ligament are critical for success of the therapy. PCL-PEG nanofibers can arrange orientationally via electrospun technique and its sustained release function draw our attention. Based on the latest research progress of the field and our previous researches, the project aims to: (i)fabricate oriented composite of PCL-PEG and chitosan as scaffolds with reverse gradients of PDGF-BB and BMP-2; (ii)seed periodontal ligament stem cells (PDLSCs) to establish engineered periodontal ligament-to-bone tissue, and explore the impact of mechanical force on PDLSCs; (iii) establish the animal model of periodontal tissue defects, repair them with the engineered periodontal ligament-to-bone tissue construct in our study, apply mechanical loading and assess the functionalization of regenerated periodontal tissue. The successful implement of the project will make important breakthroughs on the periodontal tissue engineering, and the research findings will bring favorable social and economic effects.

牙周组织缺损修复是牙周病治疗及成人正畸亟待解决的难题。组织工程的兴起为解决该难题提供了新的思路，而功能性牙周韧带-骨界面的形成是再生牙周组织及其行使功能的关键。然而，牙周韧带-骨界面结构的复杂性给再生该结构带来了挑战，牙周韧带的方向性和矿化成分的梯度渐变性是其关键。PCL-PEG纳米纤维通过电纺技术可形成方向性排列，并且材料具有缓释功能，为我们所关注。基于该领域最新研究进展和本课题组的前期研究，本项目拟：（1）合成PDGF-BB和 BMP-2含量相反梯度变化的方向性排列的PCL-PEG纳米纤维复合支架材料；（2）接种牙周膜干细胞，构建工程化牙周韧带-骨界面组织，并探讨应力刺激对细胞生物学行为的作用；（3）建立牙周缺损动物模型，用工程化牙周韧带-骨界面进行修复，加载应力评价其功能情况。本项目的成功实施，有望在合成功能化牙周组织的关键问题上实现重要突破，其研究成果将具有良好的社会和经济效益。

牙周组织缺损修复是牙周病治疗及成人正畸亟待解决的难题，然而牙周组织的非均质结构及牙周韧带-骨界面结构的复杂性给再生该结构带来了挑战。组织工程的兴起为解决该难题提供了新的思路。基于该领域最新研究进展和本课题组的前期研究，我们做了三个方面的研究：.（1）有序PLA/PCL电纺纳米纤维结合HA/CHI复合支架再生牙周组织.我们合成了有序排列的聚乳酸-聚己内酯（PLA/PCL）电纺纳米纤维结合羟基磷灰石-壳聚糖（HA/CHI）构建的三维复合支架，来引导牙周组织的方向性再生。结果表明，细胞在有序排列的纳米纤维上可沿纤维延伸的方向有序生长。有序矿化的三维支架可以更好地促进细胞向成韧带方向和成骨方向分化，为软硬组织同时再生提供了微环境。且该支架组中表现出更多的新生矿化组织，提示有序矿化的三维支架在牙周组织的方向性再生中具有一定的应用潜力。.（2）负载不同细胞因子的纳米复合支架在牙周组织缺损修复中的应用研究.我们利用静电纺丝技术及方向性冻干技术，构建出了在不同区域内分别负载BMP2、CTGF和rhCEMP1纳米颗粒的纳米复合支架，并探索其在牙周组织缺损修复中的作用。研究结果表明，负载不同细胞因子纳米颗粒的支架材料具有促进细胞向不同方向定向分化的作用，采用负载不同细胞因子的纳米复合支架修复缺损的实验组中，缺损区域形成了呈一定方向排列的类牙周膜组织，并与根面形成附着，同时可见少量新骨形成。该研究结果为牙周复合体的再生，尤其是“牙周韧带-骨界面”的再生提供了新的思路。.（3）三维纳米仿生支架在颞下颌关节盘（TMJD）再生中的作用.我们构建了双凹状椭圆形的TMJD三维纳米仿生支架，高度复制了兔天然TMJD的大体形貌和显微结构。研究结果显示：0.25%CNT/PLA/PCL三维纳米仿生支架具有为细胞提供空间引导，诱导细胞定向排列能力；同时可促进TMJD缺损的修复，并且再生的纤维软骨无论在各向异性的解剖形态或是组化特点均高度模拟了天然TMJD。该研究结果提示了方向性排列的复合支架应用于复杂组织再生的可能性。