三维支架表面新型仿生钙磷涂层缓释骨形成蛋白2/7异二聚体高效诱导人脂肪基质细胞成骨的研究

本小组前期已证实骨形态发生蛋白(BMP)2/7异二聚体的成骨诱导效能显著高于相应的BMP同二聚体，但其对人脂肪基质细胞(hASC)的作用效果及机制尚不明；前期还证实BMP2同二聚体可在二维支架外表面与钙磷涂层一起沉积并起到缓释和促成骨作用，但对三维支架能否实现在其内表面的有效沉积尚待研究。本项目在探讨BMP2/7异二聚体能否高效诱导hASC成骨的基础上，拟通过改进仿生钙磷涂层技术实现该二聚体与钙磷涂层在支架上三维、快速、高效沉积及缓释，最终实现低浓度BMP2/7异二聚体早期、高效、稳定地诱导hASC成骨，从而实现体内直接诱导hASC、及时快速地应用于体内成骨、避免体外诱导的危险因素。基于hASC获取容易等优点，基于BMP2或7已在临床试用的基础，本项目的最终目标是构建一个能早期实现临床转化，综合了支架表面三维仿生钙磷涂层、涂层缓释BMP2/7异二聚体和hASC等多项技术的理想组织工程化骨。

BMP-2/7异二聚体可能具有优于BMP同二聚体的成骨诱导效能。但其对人脂肪间充质干细胞（hASCs）的作用效果尚不明确。本项目旨在探索BMP-2/7对hASCs体内外成骨的作用，同时拟通过改进仿生钙磷涂层技术实现BMP-2/7的高效缓释，最终实现低浓度BMP-2/7高效诱导hASCs成骨。.主要研究内容为： 验证BMP-2/7能否高效诱导hASCs成骨，初步探讨其作用机制； 改进仿生钙磷涂层技术，为实现BMP-2/7的高效缓释打下基础。.主要研究成果包括：1. 制备出含甲硝唑和辛伐他汀的仿生钙磷涂层。该涂层能够抑制细菌生长，同时促进干细胞的成骨分化，为后续实验奠定基础。2. 制备出具有双重缓释功能的三维仿生钙磷颗粒（BioCaP），实现了蛋白因子的更高效缓释。3. 证实了未经诱导的hASCs可以实现良好的体内异位成骨。这将大大降低由于长时间体外培养所可能导致的hASCs生物学行为的改变，更贴近临床应用。4. 通过前期研究和阅读文献，总结出影响BMPs促成骨作用的4个关键因素，该综述研究成果对于今后的实验设计有重要的启示作用。5. 对BMP-2/7、BMP-2和BMP-7的生物学效应进行了比较研究。BMP-2/7能够显著促进hASCs的成骨分化，但三种BMPs的成骨诱导效能没有显著性差异。6. BMP-2/7能够显著促进未经诱导的hASCs的体内成骨分化，但其骨诱导效能与BMP-2相似。7. 以hASCs和小鼠MC3T3-E1细胞为对比研究对象，发现BMP-2/7对MC3T3-E1成骨分化诱导的高效性作用不适用于hASCs，说明BMP-2/7的促成骨作用可能存在细胞种属或类别差异性。.本课题探索了BMP-2/7对hASCs成骨分化的作用效果。经过反复实验和验证，发现BMP-2/7能显著促进hASCs的体内外成骨分化，但BMP-2/7和BMP-2、BMP-7的成骨诱导效能没有明显差异。虽然BMP-2/7的生物学效应与项目原先的设想完全不同，但对于更全面认识BMP-2/7的生物学特性仍具有重要意义；此外，本项目还进行了相关的拓展研究，如SIM与SDF-1促进骨再生的研究等。在本项目资助下，课题组共发表SCI论文5篇（总影响因子：22.589），国内核心期刊论文4篇，国际和国内会议论文各3篇，获得授权国家发明专利1项，毕业研究生3名。