釉基质衍生物和牙周膜干细胞膜片技术的联合应用在牙周再生中的作用及机制研究

Periodontitis, a widespread infectious disease（80%） in humans, can lead to the progressive destruction of tooth-supporting tissues, which is the main cause of tooth loosening and loss. The current clinical treatment can only control the progress of the disease, and the use of stem cell technology and tissue engineering methods can’t fulfill the regeneration of cementum and periodontal ligament effectively. In this study, enamel matrix derivative (EMD) will be used combined with human periodontal ligament stem cell (PDLSC) sheets for periodontal regeneration. It is hypothesized that EMD can provide the microenvironment for the induction of cementum and periodontal ligament, and the application of PDLSC sheets can provide amounts of seeded cells during the periodontal reconstruction. First, we will explore the best combination of the two models. Model 1: EMD-enhanced cell sheets will be induced with better differentiation tendencies towards cementum and periodontal ligament for periodontal regeneration. Model 2: Pretreatment of EMD coating will be applied on the root surface to improve the local microenvironment, and then the Conventionally induced PDLSC sheets will be loaded. The in vitro cell and molecular experiment, ectopic and orthotopic transplantation were used to compare the regeneration of cementum and periodontal ligament in two models. Secondly, the mechanism of EMD promoting PDLSCs and PDLSC sheets to differentiate into cementum will be studied by using experimental techniques such as stem cell isolation and culture, cell sheet induction, scanning electron microscopy, immunofluorescence and q-PCR.

牙周炎发病率高达80%，表现为渐进性的牙周附着丧失和牙槽骨吸收，最终导致牙齿的松动、脱落。临床治疗只能控制病变进展，而利用干细胞技术进行牙周重建的难点是牙骨质以及牙周膜共同再生。本课题拟将釉基质衍生物（EMD）和牙周膜干细胞膜片（PDLSC sheets）技术联合应用。提出设想：EMD可提供成牙骨质和牙周膜诱导的微环境，PDLSC sheets的应用解决了牙周重建过程中种子细胞不足的问题。首先，设计模型1：在PDLSC sheets诱导过程中加入EMD，增强细胞膜片的牙骨质向分化能力，直接应用于牙周再生；模型2：预先在牙根表面制备EMD涂层，改善局部微环境，然后加载常规诱导的PDLSC sheets，促进牙周再生。通过体外细胞分子实验、异位、原位移植实验，系统比较两种模型中牙骨质和牙周膜的再生情况。其次，进一步研究EMD促进PDLSCs以及PDLSC sheets向牙骨质向分化的作用机制。

牙周炎发病率高达80%，主要症状为渐进性的牙周附着丧失和牙槽骨吸收，最终表现为牙齿的松动、脱落，目前临床治疗只能控制病变进展。本课题拟将釉机制衍生物（EMD）和牙周膜干细胞膜片（PDLSC sheets）技术联合应用于牙周缺损再生，提出设想：EMD可提供成牙骨质和牙周膜诱导的微环境，PDLSC sheets的应用解决了牙周重建过程中种子细胞不足的问题，探索两者最佳的联合应用模型，进一步研究了EMD促进PDLSCs以及PDLSC sheets向牙骨质向分化的作用机制。.科学发现I：EMD与PDLSCs共培养后，细胞表层形成散在的EMD蛋白聚集体，细胞在不断增殖的同时，可与EMD蛋白聚集体相互作用，类似于机体环境中细胞-基质的相互作用。 .科学发现II：相较于常规一定剂量Vc诱导的PDLSC细胞膜片，Vc+EMD细胞膜片组诱导形成更多层的细胞以及分泌更多的胶原基质。.科学发现III: EMD促进PDLSCs多种基因上调表达，包括成牙周膜相关基因（col-I，periostin）,成骨相关基因（runx2，opn，ocn）以及成牙骨质相关基因（cap）。在体外成骨细胞分化方面，EMD增强的细胞膜片显示出更强的成骨能力。在PDLSC sheets的诱导过程中加入EMD，增强膜片的成骨分化能力，直接应用于牙周再生是一种效果佳且操作方便的用于牙周缺损再生的干细胞治疗手段。.科学发现Ⅳ：脱矿的牙本质支架表面加载不同剂量的EMD，发现与空白牙本质支架组相比，复合EMD支架上的PDLSCs增殖活性更高，黏附伸展能力更强，成骨及成牙骨质相关基因表达更高，且存在一定浓度依赖效应。.科学发现Ⅴ：EMD可能通过MAPK-ERK信号通路促进PDLSCs增殖以及细胞外基质合成能力。EMD可能通过Wnt/β-Catenin通路促进了PDLSCs牙骨质向分化。.在本课题设计中，我们将目前牙周再生方面最有前景的两种技术—釉机制衍生物和牙周膜干细胞膜片技术联合应用：釉基质衍生物的应用解决了成牙骨质和牙周膜诱导的微环境的问题，牙周膜干细胞膜片的应用解决了牙周缺损区域重建过程中种子细胞不足的问题，我们研究了两者间相互作用的分子机制以及潜在的临床应用效果，有望为临床牙周缺损的再生治疗提供一种牙周干细胞治疗的新技术。