基于微流控芯片技术的PTH协同动态应力构建界面复合体调控韧带-骨再生及机制研究

The project is to design a co-culture system including osteocytes, fibrocartilage cells, and fibroblasts in a three-demensional (3-D) hydrogel based on the microfluidic chip technology. The PTH concentration and mechanical stress can be precisely controlled in system, and the micro-environment of tendon-bone interface after reconstruction will be mimicked, to investigate the synergistic effect of different PTH concentration and mechanical stress on the proliferation fibrocartilage cells and their mechanisms. The 3D complex will be implanted into the tendon-bone interface for ACL reconstruction, and assess their effects on the tendon-bone healing process in the animal model.We expect the method may initiate a new therapeutic strategy for tendon-bone healing after ACL reconstruction and find the therapeutic target to improve the healing process.

韧带-骨界面的愈合程度是决定韧带重建手术远期疗效的关键因素。前期研究证实，甲状旁腺激素（PTH）既能促进骨隧道内骨组织的形成，又能促进韧带-骨界面纤维软骨组织的形成。然而，移植韧带的抗拉性能不足，且重建过渡层缺乏轴向机械应力刺激，因而影响重建韧带的长期稳定性。如何动态的实现机械应力和PTH的控释，进而将优化的机械应力与最佳PTH协同作用于韧带-骨界面细胞和组织，是目前亟待解决的问题。本项目将着重围绕基于微流控芯片制作骨细胞、纤维软骨细胞、成纤维细胞三维共培养空间，精确调控PTH和机械应力的作用条件，模拟移植物-骨界面的愈合过程；探索不同条件下PTH和机械应力协同作用促进纤维软骨组织生成的生物学效应及分子机制；并将体外三维界面移植复合体植入前交叉韧带重建模型的骨隧道，评价其促进移植物-骨界面生理愈合的效果。本研究提出将机械轴向应力刺激与生物因子相结合的三维动态设计，为促进移植物-骨界面愈合打

在组织工程中，骨软骨再生是一个协调的炎症免疫、宿主细胞反应和植入物降解过程。本文研究了利用数字微镜装置(DMD)技术制备的富血小板血浆(PRP)-甲基丙烯酰化明胶(GelMA)水凝胶支架对兔骨软骨修复的影响。制备不同浓度PRP的GelMA水凝胶，研究其在体外骨髓间充质干细胞(BMSCs)和巨噬细胞极化中的作用。水凝胶中加入20% PRP对骨髓间充质干细胞的增殖、迁移、成骨和软骨分化效果最佳。20% PRP-GelMA (v/v)水凝胶也促进了M2极化，Arg1和CD206的高表达。与20%PRP组相比，50% PRP组在骨髓间充质干细胞中具有相似的生物学作用，但成骨程度较低。在体内研究中，20%PRP-GelMA复合材料用于骨软骨重建，显示比使用纯GelMA水凝胶观察到更多的软骨和软骨下骨再生。与未治疗组相比，PRP-GelMA组在3个时间点M2巨噬细胞浸润增多，M1巨噬细胞出现减少。PRP-GelMA组Arg1的表达在6周时显著增加，12周时降低到较低水平，而CD163则持续高表达至18周。我们的研究结果表明，3d打印PRP-GelMA复合材料可以通过M2极化的免疫调节促进骨软骨修复，并可能成为骨软骨组织工程的潜在候选材料。意义声明:PRP-GelMA水凝胶促进骨髓间充质干细胞的迁移、成骨和软骨分化。PRP-GelMA水凝胶参与了巨噬细胞的免疫调节和m1到m2的转化。PRP-GelMA水凝胶协调和促进了几种重叠的骨软骨修复事件，包括动态免疫调节、间充质干细胞的趋化性和骨软骨分化。PRP-GelMA水凝胶具有优异的软骨和软骨下骨修复性能。