VEGF/BMP缓释系统联合诱导性多能干细胞治疗激素性股骨头坏死的研究

There is no ideal treatment of avascular necrosis of the femoral head currently. In recent years, bone marrow stem cell transplantation in the treatment of avascular necrosis of the femoral head can obviously relieve the patients symptoms, but the revascularization in transplanted cells are slowly, at the same time, cell source is restricted, limiting the effect of cell transplantation. Research confirmed that the transplanted bone marrow stem cells mainly through two mechanisms, promoting vascular regeneration and new bone formation to achieve effective treatment. Therefore, maximize the promotion revascularization of avascular necrosis of the femoral head region and coordinated development of bone is the problem to be solved at present. Induced pluripotent stem cells ( iPS cell ) application of transplantation in the treatment of human diseases has become a research hotspot, iPS cells have multilineage differentiation capacity, and do not involve the immune rejection and ethical issues. Combined with the previous work, we attempt to use borate glass chitosan composite as biological release system, load vascular endothelial growth factor ( VEGF ) / bone morphogenetic protein ( BMP ) as well, combined with the transplantation of differentiated iPS cells to vascular endothelial cells and osteoblasts to treat avascular necrosis of the femoral head, study blood vessels and bone formation process, analysis of the mechanism of avascular necrosis of the femoral head and development role.We also use bone marrow stem cell transplantation for comparison and hope to provide new methods for the treatment of avascular necrosis of the femoral head.

目前股骨头缺血坏死尚无很理想的治疗方法。近年来，骨髓干细胞移植治疗股骨头坏死能明显改善部分患者的症状，但移植细胞区内再血管化缓慢，同时取材受限，限制了细胞移植的疗效。研究证实移植的骨髓干细胞主要通过促进血管再生和新骨形成两种机制达到治疗作用。因此最大限度促进股骨头坏死区再血管化和成骨的协调发展成为目前亟待解决的难题。诱导性多能干细胞（iPS cell）移植在人类疾病治疗中的推广应用日益成为研究热点，iPS细胞具备多向分化能力，且不涉及免疫排斥和伦理问题。结合前期工作，我们尝试利用硼酸盐玻璃壳聚糖复合物作为生物缓释系统，负载血管内皮生长因子（VEGF）与骨形态发生蛋白（BMP），结合iPS细胞诱导分化来的血管内皮细胞和成骨细胞移植技术，治疗早期激素性股骨头坏死，研究血管化和成骨进程，分析该技术对股骨头坏死发展和转归的作用，并与单纯骨髓干细胞移植作比较，为临床治疗股骨头坏死提供新的思路和方法。

股骨头坏死好发于中青年，随着股骨头骨坏死的不断进展，关节出现塌陷，严重影响了患者的日常生活和工作，一直是骨科难治性疾病。虽然骨髓基质干细胞移植取得了一定疗效，但移植区的再血管化缓慢，同时取材受限。近年来，干细胞组织工程成为再生医学领域的研究热点，干细胞具有旺盛的增殖能力和多向分化能力，已有研究证实干细胞可用于多种组织损伤的修复。.本研究主要构筑含生长因子BMP-2和 VEGF-165的硼酸盐壳聚糖复合物缓释系统，且复合iPS细胞后对兔激素诱导性股骨头早期坏死的治疗有效性。从而探讨该复合材料治疗股骨头坏死的机制，深入了解股骨头坏死的发生机制。.本研究证实了载生长因子的硼酸盐壳聚糖复合物复合iPS细胞治疗早期股骨头坏死的有效性及安全性。BMP-2和 VEGF-165的局部浓度在植入14天左右后达到高峰，持续释放时间约4周。股骨头坏死局部的成骨和成血管也在植入复合材料14天左右后达到高峰。载生长因子的硼酸盐壳聚糖复合物移植后，BMP通路和p-Smad1 / 5蛋白中的关键基因Smad1 / 5和Dlx5明显升高，这些作用可被BMP / Smad特异性抑制剂阻断。研究结果表明载生长因子的硼酸盐壳聚糖复合物可以通过激活BMP / Smad途径和干细胞的成骨分化来促进骨修复的进行。我们在研究时发现，早期局部的人诱导性多能干细胞分泌的外泌体（iPS-MSC-Exos）浓度升高，它通过促进局部血管生成和预防骨质流失预防股骨头坏死；iPS-MSC-Exos通过某种机制激活了细胞内的PI3K / Akt的信号通路，这一信号通路被证实参与了细胞增殖，血管新生和成骨等重要生理过程。而外泌体比干细胞在特定区域发挥作用的机制更简单、直接，对于研究股骨头坏死发生机制更精准，这为今后研究提供新的方向。同时发现在股骨头坏死中自我抑制肽靶向TGF-β/ BMP信号传导的合理推导，延伸和环化，这信号传导通路对成骨细胞的活化和分化具有很强的刺激作用，在股骨头坏死中发挥重要作用，为在分子水平上与骨疾病作斗争的提供了新的思路。