鱼骨来源BCP对激活CaSR调控整合素β1（ITGB1）表达和功能的机制研究

Calcium phosphorus ceramics as periodontal bone regeneration materials have execllent osteoinductive properties. For the underlying mechanisms, previous studies focused on the calcium-sensitive receptors (CaSR) and integrin-activated downstream signaling pathways, and the correlation between the two is poorly understood. In the preliminary experiments, we prepared a kind of fishbone-derived HA / β-TCP biphasic calcium phosphate (FB-BCP) for osteoinductivity mechanism study and found that activation of CaSR can affect the expression and function of integrinβ1 (ITGB1) , ERK and Akt pathway involved in the regulation of expression, but the specific signal transduction mechanism remains to be further studied. Therefore, we hypothesize that: the implantation of materials may create and important gradient of calcium ions, which activates CaSR via ERK and Akt pathway thus to regulate the expression of ITGB1, and activates the function of ITGB by affecting Rap1, these two factors coordinated to promote the osteogenesis of biphasic calcium phosphate materials. To validate this hypothesis, we intend to use FB-BCP material to construct in vitro and in vivo models, and use various technology such as shRNA, lentivirus, Real time-PCR, Western blot, Co-IP and FRET to reveal the mechanism that CaSR regulate the expression and function of ITGB1 through the activation of downstream signaling pathway, thereby promoting the osteogenesis of the BCP materials from the perspective of molecular, cell, tissue and animal overall level. This study will explore the mechanism of osteoinductivity induced by this BCP scaffold material and lay a new way of thinking and theoretical basis for alveolar bone induction and reconstruction.

细胞钙敏感受体（CaSR）和整合素在钙磷陶瓷材料诱导骨生成中发挥了关键作用，但二者之间的串话机制仍知之甚少。前期我们以鱼骨来源HA/β-TCP双相磷酸钙（FB-BCP）作为新型细胞支架研究其骨诱导性能，发现激活CaSR会影响整合素β1（ITGB1）的表达和功能，ERK和Akt通路参与了表达调控，但具体的信号转导机制还有待进一步研究。因此我们提出假说: 材料释放钙离子激活CaSR，通过ERK和Akt通路调控ITGB1表达，并通过影响Rap1活性激活ITGB1功能，二者共同提高材料促成骨效果。为验证这一假说，我们拟用FB-BCP构建体内、外模型，应用一系列分子生物学技术，从细胞、组织及动物整体水平等多方面揭示CaSR激活下游信号通路影响ITGB1的表达和功能这一调控机制。本研究将探讨这类BCP细胞支架的诱导骨生成机制，并为牙槽骨诱导与重建奠定新思路和理论基础。

课题组前期通过对鲑鱼骨高温煅烧得到含有大量β-TCP 成分的 BCP 材料，且通过建立异位成骨动物模型证明鲑鱼骨来源的BCP材料具有诱导宿主体内未分化的间充质细胞迁移并分化成骨的性能。但BCP 生物陶瓷的骨诱导性存在争议，其骨诱导机制不明确。学者们提出BCP 生物陶瓷的化学特性和几何形状都是成骨诱导的关键因素。因此课题组主要通过高温煅烧的简易方式，从海洋鱼类中得到 BCP 多孔生物陶瓷支架材料，并从五个方面对其成分组成以及显微结构进行改性，探究其成骨诱导的机制。第一部分：从不同鱼种中通过高温煅烧获得的BCP生物材料、以及同一鱼种在不同煅烧温度下所获得的BCP生物材料的比较。证明没有胶原的鱼刺是制备双相磷酸钙更好的原料。第二部分：筛选出既能够提高β-TCP相对含量，又能优化微观结构的处理方法及条件。通过对比不同预处理方法对鲑鱼骨来源的BCP材料的影响，对比不同预处理方法对鲑鱼骨成分和结构影响的差异，我们筛选出过氧化氢溶液作为预处理方法，它既可以显著的提高鲑鱼骨来源的 BCP 材料中β-TCP 的相对含量，同时可以增加微孔数量，增大比表面积，优化了微观结构。第三部分：制备出鲑鱼骨来源的含CO32-的BCP材料，β-TCP 相对含量增多、晶粒尺寸减小、结晶度降低、总孔隙率增加和比表面积增大；体外细胞实验表明，含CO32-的 BCP 生物陶瓷生物相容性更好，成骨诱导性能更优。第四部分：从鲳鱼骨中提取BCP生物材料，并对其成分和显微结构特征进行了表征，通过体内外实验探究了鲳鱼骨来源BCP材料的生物相容性以及成骨诱导性能。体外细胞实验表明， 900℃煅烧后鲳鱼骨的骨形成相关标志物 Alp 和 Runx2 的表达水平普遍高于其他组。在动物模型内，900℃煅烧的鲳鱼骨的成骨能力几乎与临床上最常用的Bio-Oss 相当。第五部分：对五种交联条件下的巴沙鱼皮脱细胞真皮基质的生物安全性及相容性的研究。通过对鱼骨来源BCP材料改性及在体内外成骨诱导性能的研究，为探究其的诱导骨生成信号机制奠定新思路和理论基础。