从负压吸引探讨萎缩性骨不连组织成骨能力再激活及Connexin43在其中的信号作用

The treatment of atrophic nonunion still remains one of the obstacle of clinical orthopedic problems, when applicating Ilizarov technique to put pressure directly in docking site of atrophy bone nonunion, we can observe the healing phenomenon without exposing the docking site, we collect tissue of atrophic nonunion and primary cell culture. After osteogenic induction, the nonunion tissue cells was observed having ability of osteoblast differentiation. Therefore, we assumed some precursor cells of atrophic nonunion tissue, in "sleep" state, can be reactivated to osteogenic cell differentiation and proliferation under certain conditions. The clinical treatment of negative pressure has gained excellent results in dealing with soft tissue infections and defect. The principle is that negative pressure can promote local vascular level, another study shows that mesenchymal stem cells can be induced to osteoblast differentiation under negative pressure conditions. CX43 play an important role in signal transmision between bone tissue cells, mechanical stress may influence CX43 expression through the ERK1/2 pathway to regulate bone remodeling. Therefore, we assumed that application of negative pressure can promote the region revascularization level on the one hand, and pass a "wake up" signal to induce "dormant" cell in atrophic nonunion to osteogenic differentiation through the ERK1/2 pathway regulating CX43 expression on the other hand, ultimately achieve bone healing.

萎缩性骨不连的治疗是骨科临床难点问题之一，申请人应用Ilizarov技术直接对萎缩性骨不连断端加压或者骨段滑移，发现即使不处理骨不连断端仍然可以达到骨性愈合，并在前期实验中采集萎缩性骨不连组织进行原代细胞培养，行成骨诱导后发现骨不连组织细胞能够向成骨细胞分化，因此设想萎缩性骨不连组织内存在处于"休眠"状态的前体细胞，在特定条件下可以激活并向成骨细胞分化增殖。负压吸引临床治疗软组织感染及缺损卓有成效，原理在于负压促进局部血管化水平，另有研究表明间充质干细胞负压条件下培养可向成骨细胞分化。CX43在骨组织细胞间信号传递发挥重要作用，而机械应力调控骨重塑可能通过ERK1/2通路调节CX43表达来实现。因此课题组假设在萎缩性骨不连区域施加负压，一方面促进该区域再血管化水平，一方面可以通过ERK1/2通路上调CX43表达来传递"苏醒"信号，诱导骨不连组织内"休眠"细胞成骨分化，最终达到骨性愈合。

萎缩性骨不连的治疗是骨科临床难点问题之一，申请人设想萎缩性骨不连组织内存在处于“休眠”状态的前体细胞，在负压条件下通过特定的分子机制可以激活，并向成骨细胞分化增殖。课题组在该项目中成功建立了兔股骨干萎缩性骨不连模型，并将骨不连组织中的细胞进行了原代培养，发现骨不连组织中存在具有类似MSCs干性的细胞，可以向成骨细胞定向分化。进一步研究发现，负压能够促进上述细胞的成骨分化和增殖，且最佳负压作用条件为-125mmHg。在负压（-125mmHg）培养条件下，CX43蛋白表达上调，且其上调对细胞的成骨分化至关重要。然而，在负压培养下，CX43蛋白的上调并不是通过ERK1/2通路实现的，其具体分子机制尚有待进一步研究。此外，通过对兔萎缩性骨不连模型行拉伸操作（作用原理等同于负压吸引），观察到骨不连组织中CX43蛋白表达水平上调，但是没有观察到再激活的成骨反应，说明单凭CX43蛋白表达上调无法促进骨不连组织的成骨再激活，还需要其他分子机制介入才能最终激活成骨反应，具体分子机制正在进行深入研究。本课题首次证实对骨不连组织细胞施加牵张作用应力（负压模拟），可以上调细胞CX43表达水平，并向成骨细胞定向分化，该研究通路对于将CX43作为靶点的临床治疗开辟了新的方向，即通过临床VSD技术或者Ilizarov技术对组织细胞施加牵张作用应力会上调细胞CX43水平，发挥缝隙连接蛋白及缝隙连接通讯在组织细胞层面的生物学效能。