含硅、锌无机钙磷生物材料触发骨愈合的分子机制发现研究

含硅、锌等元素无机钙磷生物材料在骨愈合中具有重要作用。目前有关骨愈合实验中观察到的仅是组织和细胞层面的表象，材料触发骨愈合过程的分子水平研究仅限于对少数"已知"生物大分子的表达进行验证性检测，是否还存在其它"未知"关联基因和分子仍不清楚，也不清楚骨修复过程中元素（硅锌）钙磷材料在何位点、通过何种途径触发何种"分子开关"导致骨愈合。本申请提出在基因组水平开展硅（锌 ）钙磷生物材料触发骨愈合分子机制的发现研究，为回答上述难题提供了可能，是对现有研究的一个重要创新和突破。主要研究内容：基于基因组学的骨愈合过程中硅（锌）相关基因筛选及验证；骨愈合过程硅（锌）钙磷材料-细胞相互作用的分子机制；硅（锌）钙磷材料触发骨愈合分子机制的验证研究等。通过上述具体和关键科学问题的研究，不仅可以揭示含硅、锌钙磷生物材料触发骨愈合作用的分子机制，同时也为研究其它生物材料与生体间相互作用开辟了新途径，故具有重要意义。

含硅、锌等元素无机钙磷生物材料在骨愈合中具有重要作用。目前有关骨愈合实验中观察到的仅是组织和细胞层面的表象，材料触发骨愈合过程的分子水平研究仅限于对少数"已知"生物大分子的表达进行验证性检测，是否还存在其它"未知"关联基因和分子仍不清楚，也不清楚骨修复过程中元素（硅锌）钙磷材料通过何种信号通路导致骨愈合。本课题提出开展硅（锌）钙磷生物材料触发骨愈合分子机制的发现研究，为回答上述难题提供了可能，是对现有研究的一个重要创新和突破。本课题系统研究了含硅、锌元素取代钙磷生物材料（hydroxyapatite）的制备、表征及材料相关精细结构，为后续分子机制研究奠定了重要基础；通过材料与细胞相互作用研究，发现一定取代度硅元素取掺杂羟基磷灰石具有良好的促进骨髓间质干细胞成骨分化功能，而锌元素取代纳米羟基磷灰石则具有良好的抑炎效果，并给出了初步的分子机制；通过microRNA芯片技术，进一步检测了硅元素取代羟基磷灰石在诱导成骨分化过程中大鼠骨髓间质干细胞内microRNA的变化，利用GeneOntoloy、KEGG等预测软件首次发现一条全新的抑制Ｉ型胶原表达的microRNA：miR-6216，并提出了硅元素通过降低miR-6216表达水平，解除其针对Ｉ型胶原的抑制作用，从而促进成骨分化的“Si-miR6216- Col1-Osteogenesis”分子机制模型；对预测模型中的关键分子，I型胶原（COLI）分别利用RT-PCR和Westernblot技术在转录组水平和蛋白水平进行了验证检测，两方面结果均符合预期，有力支持了我们提出的新论断，从而揭示了含硅羟基磷灰石材料触发骨愈合作用的分子机制。上述工作同时也为研究其它生物材料与生物体间相互作用提供了新的方法学和有益借鉴。