应用鼻窦粘膜间充质细胞构建自体化组织工程骨模型及其促成骨机制研究

Orbital bone defects could cause serious visual function impairment and midface deformity, which need proper and precise repair and reconstruction. Traditional artificial materials and tissue engineered bone could not ideally repair the bony defects. However, in the past research of repair of orbital bone defects, nasal sinus mucosa as a portion of the unique microenvironment of the orbital walls was neglected. According to our previous research and latest literature, nasal sinus mucosa stromal cells have self ability to differentiate towards osteoblastic lineage, which could play an important role in orbital bone regeneration. The goal of this subject is to explore the osteogenesis ability and osteoinductive mechanisms of mucosa stromal cells, and meanwhile construct autologous tissue engineered bone model by bone marrow blood clot and cellular sheet that is formed by amplification and confluence of nasal mucosa stromal cells in vitro, and transform the model into de novo orbital cortical bone with nasal sinus mucosa attachment，which is contributed by osteogenesis and intrinsic mucosa genesis of nasal sinus mucosal stromal cells and natural scaffold structure provided by bone marrow blood clot. It would provide an entire new view and lay the foundation for ideal repair of orbital bone defects.

眼眶骨缺损可导致严重的视觉功能障碍及颜面部外观畸形,需要适时精确的修复重建。而现有的修复材料及组织工程技术都不能获得理想的修复效果。既往修复眶骨缺损的研究中，构成眶壁独特微环境的鼻窦粘膜，始终未能引起研究者的重视。而根据我们前期的研究结果及最新的文献报道，鼻窦粘膜间充质细胞具有自发成骨能力，在眶骨再生修复过程中可能具有重要作用。本课题将对鼻窦粘膜间充质细胞的成骨能力，及其增殖分化过程中促成骨机制进行探索，同时应用鼻窦粘膜间充质细胞体外培养扩增形成细胞膜片后，与骨髓血凝块构建出来源完全自体化的组织工程骨模型，旨在利用鼻窦粘膜间充质细胞的成骨性和生成粘膜的本质属性，以及骨髓血凝块作为天然生物支架材料的特点，将构建出的组织工程骨模型，向具有鼻窦粘膜基质贴附的新生板层眶骨转化。为眶骨缺损修复提供一种全新的思路，并为最终眶骨缺损在解剖和生理功能上的理想修复奠定实验基础。

项目背景和研究内容（1）体外、体内实验验证了鼻窦粘膜间充质细胞具有优良的成骨潜能，通过检测鼻窦粘膜间充质细胞条件培养液中细胞因子的浓度，以及对可能涉及的信号通路检测，初步阐明了鼻窦粘膜间充质细胞在增殖修复过程中促进成骨机制。（2）应用鼻窦粘膜间充质细胞体外制备细胞膜片，与骨髓血凝块构建组织工程骨模型，体内成骨实验可证明具有粘膜结构的新生板层骨形成，进而为临床应用提供实验基础。.重要结果和关键数据：(1)犬鼻窦粘膜间充质细胞（NSMSCs）具有很强的成骨能力。对NSMSCs进行成骨诱导，其成骨相关基因的表达有所增加 ，碱性磷酸酶染色阳性，茜素红染色阳性。富含NSMSCs的β-TCP异位成骨可见β-TCP支架孔隙内大量成熟的新生骨组织。（2）犬鼻窦粘膜间充质细胞（NSMSCs）成骨分化机制的研究。NSMSCs的条件培养液中细胞因子 (BMP-2, BMP-4, bFGF) 的浓度的浓度明显高于其在BMSCs条件培养液中的浓度。 （3）制备了弹性良好的鼻窦粘膜间充质细胞膜片。（4）鼻窦粘膜间充质细胞膜片封装骨髓血凝块构建自体化组织工程骨具有良好的成骨能力。microCT结果，荧光素序列标记，和硬组织切片苦味酸染色结果均验证了自体化组织工程骨具有良好的体内成骨能力。（5）在此项目的资助下，课题组已在《Stem Cells and Development》、《Tissue Eng Part A》、《Eur Cells Mater》、《Biochem Biophys Res Commun 》、《J Transl Med》等SCI 收录杂志发表论文6篇，总影响因子(IF) 20.643。（6）参加国内重大学术会议并交流3次；已培养博士研究生1名，硕士研究生1名，另外2名博士研究生继续从事相关课题的研究。.科学意义及应用前景：目前眼眶骨折的修复方法是将修复材料桥架在骨缺损部位上，不能自体化且存在感染和排异的后患。眼眶壁骨质菲薄，骨缺损区域血供差。本课题将鼻窦粘膜间充质细胞分离培养，对鼻窦粘膜间充质细胞在增殖分化过程中促成骨作用的机制进行探索，同时，利用高密度细胞长时间孵育法制备鼻窦粘膜间充质细胞膜片，并将骨髓血凝块与膜片构建出圆片状全自体化组织工程骨模型，进行体外及体内成骨研究，生成既具有眶骨壁特点又能与窦腔微环境适应的新生骨组织，为眶骨缺损修复提供全新的视角和坚实的实验基础。