Nidogen-1对组织工程骨血管化和骨再生的作用及机制研究

The repairment of large segmental bone defects is one of the giant challenges in orthopaedics. Tissue engineering techniques have offered promising approaches for treatments of bone defects. However, early vascularization of the graft is still a bottleneck restricting bone regeneration. Our previous study confirmed that BMSCs (bone marrow mesenchymal stem cells) and ECs (endothelial cells) regulated the microenvironment of bone defect regions synergistically and accelerated neovascularization. Recently, we further found that BMSCs induced skeleton remodeling of ECs, and enhanced their migration and tube formation. Moreover, the data of TMT proteomics and in vitro experiments supported BMSCs derived exosome Nidogen-1 as a key modulator. Both the previous studies and our preliminary results suggested that Nidogen-1 regulated vascularization of ECs via intergrin-mediated FAK/Rho-GTP signaling pathway. Accordingly, this project, performed with in vivo and in vitro experiments, intends to confirm the regulation of exosome Nidogen-1 on endothelial vascularization firstly, and further elucidate the role of FAK/Rho-GTP pathway in neovascularization mediated by Nidogen-1. At last, the effects of Nidogen-1 on vascularization and repairment of tissue engineered bone will be evaluated. This research aims to provide a newsight for the construction and application of early vascularized tissue engineered grafts.

大段骨缺损的修复是骨科面临的巨大挑战之一。组织工程技术为骨缺损治疗带来了希望，但移植物的早期血管化仍是制约其疗效的瓶颈问题。课题组前期证实BMSCs（骨髓间充质干细胞）和ECs（内皮细胞）协同调节缺损部位微环境，加速血管新生。申请人近期发现BMSCs诱发ECs骨架重塑并增强其迁移和成血管能力。TMT定量蛋白组学和预实验表明BMSCs来源的外泌体Nidogen-1（巢蛋白1）是关键效应分子。文献和前期结果提示其可能通过整合素介导的FAK/Rho-GTP信号发挥作用。据此，本项目拟通过体外共培养和体内成血管、骨缺损修复等实验，旨在：1）验证Nidogen-1对ECs成血管的调控作用；2）筛选Nidogen-1的整合素受体，明确FAK/Rho-GTP通路与血管再生的关系；3）评价Nidogen-1在组织工程骨血管化和骨修复中的应用效果。本研究将为组织工程移植物的血管化策略提供新靶点和新思路。

早期血管化是组织工程骨修复大段骨缺损的瓶颈问题。有证据表明骨髓间充质干细胞衍生的细胞外囊泡具有较强的促血管生成潜力，但具体的效应分子和作用机制尚未完全揭示。Nidogen1是一种主要由间质细胞分泌的细胞外基质（ECM）蛋白，本课题组发现Nidogen1以胞外囊泡（EV-NID1）的形式存在，提示其除了作为结构蛋白发挥作用外，可能还扮演了信号分子的角色。因此，本研究的目的是揭示EV-NID1的功能和作用机制，为基于BMSCs的无细胞治疗策略提供了新靶点和新思路。.本课题定义了NID1的的新的存在和分泌形式，即EV-NID1。EV-NID1通过靶向大鼠血管内皮细胞（RAECs）胞内的myosin-10干预黏着斑的形成和装配，从而减弱内皮细胞与ECM的粘附强度，增强其迁移和成血管的潜力。另外，为了验证载EV-NID1移植物是否具有转化潜力，我们构建了一种基于海藻酸盐/PEG2000/明胶的复合水凝胶。物理表征结果显示该水凝胶具有疏松的多孔结构，EVs均匀分布于材料内部且结构完整，可以满足后续试验需求。体内试验数据证实EVs水凝胶有序加速血管再生和骨修复进程，而NID1作为移植物的核心元件，其促骨再生的功能主要归因于加速了原位血管再生。.综上所述，我们发现EV-NID1靶向胞内myosin-10，通过调控内皮细胞与ECM的粘附来加速血管新生，这种新奇的作用方式和机制有助于全面解析NID1的生物学功能。另外，基于EV-NID1的新型组织工程支架也显示出良好促血管和骨再生的效果。本研究符合精准医学的发展趋势，为无细胞治疗策略提供了新的可能。