不同发育起源MSCs在骨缺损修复重建过程中的作用及机制研究

The heterogeneity of MSCs caused partly by variety of progenitors hinders the application effects of tissue-engineered bone, while it’s difficult to sort out distinct MSCs subsets due to the lack of specific surface markers. This research aims to solve this problem from a new development point of view. iPS cells will be respectively induced to nerual crest and mesoderm through embryo body, and MSCs with these two origins can be got by further induction. Through: 1, comparing the cell proliferation, differentiation and surface markers of MSCs with two different origins; 2, seeding cells in xenogeneic cancellous bone scaffolds to compare the adhering, proliferation, osteodifferentiation and matrices secretion of MSCs with two different origins during in vitro tissue-engineered bone regeneration; 3, implanting scaffolds seeded with MSCs into segmental bone defects, to observe the livability and migration of MSCs with different origins via fluorescence tracing in vivo; then evaluating bone repair effect after operation to analyze the distribution of exogenous MSCs and the source of neonatal bone tissue, finally illuminating the functional mechanisms of different MSCs origin on bone regeneration. This study will provide a new view to solve the heterogeneity of MSCs and to illustrate the function of different MSCs subsets during bone regeneration; and it will help to guide clinical application of MSCs for tissue-engineered bone.

MSCs发育起源不一所致细胞群体异质性制约了其在组织工程骨中的应用效果，而不同MSCs亚群因缺乏特异性表面标志而难以分选。本研究拟从发育角度解决这一问题，将iPS细胞经胚体分别向神经嵴和中胚层诱导，进而分离得到两种发育起源的MSCs。然后通过：一、在细胞水平上比较两种起源MSCs的增殖与分化性能及表面标志差异；二、与脱细胞松质骨支架复合，比较组织工程骨体外构建情况下两种起源MSCs在支架中的粘附、增殖、成骨分化与骨基质分泌情况；三、将细胞支架复合体植入构建的动物骨缺损模型，通过荧光标记体内示踪，观察两种起源MSCs在体内组织工程骨重建过程中的存活迁移情况，于术后各时间评价骨修复效果，分析外源MSCs的分布及新生骨组织的来源，研究两种起源MSCs在体内外骨重建中的作用机制。本研究将为解决MSCs的异质性，阐明不同亚群MSCs在骨重建中的作用提供新思路，有助于指导MSCs在组织工程骨中的应用。

MSCs发育起源不一所致细胞群体异质性制约了其临床应用，而不同MSCs亚群因缺乏特异性表面标志而难以分选。本研究从发育角度解决这一问题，成功建立了多能干细胞经神经嵴及中胚层分化为MSCs的诱导方法，将iPS细胞经胚体分别向神经嵴和中胚层诱导，进而分离得到两种发育起源的MSCs 亚群。通过采用具有更强增殖能力的 iPS 诱导获得 MSCs，为临床提供了全新来源且易于规模化扩增的个体化种子细胞。通过对中胚层和神经嵴谱系的MSC进行高通量测序，分析结果及验证实验证实两种发育起源MSC诱导过程中间阶段差异显著，诱导方法重现性高，发现中胚层谱系的MSCs增殖能力更强，神经嵴谱系的MSC迁移、侵袭及分化能力更强。将诱导所得的中胚层谱系MSCs同BMSCs一同构建细胞-支架复合物，植入体内进行成骨试验，结果显示中胚层谱系MSCs新生骨组织更多，同时，中胚层谱系MSC支架复合物中新生血管组织更多，说明中胚层谱系MSC在成骨及成血管方面更具优势。本项目为 MSCs 亚群的纯化提供了全新思路，将为临床提供全新来源的个体化种子细胞，有助于建立标准化的临床MSC细胞库，促进MSC的临床转化应用。同时，通过研究不同起源 MSCs 的功能差异及机制，本研究对种子细胞的选择和优化及对构建高性能组织工程骨具有重要的指导意义。