基于Wnt5a的定向脱细胞软骨基质/MSCs组织工程软骨构建及促进界面整合的机制研究

Stem cells based articular cartilage repair is promising, however; no method can obtain a good long-term therapeutic effect. Eventually it leads to cartilage degeneration and osteoarthritis. The long-term good repair effect needs good regeneration of cartilage and regenerated cartilage integration to host cartilage. This study intends to use the natural cartilage extracellular matrix scaffold to construct three-dimensional porous directional scaffold, combination of hydrogel gel loading Wnt5a and BMSCs to construct quasi bionic cartilage repair material, whose mechanical properties, cell growth and natural environment are similar to natural acrtilage (directional cartilage acellular cartilage matrix /BMSCs- hydrogel complex). The vertical directional structure supports the extracellular matrix orientated deposition, maintaining the direction of regenerated collagen fiber. Wnt5a can inhibit chondrocyte hypertrophy and maintain chondrogenic differentiation of progenitor cells; using the effect of chemotaxis of the release of Wnt5a, transplanted BMSCs and autologous stem cell can migrate to the interface. Meanwhile BMSCs- hydrogel was used as the interface bridge connection. Through in vitro and in vivo bone cartilage defect model, the repair efficiency cartilage repair regeneration of cartilage and host cartilage interface integration and mechanism (Src, PLCg1, ERK12, signal pathway) were evaluated, providing theoretical basis and experimental basis for cartilage repair.

干细胞用于关节软骨修复是最具潜力和前景的领域之一，但是，长期良好的治疗效果很难获得，最终再生软骨退变，想获得长期良好的效果需要再生软骨与宿主软骨完好整合。本研究拟用天然软骨细胞外基质构建三维多孔定向支架，结合水凝胶负载Wnt5a和BMSCs，拟构建力学性能、细胞生长环境都与天然软骨相似的仿生软骨修复材料（定向脱细胞软骨基质/BMSCs-水凝胶复合体），垂直定向支架使细胞外基质定向沉积，维持再生胶原纤维的方向，Wnt5a能抑制软骨细胞肥大，维持软骨祖细胞的软骨分化，利用缓释的Wnt5a的趋化作用，使移植的BMSCs和自体干细胞向界面迁移，利用BMSCs-水凝胶作为界面连接的桥梁，通过体外、体内骨软骨缺损模型，评估软骨修复效率、再生软骨与宿主软骨界面整合情况及作用机制（Src, PLCg1, ERK12信号通路），为临床软骨修复提供理论基础和试验依据。

干细胞用于关节软骨修复是最具潜力和前景的领域之一，但是，长期良好的治疗效果很难获得，最终再生软骨退变，想获得长期良好的效果需要再生软骨与宿主软骨完好整合。本研究建立了Wnt5a/定向脱细胞软骨基质/BMSCs-水凝胶复合体促进软骨再生和界面整合的技术方法,Wnt5a可以缓慢释放，利用其趋化和分化作用，使BMSCs及自体细胞向界面迁移，且BMSCs-水凝胶填补软骨与复合体的界面，通过PI3K/AKT/JNK信号通路促进界面整合，再生软骨的胶原纤维方向接近正常，为提高软骨修复的长期效果提供理论基础，揭示了软骨界面整合的可能机制和潜在机理。. 研究结果显示Wnt5a有趋化和软骨分化作用，能使BMSCs及自体细胞向界面迁移，且伴随着相关基因的变化，能高表达Collagen II，aggrecan基因；进一步检测证实其通过PI3K/AKT/JNK信号通路；在体内利用BMSCs-水凝胶填补宿主软骨与复合体的界面显示了良好的软骨再生能力和界面整合作用，再生软骨的质量明显优于其余组，高表达细胞外GAG基质，软骨层胶原含量高，软骨相关的基因表达高；而且偏振光显示能维持垂直的胶原纤维方向，具有良好的力学性能。本研究提出了维持再生软骨的胶原垂直方向和抑制软骨肥大在软骨再生和界面整合中起重要作用，软骨细胞的分化状态和软骨层胶原纤维方向及界面整合能维持软骨的长期修复效果。. 根据本研究结果，可以将定向脱细胞软骨基质支架的应用推广到其他不规则、大面积软骨缺损、甚至骨关节炎软骨缺损部位，为不同类型、不同疾病状态的软骨缺损再生和界面整合指引方向，下一步并继续探索影响软骨界面整合的关键因素并完善对大面积软骨缺损的修复效果和界面的整合能力，为临床应用提供安全有效的实验依据。