TDSCs的胞外基质微环境对BMSCs腱向分化的作用及机制研究

Tissue-engineered tendons using the traditional tissue engineering methods are difficult to be used to repair and regenerate injured tendons because of the technical bottleneck in research of tissue engineering tendon. The research of tissue inducible biomaterials has opened up new research ideas for the development of tissue engineering tendon. In our previous study, we successfully developed decellularized tendon slices (DTSs), which will provide an excellent substrate for the research of tendon tissue inducible bioscaffolds. In this project, we will conduct the decellularization of the cultured composite of tendon-derived derived stem cells (TDSCs) and DTSs substrate until the cell sheet is formed, to reconstruct an in vitro three-dimensional tissue-specific stem cell niche and develop a novel bioscaffold which could induce the tendinogenic differentiation of bone-marrow mesenchymal stem cells (BMSCs). From gene and protein expression level, the fate of BMSCs in the decellularized TDSCs extracellular matrix will be determined and the role of Bgn and Fmod in the decellularized TDSCs extracellular matrix that induce the tendinogenic differentiation of BMSCs will be explored by RNA interference technology.Furthermore,the homing and the tendinogenic differentiation of endogenous BMSCs will be confirmed by a mouse subcutaneous implantation model. This project will break through the technical bottleneck in the development of traditional tissue engineering tendon, and provide a strong experimental evidence for the research and development of biomaterials that can induce tendon regeneration.

利用传统的组织工程方法构建组织工程化肌腱因其技术"瓶颈"难以用于损伤肌腱的修复与再生。研究组织诱导性生物材料为组织工程肌腱的发展开辟了崭新的思路。在前期研究中，我们成功地研制了脱细胞肌腱片状材料，为进一步研究肌腱组织诱导性生物支架提供了良好模板。本项目拟通过TDSCs与该片状材料模板复合培养，至TDSCs形成细胞层后进行脱细胞处理，体外重建三维组织特异性干细胞微环境，构建具有诱导BMSCs腱向分化的新型生物支架。从基因和蛋白表达水平确定BMSCs在TDSCs的胞外基质微环境中的命运并通过RNA干扰技术探究TDSCs的胞外基质组分Bgn和Fmod在诱导BMSCs腱向分化过程中的作用机制。进一步通过Balb/c小鼠皮下植入实验证实该支架诱导体内募集的内源性BMSCs腱向分化的能力。本项目将突破传统的组织工程肌腱发展的技术瓶颈限制，为研发可诱导肌腱组织再生的生物材料提供强有力的实验依据。

利用传统的组织工程方法构建组织工程化肌腱因其技术“瓶颈”难以用于损伤肌腱的修复与再生。研究组织诱导性生物材料为组织工程肌腱的发展开辟了崭新的思路。在前期研究中，我们成功地研制了脱细胞肌腱片状材料（DTSs）。本项目证实了DTSs支架具有天然肌腱固有的胞外基质(ECM)拓扑结构、保存良好的ECM生化组分以及接近于天然肌腱的硬度特性，可诱导肌腱干细胞（TDSCs）和骨髓间充质干细胞（BMSCs）取向排列、增殖及腱向分化， 发现在体外对BMSC-DTS复合物施加周期性力学刺激，可促进BMSCs腱向分化、有利于细胞渗透到支架内部并形成致密的细胞层，并保留了复合物的力学性能。在此基础上，进一步以DTSs支架为模板，利用肌腱组织特异性干细胞-TDSCs的ECM修饰DTSs支架构建微环境优化的ECM-DTSs新型生物支架，并对其微环境信号和体外诱导性进行表征，发现TDSCs的ECM修饰在不改变支架硬度特性的同时，基质组分中可调控干细胞生物功能的生长因子(TGF-β/IGF-1/VEGF)及决定腱向分化的重要蛋白聚糖(Bgn和Fmod)等均有显著提高，赋予新型生物支架具有更高的促进BMSCs增殖、迁移及腱向分化的能力。通过外源性添加的方式研究TDSCs 的 ECM关键组分 Bgn 和 Fmod对TDSCs增殖及腱向分化作用，发现低浓度的Bgn和Fmod均可促进TDSCs成腱基因的表达，同时可抑制成软骨和成骨相关基因的表达水平，而且发现Bgn可通过BMP-7/SMAD1/5/8信号通路促进TDSCs腱向分化。进一步将DTSs支架植入兔体内修复兔肩袖肌腱全厚撕裂缺损，发现 DTSs 支架在提高修复肌腱的生物力学性能的同时，可为宿主细胞的迁移和增殖提供合适的诱导性微环境，增强了宿主组织与支架材料的整合。该项目对于构建微环境信号优化的新型生物支架、进一步研究诱导肌腱组织再生的生物材料具有重要的意义。