鹿角胶联合VEGF/BMP基因转染的骨髓间充质干细胞修复股骨头坏死的研究

Femoral-head Osteonecrosis (ONFH) is a common clinical osteonosus with significant lethality and high disabled rate. Joint replacement and drug therapy are two ways to cure the disease; however,both ways have lots of limitations. The development of tissue engineering combined with stem cells, biomaterials and cell factor brings a new method for the treatment of ONFH. We previous study indicated that the deerhorn glue enhanced the proliferation of bone mesenchymal stem cells (BMSCs) and induced the differentiation of BMSCs to osteoblast. We have also found that the deerhorn glue can improve the blood circulation system in vivo. In this study, we will further explore the functional effect of the deerhorn glue combined with BMSCs in repairing the ONFH. Firstly, BMSCs cells will be cultured in special medium with the deerhorn glue, and the cells will then be transfected with constructed vector containing both genes of vascular endothelial growth factor (VEGF) and bone morphogenetic protein (BMP). VEGF and BMP are important growth factors to regulate the growth of the Femoral Head. Secondly, the culture medium with the deerhorn glue and the transtected BMSCs will be together injected into the necrotizing area of ONFH in the rat model. Finally, we will investigate the function of the combined treatment of the deerhorn glue and BMSCs cells overexpressing VEGF and BMP. We will detect the effect of this treatment on cell growth and differentiation, angiogenesis, blood circulation and repairing of the Femoral Head. The outcome of the proposed research will provide a novel way to treat ONFH.

股骨头坏死(ONFH)是一种致死率和致残率极高的常见骨科疾病,目前采用的关节置换手术和药物治疗方法都存在局限性。基于干细胞、生物材料及细胞因子联合应用的组织工程学的发展为ONFH的治疗提供了新的途径。申请人前期研究发现传统中药鹿角胶可以促进骨髓间充质干细胞（BMSCs）增殖并向成骨细胞分化，可以促进血液循环系统的改善。本研究拟用含有鹿角胶的培养液培养BMSCs，并用含有血管内皮生长因子/骨形态发生蛋白（VEGF/BMP）基因的腺病毒载体转染BMSCs，然后把含有鹿角胶及BMSCs转染细胞的培养液共同注射入大鼠ONFH模型的坏死部位，研究鹿角胶在VEGF和BMP活性因子的协同作用下促进BMSCs增殖和分化、新生血管形成、循环系统改善以及在股骨头修复中的功能作用，评价治疗效果，为治疗ONFH提供新的方法和思路。本项目是一个具有潜在应用价值的创新性的探索研究。

课题“鹿角胶联合VEGF/BMP基因转染的骨髓间充质干细胞修复股骨头坏死的研究”是国家自然科学基金面上课题，项目批准号为：81273776。在基金委的大力支持下，课题组按时完成了研究任务，现将情况汇报如下：.股骨头缺血性坏死（ANFH）是临床常见骨科疾病，致死率极高，被称为“不死的癌症”。目前ANFH的治疗，主要依靠全髋置换手术，患者难以承受巨额费用及频繁手术的痛苦。课题借助前沿的干细胞技术，将传统中药鹿角胶加入培养基，搭载骨骼生长的“种子”—骨髓间充质干细胞（BMSCs）和“催化剂”—慢病毒载体，共同注射入ANFH模型大鼠坏死部位，观察病变骨的修复过程，探索一种治疗ANFH的新方案。.主要研究内容：.（1）精制鹿角胶，进行大鼠BMSCs的分离培养以及鉴别.分离获取大鼠的BMSCs后，绘制细胞的生长曲线，进行形态学观察、Giemsa染色观察、表型鉴定。. （2）携带BMP7基因的慢病毒载体的构建和体外表达.课题组采用BMP7基因表达质粒成功转染大鼠BMSCs并进行表达，基因转染能加强目的基因的转录，进而加速BMSCs向成骨细胞表型转化。.（3）考察鹿角胶对转染BMSCs的成骨性诱导.考察鹿角胶增强大鼠BMSCs细胞的增殖能力、粘附能力、分化成熟能力、增强碱ALP活性的表达和骨钙素合成能力，确定鹿角胶对转染的BMSCs细胞具有成骨诱导性。.（4）鹿角胶携同BMP7慢病毒载体，搭载BMSCs注入 ANFH 模型动物.课题组采用慢病毒载体将细胞转染后，定位注入 ANFH 模型动物坏死部位，进行了大鼠一般情况、病理学、X射线等检测，考察了动物模型的修复情况，确定新方法的安全、有效。. 课题实施期间，发表SCI论文2篇，中文核心论文16篇，编写专著1部，获得发明专利3项，获得院内制剂批件1项；培养泰山学者1名，山东省有突出贡献专家2名，正高职称2名，博士后1名，博士生2名，硕士生11名，本科实习生10名，取得了丰硕的成果。.总之，课题组将干细胞技术与基因技术联合应用，实现对骨组织损伤的修复，是干细胞治疗和传统胶类中药新应用富有探索性和创新性的研究，将会创造良好的社会效益和经济效益。