SDF-1/CXCR4轴介导MSC迁移在膜诱导技术修复骨缺损中的机制研究

Induced membrane technique is a relatively new technique to repair large bone defects, with higher success rate, fewer complications and independent bone healing time to length, but the mechanism of osteogenesis within the membrance is not clear. Recent studies showed that a variety of cells and growth factors were gradually gathered in the induced membrane during reconstruction of bone defects. Previousely, we found significant amount of monocytes which can differentiation into osteoblast from induced membrane. As is known, SDF-1/CXCR4 axis mediates host cell migration in a variety of tissues. we hypothesize that "SDF-1/CXCR4 axis mediated host cell migration may be involved in osteogenesis of the induced membrance", we planed to detect the SDF-1 expression and stem cell migration in different tissues, then observe the influence of the bone cement on host cells, afterwards ,we would establish rat model of the induced membrane in both wild type and SDF knock down, and implant with autologous bone and detect SDF-1 expression and stem cell migration, the content of new bone formation, as well as the sources of stem cells in transplants. Evaluating the role of this path in repair bone defects repair, this study may clarify the mechanism of the induced membrane technique to repair bone defects and provide reliable theoretical basis for improving the clinical application of induced membrane technique.

膜诱导技术是修复大段骨缺损的新技术，具有治疗成功率高、并发症少、骨愈合时间独立于缺损长度的优势，但其成骨机制不明确。研究表明骨水泥植入骨缺损后体内多种细胞及生长因子逐渐在其周围的诱导膜中聚集，参与骨缺损的修复重建。基于前期我们发现大量成骨前体单核细胞存在于诱导膜中，这些细胞具有成骨分化能力，结合SDF-1/CXCR4轴在多种组织干细胞动员过程中的作用，提出“SDF-1/CXCR4轴可能介导宿主MSC迁移至骨缺损处并参与成骨”的假说；拟通过植入骨水泥后观察体内不同组织中SDF-1表达及干细胞迁移情况观察对宿主细胞的影响，利用SDF-1基因敲除大鼠及常规组大鼠制作骨缺损-诱导膜模型，植入自体骨后通过SDF-1表达及干细胞迁移情况，同时明确移植骨中干细胞的来源。评估此通路在膜诱导技术修复骨缺损中的作用，本研究可阐明膜诱导技术修复骨缺损的成骨机制，为提高膜诱导技术的临床应用提供可靠的理论依据。

膜诱导技术是修复大段骨缺损的新技术，但其成骨机制不明确。本研究通过植入骨水泥后观察体内SDF-1表达及干细胞迁移情况，观察对宿主细胞的影响，植入自体骨后通过SDF-1表达及干细胞迁移情况，明确移植骨中干细胞的来源。评估此通路在膜诱导技术修复骨缺损中的作用，本研究可阐明膜诱导技术修复骨缺损的成骨机制，为提高膜诱导技术的临床应用提供可靠的理论依据。.本研究首先通过Transwell实验和动物实验，研究诱导膜形成及修复骨缺损过程中，SDF-1对BMSCs的迁移作用，以了解诱导膜形成的机制，以及诱导膜形成后，BMSCs参与移植骨骨重建的迁移机制，以探讨诱导膜技术中促进BMSCs迁移和移植骨重建的机制。.其次，我们研究了骨保护素（OPG）改善骨缺损部位EPCs的活性、增强EPCs的迁移功能、促进EPCs形成新生血管的作用，为人工骨的顺利血管化和成骨提供了新思路。.另外，成骨细胞在移植骨的新骨形成方面发挥重要作用。我们研究成骨细胞的增殖和成骨相关基因表达的影响，研究其在骨缺损修复中的作用和可能的调节机制。.结果表明，.1、体外实验表明SDF-1可以通过SDF-1/CXCR4轴诱导BMSCs迁移。动物活体成像实验发现BMSCs可以大量迁移到手术区域，说明手术区域有大量SDF-1因子，BMSCs被SDF-1募集到手术区域，参与了诱导膜的形成，以及诱导膜内植骨的骨重建过程。.2、在诱导膜结合BCP存在情况下，OPG通过CXCR4信号通路，可以诱导EPCs细胞迁移到骨缺损区域，促进新生血管生成，实现移植骨的血管化，从而有助于新骨形成，增强移植骨的重建能力。.3、针对诱导膜内植入骨替代物后成骨不良的情况，可以通过激活成骨细胞中BMP-2/(Smad1/5/8)信号通路，敲减LncRNA UCA1促进成骨细胞的增殖，促进成骨相关基因的表达。因此，UCA1有望成为骨移植后促进新骨形成、抑制骨吸收新的治疗靶点。