lncRNA UCA1/miR-16/FGF2轴在C/C复合材料表面掺镁羟基磷灰石涂层促进骨缺损修复和重建中作用及机制研究

Bone defect is one of common diseases, and its repair has been a difficult problem in clinical treatment. In recent years, the surface modified carbon/carbon (C/C) composites, which is a new type of medical bone repair and replacement biomaterial, has been developed in the field of new materials. The applicant for this project has successfully prepared a new biomaterial by coating magnesium doped hydroxyapatite on the surface of C/C composites. Our previous publishes have found that this material can promote the osteogenic differentiation of bone marrow-derived mesenchymal stem cells (BMSCs), however, which molecular mechanisms are still unclear. Based on our previous results and some regulatory mechanisms found in preliminary experiments, we are going to investigate the roles and mechanisms of lncRNA UCA1/miR-16/FGF2 axis in magnesium hydroxyapatite coating C/C composites promoting the repair and reconstruction of bone defects. After the magnesium hydroxyapatite coating C/C composites were implanted into rabbit bone injury model and treated BMSCs, we will investigate that the effects of bone defect repair and the osteogenic differentiation of BMSCs, which was influenced by TRPM7 inhibitor, the up-regulations or down-regulations of lncRNA UCA1, miR-16, and FGF2, respectively. The results of this investigation will provide a scientific basis for the application of magnesium hydroxyapatite coating on the surface of C/C composites.

骨缺损是一种常见疾病，而其修复一直是临床治疗中的难题。近年来，表面改性的碳/碳（C/C）复合材料是近年国际新材料领域重点发展的一种新型医用骨修复和替换生物材料。本项目申请人已成功在C/C复合材料表面制备出掺镁羟基磷灰石涂层，并已报道了该材料具有促进骨髓间充质干细胞(BMSCs)成骨分化，但其分子机制尚不清楚。本项目在已往研究结果和预实验发现部分调控机制的基础上，探讨不同浓度掺镁羟基磷灰石涂层的C/C复合材料植入不同家兔的股骨损伤模型和处理BMSCs细胞实验，观察骨缺损修复效果及成骨分化情况，并观察TRPM7抑制剂，下调或上调lncRNA UCA1、miR-16和FGF2后对其影响，在动物和细胞水平探讨lncRNA UCA1/miR-16/FGF2轴在C/C复合材料表面掺镁羟基磷灰石涂层促进骨缺损修复和重建中作用及机制，从而为C/C复合材料表面掺镁羟基磷灰石涂层的应用提供科学依据。

据统计，我国每年因交通事故和生产事故所致创伤性骨折以及骨科疾病造成骨缺损或功能障碍的患者超过300万人，设计与制备具有“主动修复功能”和“可调控生物响应特性”的新型组织修复材料已成为当前骨科临床的新需求和未来的发展方向。因此具有较好的抗断裂韧性、弹性模量与人骨相当且具有细胞生物相容性的碳/碳（C/C）复合材料的制备与改性是近年国际新材料领域重点发展方向。.本项目通过不同浓度氯化镁处理骨髓间充质干细胞（BMSCs），并采用分子生物学方法下调FGF2或上调miR-16及挽救实验方法，应用多种实验方法与技术，以及将BMSCs接种于含不同Mg浓度的镁羟基磷灰石涂层C/C复合材料（Mg-HA-C/C）表面，并将Mg-HA-C/C和羟基磷灰石涂层C/C复合材料（HA-C/C）分别移植入颅骨缺损处，用miR-16过表达慢病毒载体原位注射到骨缺损部位进行体内外研究，获得了以下研究结论：（1）miR-16通过FGF2激活ERK/MAPK通路在镁促进BMSCs成骨分化中具有重要作用。（2）Mg-HA-C/C通过下调miR-16促进骨缺损修复和再生。（3）掺镁纳米磷酸钙有潜在的成骨活性及骨矿化作用。其所制备多孔支架具有抗压性能（＞10MPa）及一定的韧性。（4）掺镁载药微球可在酸性缺损环境中溶解氧化镁以加速药物的释放，达到快速原位骨修复效果。（5）梓醇负载PEG-nHA多孔微球比表面积大，具有缓释的性能及较好的促成骨效应。（6）磷酸钙锶混合骨水泥(Sr-CPHC)具有良好的生物相容性及成骨和血管生成特性，具有潜在的临床应用前景。.该项目的研究结果不仅可以指导涂层工艺的改变，还为Mg-HA-C/C的应用提供理论依据，拓展性载镁磷酸钙多孔支架的制备，以及多功能载药微球的研究，加之骨水泥制备技术的成熟及提升，对多环境骨缺损修复技术具有参考价值，并为骨损伤患者提供更有效的新型骨缺损修复材料。已发表论文10篇，其中SCI论文9篇（中科院1区1篇，2区6篇），中文核心期刊1篇，总影响因子达到49.394，其中第一标注6篇、第二标注4篇；获得专利2项；后续获得了国家骨科与运动康复临床医学研究中心创新基金1项; 培养博士后2人和硕士生2名。.