载碱性成纤维细胞生长因子的矿化基质细胞微球引导牙周组织再生的研究

The prevalence of periodontal diseases in China is up to 90%. Periodontal diseases, which induce alveolar bone defect and tooth loss, pose a challenging problem to dentists. Recently, scaffold-free stem cell therapy provides stem cells with multi-lineage differentiation potential to defect area and could induce periodontal regeneration to some extent. However, the existing stem cell therapy does not have enough mechanical strength and its ability to combine with and release growth factors is poor. Our group have found that biomimetic mineralization could improve the mechanical and osteogenic property of collagen scaffold and embed growth factors into the scaffold. Based on these findings, we plan to fabricate mineralized matrix/human dental pulp stem cells microspheroids loaded with basic fibroblast growth factor through 3D culture and biomimetic mineralization in the present study. The microspheroids should have better mechanical strength and biological property and can slowly release basic fibroblast growth factor. The ability of the microspheroids to regenerate the whole periodontal tissues and the underlying mechanism will be investigated in this study. This project may develop a new kind of cell therapy, providing a promising alternative to periodontal tissue regeneration.

我国牙周病的患病率高达90%，由牙周病引起的牙槽骨丧失及牙齿松动脱落始终是口腔医生面临的难题。近年来，无支架细胞疗法通过向缺损区植入具有多向分化潜能的干细胞引导牙周组织再生，为牙周病治疗提供了新契机。但现有无支架细胞疗法的力学和生物学性能较差，且无法有效结合生长因子，难以满足牙周再生要求。项目组前期研究发现生物矿化法可改善胶原支架的力学和成骨性能，并将生长因子包裹进支架以实现缓释。本项目拟在此基础上，模拟天然牙周组织发育，制备由人牙髓干细胞（hDPSCs）及其分泌的细胞外基质（ECM）自组装而成的三维微球；采用生物矿化法改善传统细胞微球的力学及成骨性能，并将碱性成纤维细胞生长因子（bFGF）包裹进入微球，制备载bFGF的矿化基质hDPSCs微球，提高牙周组织再生效果和效率。本项目有望研发出一种具有良好力学和生物学性能并能缓释生长因子的材料，为细胞疗法提供新思路，为牙周缺损修复提供新选择。

牙周病是由菌斑生物膜引起的感染性疾病，在我国的患病率高达90%，它会引起牙周组织的炎症和丧失，进而导致牙齿松动脱落。牙周病治疗的理想目标是实现全牙周组织再生，而如何实现这一目标进而更好的保存患牙始终是临床面临的难题。近年来，无支架细胞疗法通过向缺损区植入具有多向分化潜能的干细胞引导牙周组织再生，为牙周病治疗提供了新契机。但现有无支架细胞疗法的力学和生物学性能较差，难以满足牙周再生要求。.本项目利用仿生矿化法制备由人牙髓干细胞（hDPSCs）及其分泌的细胞外基质（ECM）自组装而成的矿化基质细胞微球（MMCM），提升了细胞微球的杨氏模量，并提高了其内细胞的活力，抑制细胞凋亡，增强hDPSCs分泌ECM的能力和成骨分化潜能。MMCM通过激活转化生长因子β1（TGF-β1）/Smad3信号通路实现了全牙周组织再生，形成了仿生的、有序排列的、嵌入新形成牙槽骨和牙骨质的牙周韧带胶原纤维；MMCM还能够招募CD90+CD73+宿主间充质干细胞。此外，hDPSCs的局部注射通过STAT1信号通路抑制了基质金属蛋白酶3（MMP3）和MMP13的表达，从而减轻了进行性颞下颌关节炎中的骨破坏程度。而DPSC来源的外泌体通过阻断钙离子通道TRPV4的激活抑制了破骨细胞分化，从而减轻膝关节骨关节炎模型中的骨软骨下骨异常改建。本项目一方面首次将生物矿化的概念引入细胞疗法领域，有助于进一步改善细胞微球的力学和生物学性能；另一方面也为无支架细胞疗法在牙周、骨及软骨再生领域的应用和转化奠定了坚实的基础。