nHAP-多糖-蛋白质三维活性网络介导CXCR4基因修饰MSCs的定植和成骨分化

构建具有成骨诱导功能的活性材料是骨组织工程难题，在较大范围的骨缺损，骨髓间充质干细胞（MSCs）迁移到损伤部位的数量有限且仅在浅表增殖、分化，不足以完成骨修复。组织基质衍生因子（SDF-1）能特异性结合CXCR4受体，促进更多MSCs募集到损伤部位。课题组前期模拟成骨微环境，以壳聚糖-明胶-果胶网络为基材，通过接枝偶联、纳米羟基磷灰石(nHAP)原位生成反应，制备nHAP-多糖-蛋白质二维活性网络，前期研究发现该材料对MSCs有成骨诱导作用。本研究将进一步构筑有成骨诱导功能三维活性网络，以SDF-1/CXCR4耦合为切入点，拟构建携带CXCR4基因重组腺病毒载体，筛选并获得高表达CXCR4的MSCs，量化MSCs在三维活性材料内的迁移、分布范围，通过体内、体外实验从不同水平、不同层面检测成骨，为解决大范围骨组织缺损干细胞治疗存在的定植、成骨分化能力提供新思路。

本研究从生物技术、材料科学以及生命科学交叉的角度出发提出纳米微环境更好模拟体内细胞的生存环境，以壳聚糖/明胶/果胶网络为基材，并通过nHAP的原位生成反应，构建nHAP-壳聚糖-明胶-果胶的三维活性网络，充分模拟骨细胞外微环境，不添加诱导剂的条件下，该复合网络可以诱导MSCs定向成骨分化，并进一步结合SDF-1能特异性结合CXCR4受体，促进MSCs募集到损伤部位，采用基因重组、细胞工程的方法，构建了高表达CXCR4的MSCs，通过体外试验探讨SDF-1/CXCR4通路对MSCs从复合网络表面浸入深部的靶向迁移作用。结果表明：通过构建携带CXCR4基因的重组腺病毒载体感染细胞能够获得高表达CXCR4的MSCs；SDF-1可以趋化含有CXCR4基因的MSCs，使其更多的深入骨组织工程材料内部，参与成骨作用。. 研究工作的创新点：①以壳聚糖/明胶/果胶网络为基材，首次将果胶应用于骨组织工程支架材料，构筑nHAP-壳聚糖-明胶-果胶三维活性网络，以改善MSCs生长的微环境，最大限度满足MSCs黏附、生长、分化所需要的生理条件。②SDF-1/CXCR4通路在组织损伤修复过程干细胞的聚集和再分布中发挥重要作用，可以募集更多的MSCs进入三维材料深部，继续增殖，进一步成骨分化，这对临床上治疗较大范围骨组织缺损有重要的指导意义，也为该材料的进一步运用奠定基础。③该复合支架材料含有丰富的生物信息，具有传导成骨的作用，能够修复骨缺损。. 该项研究成果，可为生物材料的设计及制备科学提供一定的理论依据，对MSCs增殖及定向分化行为的调控具有指导意义，对采用组织工程技术修复大范围骨缺损的治疗起到一定的推动作用。