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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 明膠/磷灰石復(fù)合鈦材料對間充質(zhì)干細(xì)胞生長分化的影響以及TGF-β信號通路在其中的作用
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 簡介：
- 我們此次研究旨在通過改變鈦材料的表面微觀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)提高鈦植入體的生物活性，探究材料基底，細(xì)胞微環(huán)境對間充質(zhì)干細(xì)胞分化的影響。同時(shí)，我們還研究TGF-β/SMAD信號通路在生物支架材料上調(diào)控干細(xì)胞定向分化的機(jī)理。 此項(xiàng)研究為研究組織工程、干細(xì)胞臨床治療以及生物材料制備提供了重要方向。
- 詳細(xì)介紹：
- 本課題研究明膠/磷灰石復(fù)合鈦材料對間充質(zhì)干細(xì)胞生長分化的影響以及TGF-β信號通路在其中的作用。研究間充質(zhì)干細(xì)胞在不同濃度的明膠/磷灰石復(fù)合多孔鈦材料上的生長分化行為，探究基底的物理特性對MSC生長和成骨分化水平的影響以及TGF-β/SMAD信號通路在其中的調(diào)控作用。 實(shí)驗(yàn)采用濕法共沉淀在過飽和的磷酸鈣緩沖溶液中，調(diào)節(jié)孔徑結(jié)構(gòu)，克服了明膠、磷灰石單獨(dú)使用物理特性不均一，易脆性等缺點(diǎn)。利用Image J 結(jié)合圖像處理技術(shù)提取孔結(jié)構(gòu)的特征值，探索表面微觀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對細(xì)胞分化的影響機(jī)制，為生物材料的制備和優(yōu)化提供重要的參考意義。大量的體外實(shí)驗(yàn)研究表明TGF-β是干細(xì)胞向成骨分化的非常重要的信號通路之一，研究何種因素刺激或抑制了它的調(diào)控活性，對于生物材料的制備和優(yōu)化無疑有著重要作用，也能加深我們對調(diào)控干細(xì)胞分化的認(rèn)識。 本研究旨在提高鈦植入體的生物活性，而目前對植入體材料表面微觀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對細(xì)胞分化的影響至今還沒有達(dá)成統(tǒng)一的認(rèn)識。 此項(xiàng)研究為研究組織工程、干細(xì)胞臨床治療以及生物材料制備提供了重要方向。
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 目的：提高鈦植入體生物活性，認(rèn)識TGF-β信號通路在支架材料上調(diào)控干細(xì)胞定向分化的機(jī)理。 思路：1明膠/磷灰石復(fù)合多孔鈦材料的制備和表征。2大鼠骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞原代培養(yǎng)的建立。3不同復(fù)合物鈦材料對MSC生長以及成骨分化水平的影響。4利用Image J圖像處理技術(shù)提取孔結(jié)構(gòu)的特征值。5探索基底材料的孔結(jié)構(gòu)影響MSC成骨分化水平是否通過TGF-β/SMAD信號通路。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 1采用濕法共沉淀制備均相涂層。避免了明膠、磷灰石單獨(dú)使用物理特性不均一，易脆性等缺點(diǎn)。 2利用Image J 結(jié)合圖像處理等技術(shù)提取孔結(jié)構(gòu)的特征值。探索表面微觀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對細(xì)胞分化的影響機(jī)制。 3采用體外添加TGF-β因子或其抑制劑的思路，研究TGF-β/SMAD通路在生物支架材料上影響細(xì)胞生長分化中發(fā)揮的作用。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 此次研究旨在通過改變鈦材料的表面微觀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)提高鈦植入體的生物活性，探究材料基底，細(xì)胞微環(huán)境對間充質(zhì)干細(xì)胞分化的影響。同時(shí)，我們還研究TGF-β/SMAD信號通路在生物支架材料上調(diào)控干細(xì)胞定向分化的機(jī)理。 此項(xiàng)研究為研究組織工程、干細(xì)胞臨床治療以及生物材料制備提供了重要方向。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 本課題研究明膠/磷灰石復(fù)合鈦材料對間充質(zhì)干細(xì)胞生長分化的影響以及TGF-β信號通路在其中的作用。研究間充質(zhì)干細(xì)胞在不同濃度的明膠/磷灰石復(fù)合多孔鈦材料上的生長分化行為，探究基底的物理特性對MSC生長和成骨分化水平的影響以及TGF-β/SMAD信號通路在其中的調(diào)控作用。 實(shí)驗(yàn)采用濕法共沉淀在過飽和的磷酸鈣緩沖溶液中，調(diào)節(jié)孔徑結(jié)構(gòu)，克服了明膠、磷灰石單獨(dú)使用物理特性不均一，易脆性等缺點(diǎn)。利用Image J 結(jié)合圖像處理技術(shù)提取孔結(jié)構(gòu)的特征值，探索表面微觀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對細(xì)胞分化的影響機(jī)制。研究TGF-β/SMAD通路在生物支架材料上影響細(xì)胞生長分化中發(fā)揮的作用。
獲獎情況
- 無
鑒定結(jié)果
- 無
參考文獻(xiàn)
- 1. Kokubo T. Apatite formation on surfaces of ceramics, metals and polymers in body environment. Acta Materialia 1998 Apr 10;46(7):2519-2527. 2. Nagano M, Nakamura T, Kokubo T, Tanahashi M, Ogawa M. Differences of bone bonding ability and degradation behaviour in vivo between amorphous calcium phosphate and highly crystalline hydroxyapatite coating. Biomaterials 1996 Sep;17(18):1771-1777. 3. Li P, Ohtsuki C, Kokubo T, Nakanishi K, Soga N, de Groot K. The role of hydrated silica, titania, and alumina in inducing apatite on implants. Journal of biomedical materials research 1994 Jan;28(1):7-15. 4. Ahn H, Lee D, Moon C-W, Lee K-M, Lee K. A study about the bio-compatibility of Ti-8Ta-3Nb alloys with surface modification. Surface and Coatings Technology 2008;202(22-23):5779-5783. 5. Ambrosio L. Journal of materials science: materials in medicine. Journal of materials science 2003 Aug;14(8):iii.等
同類課題研究水平概述
- 一、鈦?zhàn)鳛楣墙M織工程植入體材料的研究進(jìn)展： 一直以來，骨組織工程都致力于生物體骨組織的修復(fù)和再生。鈦材料由于它出色的力學(xué)性能被廣泛應(yīng)用于骨組織材料[1]。一直以來因?yàn)殁伈牧系亩拘裕绊懼伒膽?yīng)用，通過宋偉[2]等研究表明新型TLM合金及具有二氧化鈦復(fù)相涂層的TLM合金未顯示出慢性毒性反應(yīng)，使鈦材料可以安全應(yīng)用。同時(shí)，鈦植入體與人體正常骨組織連接不緊密，骨整合性不夠，鈦的生物活性低，成骨細(xì)胞生長緩慢；而且釋放的金屬離子會影響細(xì)胞外基質(zhì)，導(dǎo)致植入失敗[3, 4]。研究[5, 6]表明：若對純鈦及其合金表面進(jìn)行涂層處理, 可提高植入體的耐磨性和生物學(xué)性能。 二、間充質(zhì)干細(xì)胞作為組織工程種子細(xì)胞的研究進(jìn)展： 早期的研究都旨在提高生物材料的相容性和促進(jìn)成骨細(xì)胞或軟骨細(xì)胞的粘附和生長。但很少關(guān)注它們對干細(xì)胞分化的影響。近幾十年的研究表明骨組織工程研究內(nèi)容中最根本的環(huán)節(jié)是種子細(xì)胞的選取。目前，間充質(zhì)干細(xì)胞由于能夠在體外誘導(dǎo)定向分化成多種細(xì)胞而作為組織工程首選的種子細(xì)胞，并成為當(dāng)今干細(xì)胞和組織工程研究的熱點(diǎn)。過去的研究已證實(shí)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(BMSCs)具有自我增殖分化的潛能、來源廣泛、取材簡單且操作方便、分化成骨潛能強(qiáng)等特點(diǎn)，這就為探究生物材料對干細(xì)胞分化的影響奠定了良好的實(shí)驗(yàn)材料基礎(chǔ)。BMSCs的重要性質(zhì)表現(xiàn)在可進(jìn)行多個(gè)方向分化的潛在能力，不同的體外培養(yǎng)環(huán)境可以誘導(dǎo)其向不同組織分化，于是可通過化學(xué)藥物作用(如β磷酸甘油、維生素C等)或細(xì)胞因子（如BMP、TGF等) 誘導(dǎo)BMSCs進(jìn)行定向的分化。Porter 等[16]骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞種植于可降解的三維生物支架表面，構(gòu)建出組織工程化骨組織。 三、基質(zhì)物理特性誘導(dǎo)細(xì)胞定向分化的研究進(jìn)展： 許多實(shí)驗(yàn)[19-22]表明間充質(zhì)干細(xì)胞在體外受到可溶性因子的刺激后會定向的分化成某一類的細(xì)胞.隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞外基質(zhì)的物理特性在一定條件下也能誘導(dǎo)MSC的定向分化。 四、TGF-β誘導(dǎo)MSC定向分化的研究進(jìn)展 干細(xì)胞定向分化的信號通路備受關(guān)注，而其中影響比較大、研究比較透徹的就包含了TGF-β信號通路。但是，就目前而言，TGF-β/SMAD信號通路在生物支架材料上調(diào)控干細(xì)胞定向分化的機(jī)理仍不清楚。 （具體參考文獻(xiàn)信息請參見作品中所標(biāo)注的序號與“檢索目錄”一欄）
