基本信息
- 项目名称：
- 明胶/磷灰石复合钛材料对间充质干细胞生长分化的影响以及TGF-β信号通路在其中的作用
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 我们此次研究旨在通过改变钛材料的表面微观拓扑结构提高钛植入体的生物活性，探究材料基底，细胞微环境对间充质干细胞分化的影响。同时，我们还研究TGF-β/SMAD信号通路在生物支架材料上调控干细胞定向分化的机理。 此项研究为研究组织工程、干细胞临床治疗以及生物材料制备提供了重要方向。
- 详细介绍：
- 本课题研究明胶/磷灰石复合钛材料对间充质干细胞生长分化的影响以及TGF-β信号通路在其中的作用。研究间充质干细胞在不同浓度的明胶/磷灰石复合多孔钛材料上的生长分化行为，探究基底的物理特性对MSC生长和成骨分化水平的影响以及TGF-β/SMAD信号通路在其中的调控作用。 实验采用湿法共沉淀在过饱和的磷酸钙缓冲溶液中，调节孔径结构，克服了明胶、磷灰石单独使用物理特性不均一，易脆性等缺点。利用Image J 结合图像处理技术提取孔结构的特征值，探索表面微观拓扑结构对细胞分化的影响机制，为生物材料的制备和优化提供重要的参考意义。大量的体外实验研究表明TGF-β是干细胞向成骨分化的非常重要的信号通路之一，研究何种因素刺激或抑制了它的调控活性，对于生物材料的制备和优化无疑有着重要作用，也能加深我们对调控干细胞分化的认识。 本研究旨在提高钛植入体的生物活性，而目前对植入体材料表面微观拓扑结构对细胞分化的影响至今还没有达成统一的认识。 此项研究为研究组织工程、干细胞临床治疗以及生物材料制备提供了重要方向。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 目的：提高钛植入体生物活性，认识TGF-β信号通路在支架材料上调控干细胞定向分化的机理。 思路：1明胶/磷灰石复合多孔钛材料的制备和表征。2大鼠骨髓间充质干细胞原代培养的建立。3不同复合物钛材料对MSC生长以及成骨分化水平的影响。4利用Image J图像处理技术提取孔结构的特征值。5探索基底材料的孔结构影响MSC成骨分化水平是否通过TGF-β/SMAD信号通路。
科学性、先进性及独特之处
- 1采用湿法共沉淀制备均相涂层。避免了明胶、磷灰石单独使用物理特性不均一，易脆性等缺点。 2利用Image J 结合图像处理等技术提取孔结构的特征值。探索表面微观拓扑结构对细胞分化的影响机制。 3采用体外添加TGF-β因子或其抑制剂的思路，研究TGF-β/SMAD通路在生物支架材料上影响细胞生长分化中发挥的作用。
应用价值和现实意义
- 此次研究旨在通过改变钛材料的表面微观拓扑结构提高钛植入体的生物活性，探究材料基底，细胞微环境对间充质干细胞分化的影响。同时，我们还研究TGF-β/SMAD信号通路在生物支架材料上调控干细胞定向分化的机理。 此项研究为研究组织工程、干细胞临床治疗以及生物材料制备提供了重要方向。
学术论文摘要
- 本课题研究明胶/磷灰石复合钛材料对间充质干细胞生长分化的影响以及TGF-β信号通路在其中的作用。研究间充质干细胞在不同浓度的明胶/磷灰石复合多孔钛材料上的生长分化行为，探究基底的物理特性对MSC生长和成骨分化水平的影响以及TGF-β/SMAD信号通路在其中的调控作用。 实验采用湿法共沉淀在过饱和的磷酸钙缓冲溶液中，调节孔径结构，克服了明胶、磷灰石单独使用物理特性不均一，易脆性等缺点。利用Image J 结合图像处理技术提取孔结构的特征值，探索表面微观拓扑结构对细胞分化的影响机制。研究TGF-β/SMAD通路在生物支架材料上影响细胞生长分化中发挥的作用。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 无
参考文献
- 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
同类课题研究水平概述
- 一、钛作为骨组织工程植入体材料的研究进展： 一直以来，骨组织工程都致力于生物体骨组织的修复和再生。钛材料由于它出色的力学性能被广泛应用于骨组织材料[1]。一直以来因为钛材料的毒性，影响着钛的应用，通过宋伟[2]等研究表明新型TLM合金及具有二氧化钛复相涂层的TLM合金未显示出慢性毒性反应，使钛材料可以安全应用。同时，钛植入体与人体正常骨组织连接不紧密，骨整合性不够，钛的生物活性低，成骨细胞生长缓慢；而且释放的金属离子会影响细胞外基质，导致植入失败[3, 4]。研究[5, 6]表明：若对纯钛及其合金表面进行涂层处理, 可提高植入体的耐磨性和生物学性能。 二、间充质干细胞作为组织工程种子细胞的研究进展： 早期的研究都旨在提高生物材料的相容性和促进成骨细胞或软骨细胞的粘附和生长。但很少关注它们对干细胞分化的影响。近几十年的研究表明骨组织工程研究内容中最根本的环节是种子细胞的选取。目前，间充质干细胞由于能够在体外诱导定向分化成多种细胞而作为组织工程首选的种子细胞，并成为当今干细胞和组织工程研究的热点。过去的研究已证实骨髓间充质干细胞(BMSCs)具有自我增殖分化的潜能、来源广泛、取材简单且操作方便、分化成骨潜能强等特点，这就为探究生物材料对干细胞分化的影响奠定了良好的实验材料基础。BMSCs的重要性质表现在可进行多个方向分化的潜在能力，不同的体外培养环境可以诱导其向不同组织分化，于是可通过化学药物作用(如β磷酸甘油、维生素C等)或细胞因子（如BMP、TGF等) 诱导BMSCs进行定向的分化。Porter 等[16]骨髓间充质干细胞种植于可降解的三维生物支架表面，构建出组织工程化骨组织。 三、基质物理特性诱导细胞定向分化的研究进展： 许多实验[19-22]表明间充质干细胞在体外受到可溶性因子的刺激后会定向的分化成某一类的细胞.随着研究的深入，发现细胞外基质的物理特性在一定条件下也能诱导MSC的定向分化。 四、TGF-β诱导MSC定向分化的研究进展 干细胞定向分化的信号通路备受关注，而其中影响比较大、研究比较透彻的就包含了TGF-β信号通路。但是，就目前而言，TGF-β/SMAD信号通路在生物支架材料上调控干细胞定向分化的机理仍不清楚。 （具体参考文献信息请参见作品中所标注的序号与“检索目录”一栏）
