硅酸钙陶瓷调控间充质干细胞免疫抑制功能促进骨再生的分子机制研究

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生物活性硅酸盐材料已被广泛证实能够在体内主动诱导骨组织发挥再生功能,但其诱导骨组织再生的机制尚未被完全阐明。近年来,随着炎症反应在组织修复过程中的重要性引起广泛重视,大量研究报道生物活性硅酸盐材料释放的离子产物可以通过直接调控巨噬细胞行为使其产生有利于促进骨再生的免疫微环境。与此同时,也有大量研究表明间充质干细胞是在骨再生过程中参与炎症反应调控的一种重要细胞,可以通过分泌多种免疫调节分子来调控巨噬细胞表型极化。然而,生物活性硅酸盐材料是否能通过影响间充质干细胞的免疫调节功能来间接调控巨噬细胞的行为尚待阐明。因此,基于间充质干细胞在调控炎症反应过程中的重要作用,本课题以一种典型的生物活性硅酸盐材料-硅酸钙陶瓷(CaSi O3,CS)为例,重点研究了CS离子产物对人骨髓间充质干细胞(HBMSCs)免疫抑制功能的影响,并在此基础上对比探究了CS离子产物通过直接或间接途径对巨噬细胞行为的影响差异,以及不同调控途径下巨噬细胞产生的免疫微环境对HBMSCs体外成骨分化的影响差异。研究结果显示,CS离子产物可以通过NF-κB信号通路上调HBMSCs中与免疫抑制分子合成相关的TSG-6、COX-2、PTGES2和HGF等关键分子的基因表达来增强其免疫抑制功能,从而促进巨噬细胞向M2表型极化,而受到CS离子产物间接调控的巨噬细胞产生的免疫微环境可以有效促进HBMSCs中ALP、RUNX2、BMP-2和COL-Ⅰ等成骨相关基因的表达。同时,我们通过对比研究发现,相比于对巨噬细胞的直接作用,CS离子产物能够通过增强HBMSCs的免疫抑制功能从而影响巨噬细胞行为这种间接途径更有效地促进巨噬细胞向M2表型极化,而且这种途径产生的免疫微环境更有利于促进HBMSCs中ALP和RUNX2的表达,从而促进HBMSCs朝成骨方向分化。
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