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“天使or魔鬼”面孔,在于一“粘”之间:基础医学院周婧/欧阳宏伟团队揭示游离态和固定态的纳米羟基磷灰石对干细胞成骨调控作用截然相反

时间:2022-04-13

纳米羟基磷灰石nanohydroxyapatitenHAP)是骨骼的天然组分之一,因其具有独特的生物学活性,骨诱导能力强,体内可降解等特点,被广泛应用于各种生物支架材料及材料改良涂层中,是目前骨修复领域中应用最为广泛的材料之一。

但对于nHAP颗粒本身对细胞的调控作用以及何种形式应用的nHAP更利于干细胞成骨分化尚研究较少,因此探究不同应用形式下的nHAP对细胞的调控作用及其机制对指导nHAP在临床骨科修复中的应用有重要意义。

基于此背景,beat365下载唯一官方网-APP安装周婧/欧阳宏伟课题组比较了两种状态下(游离态和固定态),三种不同应用形式freecoating3D)的nHAP细胞形态和分化的影响。发现nHAP在游离态和固定态下对细胞的形态、成骨分化相关的蛋白表达和信号通路方面都有不同程度影响,甚至出现完全相反的表达和激活趋势(图1)。同时,团队首次发现了整合素α亚基7Integrin α7, ITGA7)在调控细胞成骨方面发挥关键作用。研究于20224月在学术期刊Bioactive Materials上发表,题为Free or fixed state of nHAP differentially regulates hBMSC morphology and osteogenesis through the valve role of ITGA7


1. nHAP在不同应用形式下对细胞调控的机制图

 

首先,本研究对nHAP的不同应用形式进行了物理化学表征。在体外的细胞培养实验中发现hBMSCs3D固定态的nHAP微环境中表现出良好的成骨分化能力并且细胞体积增大,而在游离态的nHAP微环境中细胞成骨分化受到抑制并伴随着细胞铺展面积减小及形态更加细长的现象(图2-3)。


 2. 在不同nHAP应用形式下细胞形态变化


 3. 游离态nHAP抑制细胞成骨分化,而固定态nHAP促进细胞成骨分化


进而,测序分析及基因沉默等实验发现了nHAP微环境下调控细胞形态和分化命运的关键分子ITGA7。在三维培养条件下,降低ITGA7的表达可以逆转nHAP引起的细胞体积增大和成骨分化能力增强,并且ITGA7通过PI3K-AKT信号通路发挥调控作用(图4)。


4. ITGA7调控细胞形态及分化


最后,通过裸鼠皮下异位成骨实验进一步验证了固定态的nHAP与游离态的nHAP相比具有更好的促进细胞成骨分化和ITGA7表达的能力(图5)。


5. 体内验证游离态和固定态nHAP调控细胞作用


综上,本研究对于纳米羟基磷灰石在骨组织工程中的应用具有借鉴意义,并且发现ITGA7可能会成为骨组织工程中新的治疗靶点。

beat365下载唯一官方网-APP安装基础医学院2019级硕士生鲍方圆为本文的第一作者,2019级博士生易俊志和博士后刘怡孝为共同一作,通讯作者为beat365下载唯一官方网-APP安装基础医学院周婧副教授和欧阳宏伟教授。本研究得到国家重点研发计划(2018YFC1105100)和国家自然科学基金(NO. T2121004NO. 31830029)的支持。