报告题目:

生物3D打印组织工程骨通过PI3K-AKT信号通路诱导MSCs成骨分化促进骨缺损修复

报告人:

刘斌

所在单位:

中国人民解放军北部战区总医院

报告人简介:

刘斌，副主任医师，医学博士，在站博士后。现任中国老年学和老年医学学会老年骨科分会委员、抗衰老分会委员。入选联勤保障部队青年拔尖人才（经费48万），并获军队优秀专业技术人才Ⅱ类岗位津贴。主持国自然青年项目1项，军队后勤科研项目1项，省自然及市青年科技人才配套奖励专项各1项，院内自主科研项目1项，累计科研经费达120余万元。参与军队科研项目1项、省科技计划联合计划项目3项。近五年，授权专利10余项，以第一/共一发表SCI论文9篇，单篇影响因子最高达12.7，主编专著2部、参译专著1部。

报告摘要:

研究目的：目前，骨生物3D打印多存在：机械强度低，自身成骨诱导能力差，难以为负载细胞提供模拟天然细胞外基质的微环境等不足。另外，硅酸镁锂(nSi)具有优异的成骨诱导性，然而在生物打印支架中诱导封装MSCs成骨分化的具体作用机制尚不清楚。为解决上述难题，实现厘米级生物3D打印组织工程骨支架的生物制造而进行了以下研究。研究方法：我们利用阳离子型明胶-阴离子型海藻酸钠-带正负电荷硅酸镁锂间相互作用力提高机械强度，构建厘米级组织工程骨。采用Cryo-TEM表征nSi的形态；采用FTIR和XRD表征纳米复合水凝胶中的明胶、海藻酸钠和nSi成分的存在；采用EDX和SEM表征含/不含nSi的水凝胶中的元素含量以及不同配比水凝胶的内部孔径结构；利用剪切速率扫描和剪切应力扫描，分别在体温37℃和室温25℃条件下，表征水凝胶的流变学特点；通过单轴压缩实验，绘制应力-应变曲线，并计算水凝胶的压缩模量；通过活-死细胞染色评价细胞活性及其在生物墨水中的空间分布情况；通过CCK-8检测细胞的增殖能力，评价硅酸镁锂的细胞毒性；通过H&E染色、细胞骨架-核染色评价细胞在三维状态下的分裂、接触、伸展等；通过qRT-PCR技术，检测负载细胞的成骨相关基因在普通扩增培养基和成骨诱导培养基中的表达情况；利用茜素红染色、SEM观察评价支架内负载细胞的矿化能力，并用EDX进一步分析钙结节的元素分布及元素定量分析；构建SD大鼠颅骨缺损模型，采用钙黄绿素-茜素红顺序性荧光标记、Van-Gieson染色、Micro-CT、H&E染色和Masson染色技术评价骨缺损处的骨修复效果以及促血管形成效果；最后利用RNA测序、生信分析以及KEGG通路基因富集分析和Western Blot、PI3K抑制剂-LY294002反向验证等，明确该支架通过激活PI3K/AKT信号通路诱导MSCs成骨分化、增强骨修复效果。研究结果：明确硅酸镁锂在生物打印下对MSCs生物学行为的影响，筛选出最佳打印参数；利用优化的参数，打印Z轴方向达厘米级的组织工程骨；评估该生物打印支架体外诱导MSCs成骨分化及矿化效果，体内原位骨修复效果；明确硅酸镁锂在生物3D打印支架中通过PI3K-AKT信号通路诱导MSCs成骨分化及促进骨修复。结论：本研究将为新型仿生活性组织工程骨支架的构建提供理论依据，为纳米生物材料诱导MSCs分化提供了潜在的作用靶点。