MicroRNA影响椎间盘退变过程的研究进展及可发展空间

背景:在细胞与分子水平上明确MicroRNA(miRNA)在椎间盘退变过程的作用机制,可为早预防或治疗椎间盘退变继发的一系列脊柱疾患提供新的思路。目的:综述miRNA在椎间盘退变原因和机制中的研究现状。方法:应用计算机检索PubMed数据库、万方数据库和中国知网数据库,英文检索词为“miRNA、Intervertebral disc degeneration、Extracellular matrix、Apoptosis、Autophagy、Cartilage endplate、Nucleus pulposus、Fibrous ring”,中文检索词为“miRNA、椎间盘退变、细胞外基质、凋亡、自噬、软骨终板、髓核、纤维环”,最终纳入58篇文章进行综述。结果与结论:miRNA在椎间盘退变过程中的作用已被广泛研究,部分具体机制得到验证;研究多局限于髓核组织,对软骨终板及纤维环报道较少;随着miRNA深入研究,临床方面的研究仍有较大发展空间。

与骨缺损区域骨组织再生相匹配的新型硅酸钙(基)支架的性能优化

背景:硅酸钙支架因为具有良好的生物相容性、骨诱导性、骨传导活性及具备一定的生物降解性而备受关注,但由于硅酸钙成骨效应不稳定、降解速率快以及力学性能差的原因,目前尚未应用于临床骨缺损修复中。目的:详细回顾近年来优化硅酸钙支架性能的研究进展,总结单相硅酸钙支架在骨缺损修复应用中的潜力和不足,探索其用于临床骨缺损修复的可能性。方法:通过中国知网、万方、Pub Med、Elsevier及Web of Science数据库,以"3D print,calcium silicate,osteogenesis,composite modification,angiogenesis,stress distribution,bone defect repairing"为英文检索词,"3D打印、硅酸钙、成骨诱导、复合改性、成血管诱导、应力分布、骨缺损修复"为中文检索词,检索近20年的相关文献,通过纳入、排除标准筛选,最终纳入文献共83篇,基于终筛文献对骨组织工程中硅酸钙(基)支架性能优化的研究进展及挑战进行系统全面的分析阐述。结果与结论:(1)硅酸钙材料具有一定的促骨髓间充质干细胞成骨成血管定向分化的潜力,一定的可降解性,游离的Ca2+和Si4+可诱导羟基磷灰石沉积、促进Ⅰ型胶原分泌以及成骨细胞分化,进而增加骨密度,促进矿化环节,目前已成为骨修复领域最有潜力的前沿研究方向。(2)然而单相硅酸钙支架在机械性能、生物活性和降解速率上难以完全适配骨缺损区域的骨组织再生,故尚未在临床上广泛使用。(3)目前,针对硅酸钙(基)支架性能优化的研究虽较丰富,但是缺乏系统的整理归纳,文章将硅酸钙(基)支架的性能优化手段归纳为支架结构的优化和支架材料组成的优化共2大类。(4)硅酸钙(基)支架的结构优化以3D打印技术效果最为突出,3D打印技术通过精确调控支架的孔隙率和孔径大小,可以使硅酸钙(基)支架拥有更优的应力分布模式和成骨成血管效应;(5)硅酸钙支架材料组成的优化是借助复合材料(包括无机离子、分子、有机分子和高分子聚合物等)对支架生物化学结构的多方面影响,以达到改善硅酸钙(基)植入支架机械力学性能及成骨成血管生物诱导性能的目的。(6)因此,综合利用3D打印技术和材料复合改性手段是目前硅酸钙支架优化研究的新思路,基于单相硅酸钙支架在骨缺损修复应用中存在的弊端,通过对硅酸钙(基)支架结构、组成、表面情况等多方面进行优化改性,以期在未来探索出一种能有效促进成骨分化、骨矿化、机械力学性能和降解速率能够与骨缺损区域骨组织再生相匹配的新型硅酸钙(基)组织工程骨支架。

高迁移率蛋白-1在大鼠腰椎软骨终板退变中的作用及相关机制

目的 :观察高迁移率蛋白-1(high mobility group box-1 protein,HMGB1)在大鼠腰椎软骨终板退变中的作用,探讨其相关机制。方法:选取4周龄SD大鼠处死,在显微镜下取出腰椎软骨终板,消化后提取细胞,再进行培养、分离、纯化,免疫荧光染色检测Ⅱ型胶原鉴定软骨终板细胞(cartilage endplate cell,CEC)。用不同浓度的FBS分别培养CEC 24h、48h,MTT法检测细胞活性。在第三代CEC中加入HMGB1后,分别在3h、6h、12h、24h时检测金属基质蛋白酶-3 (proteins of the matrix metalloproteinase,MMP-3)、血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)及白细胞介素-10(interleukin-10,IL-10)的m RNA表达,6h、12h、24h时检测蛋白表达量;CEC中加入100ng/ml HMGB1后分别在0、5、10、30、60和120min,使用Western blot检测细胞外信号调节激酶(extracellular regulated protein kinases,ERK)磷酸化的表达;继而将CEC分为6组:对照组、HMGB1(100ng/ml)组、FPSMZ1(HMGB1抑制剂)组、HMGB1+FPSMZ1组、U0126(ERK抑制剂)组、HMGB1+U0126组),使用Western blot分别检测MMP-3、VEGF和ERK信号转导途径磷酸化的表达及Elisa检测IL-10的表达。全部结果均为重复独立3次实验,计算其均数±标准差。结果:分离纯化的细胞Ⅱ型胶原抗体表达呈阳性,为CEC细胞;10%FBS培养48h为CEC增殖最佳的时间点和浓度;HMGB1能够诱导ERK和JNK信号转导途径磷酸化,从开始到10min逐渐升高,10min时达峰值。HMGB1上调了MMP-3 (P=0.039)和VEGF的m RNA (P=0.042)表达,下调IL-10 (P=0.025)的m RNA表达,三种因子蛋白表达与m RNA有相同的规律;HMGB1+FPSZM1组与HMGB1组相比,ERK信号转导途径的磷酸化明显减少;在CEC中加入U0126后,MMP-3(P=0.041)和VEGF(P=0.042)蛋白表达明显降低,而IL-10(P=0.004)蛋白表达明显增高;在CEC中加入FPSMZ1后,HMGB1对ERK信号转导途径磷酸化表达的作用明显降低(P=0.031)。结论:HMGB1可增加大鼠腰椎CEC中的MMP-3和VEGF的表达,降低IL-10的表达,其可能是通过ERK信号转导途径实现的。