骨形态发生蛋白专家讲座.pptx

骨骨骨骨形形形形态态态态发发发发生生生生蛋蛋蛋蛋白白白白在在在在间间间间充充充充质质质质干干干干细细细细胞胞胞胞刺刺刺刺激激激激软软软软骨骨骨骨和和和和骨骨骨骨修修修修复复复复中中中中应应应应用用用用 .0 0 0 01 1 1 1.1 1 1 13 3 3 3骨形态发生蛋白专家讲座第1页骨形态发生蛋白专家讲座第2页研究背景研究背景细胞外基质相关骨形态发生蛋白（BMP）控制各种生物过程。在多年研究中，尤其是两种BMP，BMP2和BMP7已经取得了较大突破，用于治疗各种软骨和骨缺损。因为BMP在生物医学应用中潜力，对研究间充质干细胞（MSC）生物学，其分化能力下规则以及测试其在组织工程中真实能力研究逐步增多。实际上，MSC特异性分化为用于移植靶向细胞型谱系是再生医学主要目标。骨形态发生蛋白专家讲座第3页BMPSBMPs在体内诱导软骨形成和异位骨生长，建立，促进和支持软骨形成和成骨。已知大约20个BMP家族组员。BMP结合两种类型丝氨酸/苏氨酸激酶受体，即I型（BMPR-I）和II型受体（BMPR-II）。在配体结合后，BMP信号经过Smad依赖性（规范路径）或Smad非依赖性路径转导到靶基因。BMP/Smad信号通路也能够被一组细胞外蛋白拮抗剂严格调整，它们作为BMP信号传导中拮抗剂基本作用经过在缺乏这些蛋白之一试验动物中发生许多严重或致死缺点来证实。骨形态发生蛋白专家讲座第4页BMPS在骨形成在骨形成在脊椎动物中，骨形成能够经过成膜细胞在膜性骨化中直接分化来实现，或者在软骨内骨化中从软骨细胞分化开始。这两个过程由BMPs控制，BMP2和BMP4作为成骨细胞和软骨细胞表型主分化诱导，造成骨和软骨形成。已报道BMP2,4,6,7和9诱导人MSC体外软骨形成。骨形态发生蛋白专家讲座第5页在人类骨髓起源（BM）MSCs中，BMP2（在TGF-3存在下）是软骨形成最有效诱导物，与BMP4和BMP6相比，更能诱导富含蛋白多糖软骨产生，而在滑膜外植体中，BMP7是比BMP2更有效地引发软骨细胞分化。最新研究证实BMP4和7诱发人类MSC体外显著反应，表明这些因子在体内使用促进软骨损伤修复。使用人重组BMP2，BMP4，BMP6或BMP7早期试验证实这么蛋白能够在各种间充质前体细胞系中单独刺激成骨细胞（或软骨形成）。BMP2和BMP7现已被同意用于临床中用于治疗非联合骨折作为辅助治疗。骨形态发生蛋白专家讲座第6页即使这些分子在骨折愈合中使用已经很广泛，但它不良作用依然需要引发重视，尤其是在高剂量下，主要有以下几个不良作用：1、更高骨折不连续率；2、局部炎症反应；3、伤口愈合并发症；4、血肿形成；5、异位骨形成。所以，这些分子剂量需要在每个临床环境中精细校准。且主要应用与骨折愈合失败高风险患者。这些不良作用依然需要深入研究，以期在今后临床应用中逐步降低。骨形态发生蛋白专家讲座第7页间充质干细胞（间充质干细胞（MSC）成骨修复包括BMMSCs（人类骨髓起源MSCs）中，其作为能够侵入骨折部位骨软骨祖细胞起源，增殖并分化成软骨和骨。MSC是含有自我更新能力并分化成多个谱系多潜能成体细胞，这些细胞在1980年被发觉，MSCs最近在再生医学中潜力越来越受到关注。1、因为对调整其活性原因了解有限；2、缺乏对这些细胞和它们生态微环境组分之间复杂相互作用了解。因为以上两个原因，MSC临床应用受到限制。仍有待相关研究深入探索。骨形态发生蛋白专家讲座第8页MSCS在致癌和生殖细胞分化在致癌和生殖细胞分化中应用中应用当在一个或多个（转化生长因子-）TGF-超家族组员存在下将MSC以无血清3D培养形式（为细胞提供一个愈加靠近体内生存条件微环境培养技术）接种时，发生软骨形成份化。在该条件中，细胞放弃经典成纤维细胞形态并开始产生软骨特异性基质组分。细胞通常在不超出2-3周内分化成份泌蛋白多糖软骨细胞样细胞。3D培养和伴随TGF-存在是取得真正软骨细胞表型所必需条件。骨形态发生蛋白专家讲座第9页有研究探讨使用封装在骨诱导支架或形态生物材料中MSCs以增强骨和软骨在体内自然愈合过程。结果表明这些多能细胞似乎都能够在支架内区分本身以及吸引邻近自体祖细胞因子。这种行为能够更加快地完成骨折愈合，而且所得新骨质量优于单独使用骨诱导或软骨形成骨架。所以，这些结果促使深入研究，探索伴随使用MSC和BMP家族最有希望组员。即，嵌入适当支架或载体中BMP2和7已经用于治疗试验动物模型中几个软骨缺点和骨折，有希望很快被应用于临床。骨形态发生蛋白专家讲座第10页应用应用BMPS和和MSCS进行软骨修复进行软骨修复软骨缺损如椎间盘和膝关节退化是关节残疾常见原因，能够影响世界各地许多人生活质量。关节软骨在损伤后自发修复能力有限。接种自体软骨细胞以促进软骨再造含有一些优于同种异体软骨细胞或固体组织移植好处。但因为在体外扩张期间软骨细胞去分化以及需要大量软骨样品，其应用受到限制。所以，MSC在用于软骨修复有良好研究前景。如已经提到，BMP2和BMP7都含有大量被证实增强体内软骨修复能力以及促进在体外在适当诱导培养基中培养MSC软骨形成份化能力。骨形态发生蛋白专家讲座第11页在最近一项研究中，Seo等人研究了嵌入有MSC双层支架和含有TGF-1及血小板衍生生长因子（PDGF）富血小板血浆（PRP）用于软骨形成层，以及MSC和BMP2用于成骨层，在骨软骨马模型中缺点。缺点产生在距骨外侧滑车脊处，其中通常发觉骨软骨病，并插入双层支架。然后评价组织修复，显示相对于对照，植入支架显着改进骨软骨组织再生。Geraghty等人最近发表一项研究描述了一个新，可行骨软骨异体移植物，其包含能够刺激MSC细胞外基质（ECM）蛋白和软骨形成生长因子（即TGF-1和3，BMP2,4,7，bFGF和IGF1），完成山羊模型中体内软骨修复。骨形态发生蛋白专家讲座第12页上述研究显示使用与MSC相关BMP促进关节软骨修复带来有限有利结果。同时，使用其它软骨形成诱导因子比如TGF-蛋白或者诸如PRP或Geraghty等人描述嵌入新骨软骨同种异体移植物中因子异质混合物已经证实了更加好结果。可能是因为这些原因以及包含BMPs，比单独使用BMPs软骨修复更有希望。实际上，BMP与MSC一起在体内显示比成软骨细胞更高骨诱导能力。骨形态发生蛋白专家讲座第13页骨密度和骨密度和MSCS在骨组织修复中在骨组织修复中应用应用骨骼疾病，肿瘤切除，创伤和先天性畸形是需要骨重建骨缺损主要原因。几十年来，自体骨移植已经是临床上治疗骨缺损金标准。因为自体骨移植物有限可用性和供体位点发病率，基于干细胞组织工程策略作为替换性治疗方法是非常有希望。不过，因为：1、免疫排斥；2、早期再吸收；3、可能感染传输。限制了同种异体移植使用。骨形态发生蛋白专家讲座第14页在早期研究中，许多研究人员表明，用BMP2工程改造自体或同种异体MSC能够在小鼠，大鼠，兔子和猪异位和原位位点几个动物模型中分化成成骨细胞谱系并诱导骨形成。所以，得出结论，MSC植入与BMP2基因组合比单独MSC植入更有效地诱导骨形成。在其它研究中，Chang等人在两种不一样动物模型中证实了BMP2表示MSC在大颅骨缺损骨修复中用途：兔模型和猪模型。作者清楚地证实，在试验三个月中，在兔子和猪中，相对于对照，经过包含表示BMP2MSC组织工程化骨几乎完全修复大颅骨缺损。骨形态发生蛋白专家讲座第15页相关研究数据表明，与单独MSC或BMP7相比，二者缔合提供了更加好骨诱导移植物。最终，Schiavi等人测试了用BMP7纳米储库功效化并装备有些人MSC微组织新型3D胶原纳米纤维植入物。植入物被优化用于细胞定植，分化和生长。该组试验清楚地证实，与单独使用BMP7或MSC微组织对摄影比，偶联BMP7/MSC微组织体内异位骨生长加速。骨形态发生蛋白专家讲座第16页结论结论BMP已经在再生医学和组织工程领域中展示出巨大潜力。它们已经在许多临床前和临床研究中测试，探索它们在几个动物模型缺点和人类疾病中软骨形成或骨诱导潜能。尤其是BMP2和BMP7，已经被完全用于治疗许多软骨和骨缺损，而且最近被同意用于不连骨断裂协议作为辅助治疗。该领域当前仍是分子细胞研究领域热门，越来越多文件和近年来研究结果表明，为骨替换生产理想移植物这一目标确实能够实现，而且未来BMP和MSC将参加尤其设计植入物生产用于骨组织工程。骨形态发生蛋白专家讲座第17页