【摘要】：背景:生長因子作為骨組織工程中重要的組成元素,發(fā)揮著巨大的作用。目前已經(jīng)有許多的生長因子被FDA批準用于臨床上,如BMP2,BMP7。然而,我們發(fā)現(xiàn)在轉(zhuǎn)化的過程中仍存在一些問題。無論是生長因子的高成本和難保存,還是它們可能引起的骨代謝異常和免疫原反應(yīng),都困擾著我們。骨誘導小分子藥物,可作為生長因子的替代物,被應(yīng)用到骨組織工程中,具有著更廣闊的前景。從天然骨誘導小分子十烯酸類,黃酮類化合物,醌類化合物,到合成骨誘導小分子GSK-3β抑制劑,Necro X-7,SVAK-12,越來越多的骨誘導小分子藥物被發(fā)現(xiàn)和設(shè)計合成出來,發(fā)揮的促進成骨效果也越來越強,其作用機制也越來越清楚。雖然骨誘導小分子藥物比生長因子更加安全穩(wěn)定和成本低廉,但是長期的系統(tǒng)給予患者,依然可能造成骨代謝紊亂和肝腎毒性,所以在骨組織工程中,我們需要局部的有效的穩(wěn)定持續(xù)的骨誘導小分子藥物的釋放,已達到良好的促進骨再生和減小毒副作用的效果。目的:本研究設(shè)計了兩種復合支架材料,并擔載不同的骨誘導小分子藥物來實現(xiàn)骨缺損的修復。在不同的支架體系中,并通過不同的骨缺損動物模型,驗證骨誘導小分子藥物的局部緩慢釋放和聯(lián)合使用的方式,能夠有效地促進骨缺損的修復。方法:在第一個體系中,在溫敏型水凝膠PLGA-PEG-PLGA內(nèi)加入r GO-HA來提高藥物的局部緩釋作用,并擔載小分子阿倫磷酸鈉(ALD),來修復小鼠的臨界顱骨缺損。在第二個體系中,在PLGA支架的明膠涂層中擔載小分子藥物阿倫磷酸鈉(ALD)和柚皮苷(NG),通過聯(lián)合用藥的方式來修復大鼠的顱骨缺損。我們利用micro-CT骨形態(tài)學參數(shù)、HE染色和特殊染色評價骨修復的效果,并通過PCR和Western blot等實驗進一步驗證不同的載藥體系能夠顯著地提高成骨基因的表達。結(jié)果:在第一個體系中,我們在溫敏型水凝膠Gel內(nèi)加入少量的r GO-HA,發(fā)現(xiàn)復合水凝膠Gel/r GO-HA的強度增加了1.5倍,小分子藥物ALD的釋放周期由原來的7天,延長到了14天。通過micro-CT的3D重構(gòu)和骨形態(tài)學參數(shù)分析,發(fā)現(xiàn)載藥復合水凝膠組Gel/r GO-HA/ALD有著最好的骨修復作用。并進一步在分子水平研究發(fā)現(xiàn),它可以通過BMP2和RANKL信號通路來促進成骨細胞的增殖分化,并抑制破骨細胞的活性。在第二個體系中,由于明膠內(nèi)含有大量的RGD序列,能夠有效的促進細胞的粘附和增殖,并改善支架表面的性質(zhì)。隨著明膠覆于支架內(nèi)部,支架的機械性能和降解性也得到明顯的提高。從micro-CT、HE染色、PCR和Westernblot等實驗結(jié)果中,我們發(fā)現(xiàn)共同載藥復合支架PLGA+Gelatin/ALD/NG比單一載藥復合支架PLGA+Gelatin/ALD和PLGA+Gelatin/NG發(fā)揮著更好的骨修復作用。結(jié)論:在本課題中,我們設(shè)計了不同的骨誘導小分子藥物載藥體系,并擔載不同的藥物分子,驗證了不同體系在骨缺損動物模型中的修復情況。我們發(fā)現(xiàn),骨誘導小分子在骨組織工程中具有很大的前景,可以通過局部緩慢釋放和聯(lián)合用藥的方式,有效地促進骨再生,有希望向臨床應(yīng)用進行轉(zhuǎn)化。
【圖文】：

了五種具有明確的成骨潛能，即 H-8，GW5074，吡那地爾，，SQ22536 和丙戊茶堿。從這五個小分子中，只有一個分子（H-8）證實可誘導骨髓間充質(zhì)干細胞的成骨作用來自所有捐助者。此外，該化合物與地塞米松等參照的骨誘導小分子具有協(xié)同作用。1.2骨誘導小分子的分類骨誘導小分子化合物可分為天然小分子和合成小分子。天然小分子主要從植物或動物中分離及提取出來，而合成小分子是根據(jù)不同的藥理作用機制來設(shè)計的結(jié)構(gòu)或模仿天然小分子的結(jié)構(gòu)而通過化學方式合成出來的。在骨再生過程中有存在許多種信號通路途徑，包括 Wnt，TGF-β/BMP，Hh，MAPK，Akt/mTOR 和Notch 等途徑[8]（如圖 1.1），小分子藥物可以通過不同的分子信號通路，來激活或抑制某些基因的表達，從成骨細胞的骨形成和破骨細胞的骨吸收兩個方向，起到調(diào)節(jié)骨穩(wěn)態(tài)的作用[8]（如圖 1.2）。

圖 1.2 破骨細胞與成骨細胞維持骨穩(wěn)態(tài)Figure 1.2 Osteoclasts and osteoblasts in bone homeostasis天然小分子分子可以從植物或動物中獲得，并表現(xiàn)出多種生物活性，可以理想選擇，具有良好的前景。大多數(shù)天然分子具有復雜的化學結(jié)的多樣性和新穎性，常常通過分子-分子和分子-蛋白質(zhì)的相互作和骨吸收，其中許多小分子已經(jīng)被提取出來應(yīng)用于運動系統(tǒng)疾病十烯酸類道維甲酸是維生素 A 的中間代謝產(chǎn)物。有研究證實維甲酸能夠P 信號通路，能夠促進骨的再生[9-10]。十烯酸（DPA）作為從 Pensum CR37010 菌群中發(fā)酵而來的自然產(chǎn)物，與維甲酸有著相似的
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：R318.08

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