光基因技术调控人脐带间充质干细胞成骨分化及修复骨缺损的实验研究

项目名称： 光基因技术调控人脐带间充质干细胞成骨分化及修复骨缺损的实验研究

项目编号： No.81201381

项目类型： 青年科学基金项目

立项/批准年度： 2013

项目学科： 医学四处

项目作者： 杨大志

作者单位： 广东医学院

项目金额： 23万元

中文摘要： 由于骨折、骨肿瘤等导致骨缺损是困扰骨科医生的一个难题。骨缺损基因治疗是把具有促进成骨作用的基因导入靶细胞，以促进成骨分化和持续高效分泌骨生长因子，利于组织工程化骨组织形成。但是外源基因过度表达存在生物安全性问题。细胞内钙参与TGF-β和WNT等多个成骨信号通路，细胞内钙调节成骨分化的机制仍不明确。通过光遗传学方法将光敏感型通道蛋白(ChR2) 基因转入人脐带间充质干细胞，蓝光（472nm 波长）激活后可开放细胞膜表面钙离子通道，使Ca2+等阳离子进入细胞内，另一种氯离子蛋白(NphR)基因可被黄光（593nm波长）激活，使Cl- 进入细胞而抑制细胞活性。通过交替的蓝光或黄光来控制人脐带间充质干细胞成骨活性，并探讨细胞内钙在成骨分化中的作用机制。光遗传学为细胞内钙和钙离子通道研究提供了一种新的研究方法，为骨基因治疗提供一种安全和精确调控的方法。

中文关键词： 人脐带间充质干细胞；成骨分化；骨缺损；光遗传学；低能量光照

英文摘要： The bone defect is a big problem of orthopaedic surgen due to bone fracture and neoplasms.Bone defect gene therapy can not only strengthen osteogenic differentiation,also sustainable and highly-efficient secrete bone growth factor, which is beneficial to the bone remodeling.But the biosafety of exogenous genes has becoming a common concern. Intracellular calcium adjust osteogenesis signaling pathways includingTGF-beta、WNT and so on ，but mechanisms regulating for osteogenic are unclear. Optogenetics firstly put light sensitive channel or ion pump protein gene into Human umbilical cord mesenchymal stem cells.Then blue-ray (472 nm wavelength) activate one of the light sensitive type channel protein (Channelrhodopsin-2, ChR2) ,conducing the Na + 、Ca2 + ions influx.Another yellow (593 nm wavelength) light activate chlorine ion protein (Halorhodopsin, NphR) , making the Cl- influx and inhibition activity of cell.So using alternate blue or yellow can control Human umbilical cord mesenchymal stem cells osteogenesis activity.Investigate mechanisms regulating for osteogenic about intracellular calcium . Optogenetics never applied to bone repair before.And optogenetics given a new method to study calcium influx and calcium channels.So optogenetics is a safety and controllability method in bone gene therapy.

英文关键词： Human umbilical cord mesenchymal stem cells；osteogenic；bone defect；optogenetic；low level light irradiation