AbMole關于材料誘導異位骨形成的實驗研究

AbMole|關于材料誘導異位骨形成的實驗研究骨組織在非骨部位形成的異位骨化（HO）現(xiàn)象在臨床上具有重要意義。來自重慶口腔疾病和生物醫(yī)學科學重點實驗室的DanLi,YucanJiang,PingHe等多名研究人員發(fā)表了題為《HypoxiaDrivesMaterial-InducedHeterotopicBoneFormationbyEnhancingOsteoclastogenesisviaM2/Lipid-LoadedMacrophageAxis》的研究成果。在該文章中，研究人員使用了購自AbMole的rapamycin（目錄號M1768）、DFO（目錄號M5129）。研究主要探討了缺氧在材料誘導的異位骨形成中的作用機制。為了評估材料誘導骨形成的能力，將具有不同物理化學性質(zhì)的兩種鈣磷陶瓷（TCPB和MG）植入FVB小鼠的臀肌中。6周后，組織學分析顯示，MG植入物內(nèi)檢測到新骨形成，在脫鈣切片和非脫鈣切片中均能觀察到骨組織，而TCPB中未觀察到骨形成。這一結果證實了材料誘導異位骨形成的材料依賴性，同時也驗證了FVB小鼠臀肌內(nèi)植入模型可用于研究材料誘導的異位骨形成。圖1TCPB和MG植入物中缺氧、HIF-1α表達和CaP誘導的骨形成。通過對MG和TCPB植入物中缺氧和HIF-1α表達的研究發(fā)現(xiàn)，從植入后第1周到第2周，兩種植入物中的細胞都變得更加缺氧，且MG植入物比TCPB植入物更缺氧。具體表現(xiàn)為，MG植入物中pimonidazole水平更高，缺氧相關基因（如Aldoc、Xbp1、Ramp3、Slc2a1、Pfk1、Mcl1、Lrg1、Hif-1α等）顯著上調(diào)，Hif-1α基因在第1周和第2周的表達顯著高于TCPB植入物。圖2HIF-1α抑制劑（雷帕霉素和PX-478）對第1周MG和TCPB植入物中HIF-1α表達和巨噬細胞極化的影響。為了探究血管生成在材料誘導骨形成中的作用，對MG和TCPB植入物進行了相關檢測。結果表明，無論是通過肉眼觀察CD31、α-SmoothMuscleActin（α-SMA）和Endomucin（EMCN）的免疫染色，還是進行轉錄組分析檢測血管生成相關基因（如Vegfb、Angpt4、Egf、Vegfc、Vegfd、Angpt1、Pecam1、Emcn、Eng）的表達，以及通過RT-qPCR檢測Cd31、Emcn和Vegfa基因的表達，都未發(fā)現(xiàn)MG和TCPB植入物在第1周和第2周時血管形成存在差異。體內(nèi)實驗：使用HIF-1α抑制劑（rapamycin和PX-478）處理后，MG植入物中HIF-1α陽性細胞、Arginase1（ARG-1）陽性細胞、F4/80陽性細胞和CCR7陽性細胞減少，Hif-1α和Arg-1基因表達顯著下調(diào)。同時，CathepsinK（CTSK）陽性細胞和TRAP陽性細胞減少，Trap和Ctsk基因表達降低。這表明HIF-1α抑制劑抑制了巨噬細胞向M2極化和破骨細胞生成。圖3時間依賴性HIF-1αHIF-1α抑制劑的激活和HIF-1抑制劑對腹膜內(nèi)注射后骨形成的影響。體外實驗：在體外培養(yǎng)的骨髓來源巨噬細胞（mBMDMs）中，引入rapamycin后，Arg-1基因表達顯著下調(diào)，CD206陽性細胞減少，但Cd163基因表達無顯著變化。低氧則顯著上調(diào)Arg-1基因表達，但對CD206陽性細胞和Cd163基因表達影響不大。此外，rapamycin處理顯著下調(diào)了Trap和Ctsk基因表達，減少了TRAP陽性細胞和CD61陽性細胞；低氧則顯著上調(diào)了Trap和Ctsk基因表達，增加了TRAP陽性細胞和CD61陽性細胞。這些結果表明，HIF-1α抑制劑在體外抑制了巨噬細胞向M2極化和破骨細胞生成，而低氧則促進了這些過程。通過對植入小鼠使用HIF-1α抑制劑（rapamycin和PX-478）和HIF-1α激活劑（desferrioxamine，DFO）來研究HIF-1α對材料誘導骨形成的影響。結果發(fā)現(xiàn)，在術后前2周腹腔注射Rapamycin和PX-478顯著抑制了MG植入物中的骨形成，而在術后2周內(nèi)注射DFO增強了MG植入物中的異位骨形成，甚至使非osteoinductive的TCPB也能形成異位骨。在第3周和第4周注射Rapamycin則不抑制骨形成。對mBMDMs進行轉錄組和靶向代謝組分析發(fā)現(xiàn)，當用rapamycin處理mBMDMs時，破骨細胞生成相關基因（如Trap、Ctsk、Mmp9、Itgb3、Nfact1、Dc-stamp、Ckb、Calcr、Atp6v0d2、Oc-stamp、Oscar等）和脂質(zhì)積累相關基因（如Srebf1、Lss、Hmgcs1、Slc25a1、Fads2、Scd1、Scd2等）顯著下調(diào)，總脂質(zhì)產(chǎn)生減少，其中磷脂酰乙醇胺（PE）和磷脂酰膽堿（PC）受影響最為明顯。低氧則增強了脂質(zhì)積累，增加了破骨細胞生成。當在體外破骨細胞生成評價體系中引入脂質(zhì)積累抑制劑GW3965時，破骨細胞和脂質(zhì)滴減少；引入脂質(zhì)積累激活劑GSK2033時，破骨細胞和脂質(zhì)滴增加。此外，用cinnamycin滅活PE或用抗CD36抗體阻斷CD36時，破骨細胞形成受到抑制。通過培養(yǎng)MSCs與有無破骨細胞生成條件培養(yǎng)基以及含有rapamycin的條件培養(yǎng)基，來評估破骨細胞生成對MSCs成骨分化的影響。結果表明，與不含破骨細胞生成條件培養(yǎng)基的對照組相比，含有破骨細胞生成條件培養(yǎng)基的MSCs培養(yǎng)物中Alkalinephosphatase（ALP）產(chǎn)生和Alp基因表達增加，而當破骨細胞生成培養(yǎng)基中存在rapamycin時，Alp基因表達和ALP產(chǎn)生受到抑制。同時，rapamycin處理還顯著下調(diào)了破骨細胞生成過程中Cthrc1和Sphk1基因的表達，降低了CT