深圳先进院《Stem Cells》干细胞研究新成果

　　

生物通报道  近日来自中科院深圳先进技术研究院、华中科技大学和的研究人员在在锶促进间充质干细胞成骨分化及掺锶材料修复骨缺损的效果和机制研究中取得新成果。相关研究论文在线发布在5月23日的《干细胞》（Stem Cells）杂志上。

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中科院深圳先进技术研究院的王立平和蔡林涛研究人员为这一论文的共同通讯作者，其他作者还包括杨帆、杨大志、屠洁等。研究采用的掺锶原材料由香港大学医学院骨科系吕维加教授（W. William .Lu）提供。这一研究工作已被美国骨矿研究协会 (American Society for Bone and Mineral Research)列为领域内最新研究进展进行报道，同时被间充质干细胞新闻网站(Mesenchymal Stem Cell News)报道。

锶及其化合物具有的重要成骨作用近年已经得到重视，锶在促进成骨细胞活性的同时可以抑制破骨细胞的活性，对骨生成的诱导能力强，引起新生骨量增多。另外，掺锶生物材料具有良好的生物相容性和较强的诱导骨生成的能力。间充质细胞作为成体干细胞的重要组成部分，具有良好的成骨分化潜能和广阔的市场应用价值。目前关注的问题是：锶是否可以有效的促进间充质细胞体外和体内进行成骨分化，其具体的分子机制是什么？这些问题都有待于深入研究。

杨帆等首先发现，锶具有可以促进间充质细胞体外成骨分化能力。在锶作用下，细胞碱性磷酸酶染色增强，细胞外胶原成分表达升高，Wnt通路中的信号分子β－catenin和受体Frizzled 8基因转录水平升高。在体动物研究中，研究人员构建了胶原和掺锶羟基磷灰石复合支架，提高了材料的可塑性，胶原体内降解的同时可以形成有效孔径，促使间充质干细胞和锶的有效接触。把掺锶复合材料植入大鼠颅骨缺损模型后，同单纯的胶原羟基磷灰石材料相比，影像学显示锶材料促使新生骨密度增加，组织学发现新生骨的质量和数量都有较为明显的提高。免疫组织化学显示，新生骨修复部位的胶原成分明显增多，β－catenin分子的表达增强。体外和体内的研究表明，锶可以通过影响Wnt通路来促进间充质细胞的成骨进程。

新研究深入揭示了锶促进间充质细胞成骨分化的分子机制。所构建的复合生物材料结合了锶的诱导成骨能力和胶原的自身的可降解性，有较好的成骨促进作用，为临床修复骨缺损的生物材料支架研究提供了新的可能性。

该研究得到中国科学院，国家自然基金委员会，科技部，深圳市等项目的资助。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Strontium Enhances Osteogenic Differentiation of Mesenchymal Stem Cells and In Vivo Bone Formation by Activating Wnt/Catenin Signaling

Strontium ranelate is a newly approved drug that can reduce the risk of vertebral fracture, which is attributed to its dual function in increasing the bone formation and decreasing the bone resorption. Strontium-containing hydroxyapatite was also demonstrated to stimulate the osteoblast activity and inhibit the osteoclast activity. However, the molecular mechanisms of strontium underlying such beneficial effects were still not fully understood. In this study, we investigated the effects of strontium on the osteogenic differentiation of human mesenchymal stem cells (MSCs) and its related mechanism; its osteogenic potential was also evaluated using a calvarial defect model in rats. We found that strontium could enhance the osteogenic differentiation of the MSCs, with upregulated extracellular matrix (ECM) gene expression and activated Wnt/β-catenin pathway. After transplanting the collagen-strontium-substituted hydroxyapatite scaffold into the bone defect region, histology and computed tomography scanning revealed that in vivo bone formation was significantly enhanced; the quantity of mature and remodeled bone substantially increased and ECM accumulated. Interestingly, strontium induced an increase of β-catenin expression in newly formed bone area. In this study, we showed for the first time that strontium could stimulate the β-catenin expression in vitro and in vivo, which might contribute to the enhanced osteogenic differentiation of MSCs and in vivo bone formation.

作者简介：

王立平

博士、中国科学院深圳先进技术研究院项目研究员。 2008年深圳市“双百计划”科技领军人才获得者；2009年入选中国科学院“****”。

2002年获得德国 洪堡大学研究生院全额奖学金资助，于德国柏林麦克斯˙德尔布吕克（Max Delbruck）分子医学中心，细胞与分子神经学系攻读博士学位，于2005年获德国柏林大学医学院夏里特（Charite）医学院，德国柏林洪堡大学，德国自由大学神经科学博士学位，并获最高荣誉 (Summa Cum Laud)，同年赴美国斯坦福大学生物工程学系从事博士后研究。 2006年，任美国斯坦福大学、加利福尼亚州再生医学研究所临床研究员，所独立主持申请的科研项目获美国加利福尼亚州再生医学研究所神经干细胞项目资助。主要从事光遗传技术的研发及其在神经系统研究中的应用，以及神经干细胞体内、体外分化的信号调节。在攻读博士之前，他还获得了医学学位并于吉林大学医学院（原白求恩医科大学）获外科学硕士学位，在神经外科和肿瘤外科领域具有长达近八年的临床经验,独自完成的有关肺癌的研究项目获吉林省科技厅资助，并获吉林省科学技术进步奖。至今，在国内外学术刊物和重要国际学术会议上发表论文30余篇，SCI收录论文15篇，包括Nature, Nature Method等。所发表论文被SCI期刊引用次数已达256次。现为美国神经科学协会会员。

蔡林涛

中国科学院深圳先进技术研究院纳米技术研究中心执行主任。

1989年毕业于重庆大学化学系，1995年在厦门大学化学系（固体表面物理化学国家重点实验室）获博士学位。1995年至1997年为南京大学化学系博士后。1997年至1999年为东南大学生物医学工程系（生物电子学国家重点实验室）副教授。1999年至2001年，任日本大阪大学产业科学研究所特别研究员。2001年至2007年，分别在美国莱斯大学化学系和宾州州立大学电子工程系做博士后和访问学者。2007年1月至2007年10月，为美国Emitech, Inc.公司研究员。

在著名期刊上发表论文35篇，其中SCI收录26篇，第一作者17篇引用次数累计超过700次，影响因子累计近85。日本学术振兴会特别研究员(1999-2001); 美国化学会和材料研究协会会员。