AbMole关于材料诱导异位骨形成的实验研究

AbMole|关于材料诱导异位骨形成的实验研究骨组织在非骨部位形成的异位骨化（HO）现象在临床上具有重要意义。来自重庆口腔疾病和生物医学科学重点实验室的DanLi,YucanJiang,PingHe等多名研究人员发表了题为《HypoxiaDrivesMaterial-InducedHeterotopicBoneFormationbyEnhancingOsteoclastogenesisviaM2/Lipid-LoadedMacrophageAxis》的研究成果。在该文章中，研究人员使用了购自AbMole的rapamycin（目录号M1768）、DFO（目录号M5129）。研究主要探讨了缺氧在材料诱导的异位骨形成中的作用机制。为了评估材料诱导骨形成的能力，将具有不同物理化学性质的两种钙磷陶瓷（TCPB和MG）植入FVB小鼠的臀肌中。6周后，组织学分析显示，MG植入物内检测到新骨形成，在脱钙切片和非脱钙切片中均能观察到骨组织，而TCPB中未观察到骨形成。这一结果证实了材料诱导异位骨形成的材料依赖性，同时也验证了FVB小鼠臀肌内植入模型可用于研究材料诱导的异位骨形成。图1TCPB和MG植入物中缺氧、HIF-1α表达和CaP诱导的骨形成。通过对MG和TCPB植入物中缺氧和HIF-1α表达的研究发现，从植入后第1周到第2周，两种植入物中的细胞都变得更加缺氧，且MG植入物比TCPB植入物更缺氧。具体表现为，MG植入物中pimonidazole水平更高，缺氧相关基因（如Aldoc、Xbp1、Ramp3、Slc2a1、Pfk1、Mcl1、Lrg1、Hif-1α等）显著上调，Hif-1α基因在第1周和第2周的表达显著高于TCPB植入物。图2HIF-1α抑制剂（雷帕霉素和PX-478）对第1周MG和TCPB植入物中HIF-1α表达和巨噬细胞极化的影响。为了探究血管生成在材料诱导骨形成中的作用，对MG和TCPB植入物进行了相关检测。结果表明，无论是通过肉眼观察CD31、α-SmoothMuscleActin（α-SMA）和Endomucin（EMCN）的免疫染色，还是进行转录组分析检测血管生成相关基因（如Vegfb、Angpt4、Egf、Vegfc、Vegfd、Angpt1、Pecam1、Emcn、Eng）的表达，以及通过RT-qPCR检测Cd31、Emcn和Vegfa基因的表达，都未发现MG和TCPB植入物在第1周和第2周时血管形成存在差异。体内实验：使用HIF-1α抑制剂（rapamycin和PX-478）处理后，MG植入物中HIF-1α阳性细胞、Arginase1（ARG-1）阳性细胞、F4/80阳性细胞和CCR7阳性细胞减少，Hif-1α和Arg-1基因表达显著下调。同时，CathepsinK（CTSK）阳性细胞和TRAP阳性细胞减少，Trap和Ctsk基因表达降低。这表明HIF-1α抑制剂抑制了巨噬细胞向M2极化和破骨细胞生成。图3时间依赖性HIF-1αHIF-1α抑制剂的激活和HIF-1抑制剂对腹膜内注射后骨形成的影响。体外实验：在体外培养的骨髓来源巨噬细胞（mBMDMs）中，引入rapamycin后，Arg-1基因表达显著下调，CD206阳性细胞减少，但Cd163基因表达无显著变化。低氧则显著上调Arg-1基因表达，但对CD206阳性细胞和Cd163基因表达影响不大。此外，rapamycin处理显著下调了Trap和Ctsk基因表达，减少了TRAP阳性细胞和CD61阳性细胞；低氧则显著上调了Trap和Ctsk基因表达，增加了TRAP阳性细胞和CD61阳性细胞。这些结果表明，HIF-1α抑制剂在体外抑制了巨噬细胞向M2极化和破骨细胞生成，而低氧则促进了这些过程。通过对植入小鼠使用HIF-1α抑制剂（rapamycin和PX-478）和HIF-1α激活剂（desferrioxamine，DFO）来研究HIF-1α对材料诱导骨形成的影响。结果发现，在术后前2周腹腔注射Rapamycin和PX-478显著抑制了MG植入物中的骨形成，而在术后2周内注射DFO增强了MG植入物中的异位骨形成，甚至使非osteoinductive的TCPB也能形成异位骨。在第3周和第4周注射Rapamycin则不抑制骨形成。对mBMDMs进行转录组和靶向代谢组分析发现，当用rapamycin处理mBMDMs时，破骨细胞生成相关基因（如Trap、Ctsk、Mmp9、Itgb3、Nfact1、Dc-stamp、Ckb、Calcr、Atp6v0d2、Oc-stamp、Oscar等）和脂质积累相关基因（如Srebf1、Lss、Hmgcs1、Slc25a1、Fads2、Scd1、Scd2等）显著下调，总脂质产生减少，其中磷脂酰乙醇胺（PE）和磷脂酰胆碱（PC）受影响最为明显。低氧则增强了脂质积累，增加了破骨细胞生成。当在体外破骨细胞生成评价体系中引入脂质积累抑制剂GW3965时，破骨细胞和脂质滴减少；引入脂质积累激活剂GSK2033时，破骨细胞和脂质滴增加。此外，用cinnamycin灭活PE或用抗CD36抗体阻断CD36时，破骨细胞形成受到抑制。通过培养MSCs与有无破骨细胞生成条件培养基以及含有rapamycin的条件培养基，来评估破骨细胞生成对MSCs成骨分化的影响。结果表明，与不含破骨细胞生成条件培养基的对照组相比，含有破骨细胞生成条件培养基的MSCs培养物中Alkalinephosphatase（ALP）产生和Alp基因表达增加，而当破骨细胞生成培养基中存在rapamycin时，Alp基因表达和ALP产生受到抑制。同时，rapamycin处理还显著下调了破骨细胞生成过程中Cthrc1和Sphk1基因的表达，降低了CT