调查健康和疾病衰老软骨的生物力学反应 - 一种组织工程方法

我们为什么为这个项目提供资金？

该奖项旨在在体外分层机械措施模型代替用于肌肉骨骼疾病和衰老（例如骨关节炎）疾病进展研究的小鼠。

软骨细胞是健康软骨中唯一存在的细胞类型，该细胞类型会产生维持组织功能的结构成分。软骨是一种血管组织，再生能力有限，可以导致退化性疾病，例如骨关节炎。骨关节炎的最常见研究是在全身麻醉下进行的手术手术，以横切小鼠的膝盖弯板。由于造成的痛苦程度，该程序在1986年英国动物（科学程序）法中被归类为中等。经常还会产生转基因动物，以更好地了解特定基因和途径在肌肉骨骼疾病和衰老中的作用。软骨细胞很难维持体外由于细胞在特定的小众内丧失功能，并且没有机械刺激，通常会在软骨中存在。这限制了他们用作替代模型。

在初步数据的基础上，学生将使用合成水凝胶和生物打印来复制软骨的结构体外。生长因子梯度将用于维持微观效果中的人体软骨细胞，然后使用市售的压缩系统机械刺激该软骨细胞。学生将通过比较来自的转录组数据来表征系统体外模型到来自动物模型的历史数据。学生将发展RNA测序，质谱和组织学技术的技能。

肌肉骨骼状况对现代衰老社会的严重负担，仅英国仅在英国受骨关节炎（OA）影响850万人，在大多数发达国家，GDP的经济影响占1-2.5％。目前除了缓解疼痛和完整的关节置换疗法外，目前尚无有效的OA治疗方法。随着现代人口的预期寿命的增加，紧急临床需要了解健康软骨衰老和开发成本的分子途径 - 有效的疗法，以提高患有年龄相关状况的患者的生活质量。然而，疾病进展的研究和提出的治疗的功效在很大程度上受到肌肉骨骼组织的再生潜力的低阻碍，从而导致研究材料的数量有限。此外，这些组织的机械响应性质以及与年龄相关的变化发展的时间范围意味着许多研究需要将哺乳动物（小鼠，豚鼠，大鼠）用作疾病模型。

减少动物在研究中使用的挑战在于，由于其依赖于三维微观和机械刺激，因此在实验室环境中经常差异化的人类原代细胞。在小鼠中，最多70％的动物老化实验进行了，在24,477次肌肉骨骼基础研究中，有17％，在英国2017年，2017年2017年肌肉骨骼疾病研究中有3,651例在5,958例肌肉骨骼疾病研究中有3,651例。一项常用的OA研究是在全身麻醉下进行中等严重性手术方案，需要内侧半月板的横断并利用10-30只小鼠，平均需要100只动物来维持遗传修饰的线。此外，对机械签名的研究通常需要约束，麻醉和中度严重程度的影响。目前的大多数组织工程努力在开发可移植的移植物或车辆以将细胞疗法提供给受伤部位。

相比之下，我们建议开发一种针对软骨的区域分层的机械响应模型，该模型专门设计用于研究肌肉骨骼疾病和衰老的疾病进展和治疗干预。该模型将导致实验室实验的一致性和可重复性，并大大减少对软骨疾病动物模型的需求。组织工程的最新进展，例如使用水凝胶和生物打印，再加上相关的生物力学提示，为组织建模和疾病机制发现提供了新的令人兴奋的途径。

该项目建立在最近建立的合作基础上，在该合作中，纽卡斯尔大学已经开发了软骨的组织工程模型。它结合了软骨生物学家和组织工程师的专业知识，以建立一种在软骨的体外响应的体外模型，这将减少动物模型研究软骨稳态的需求。在该项目期间，将采用新颖的生物打印方法来重新创建软骨的等级组织，并补充正确的生长因子。软骨微生物将使用嵌入水凝胶基质中的市售胎儿，成人和OA软骨细胞来制造，这些软骨细胞让人联想到天然组织微环境，并在28天的软骨生成方案中使用先进的ART ART FLEXCELL FLEXCELL FLEXCELL FLEXCELL FLEXCELL FX500TM FFX500TM动态压缩系统进行了机械刺激。将使用组织学分析细胞分化和衰老，细胞外基质蛋白质组将通过质谱法评估，RNA测序将用于评估工程组织中的基因表达变化。数据将发现年龄和疾病特定的分子途径，并将与先前从肌肉骨骼疾病的动物模型获得的转录组数据进行比较，以进一步发现健康软骨衰老的潜在治疗靶标。