医用金属植入材料促进骨再生的分子机制

摘要

背景:研究不同医用金属植入材料诱导骨髓间充质干细胞成骨分化的分子机制,整理分析多条成骨信号通路的综合性基因调控网络,对于医用金属植入材料的设计、加工及临床应用具有重要意义。目的:综述医用金属植入材料诱导骨髓间充质干细胞成骨分化的可能分子机制,以期为临床应用不同医用金属植入材料提供理论基础。方法:检索Pub Med、万方数据和中国知网数据库收录的相关文献。英文检索词为"osteogenic differentiation,signaling pathways,bone marrow mesenchymal stem cells,bone defect,bone repair materials,oral and maxillofacial restoration,implant,alloys",中文检索词为"成骨分化、信号通路、骨髓间充质干细胞、骨缺损、骨修复材料、口腔颌面修复、种植体、合金",最终纳入51篇文献进行归纳总结。结果与结论:(1)骨髓间充质干细胞是一种多能成体干细胞,是组织工程重要的干细胞来源之一,Wnt/β-catenin通路、MAPK通路及骨形态发生蛋白/Smad通路等能调控诱导骨髓间充质干细胞成骨分化,医用金属植入材料植入人体后通过释放金属离子或刺激人体产生各种细胞因子,产生级联效应,促进骨髓间充质干细胞的成骨分化,从而促进骨再生进行骨缺损的修复。(2)文章总结分析了近年来不同医用金属植入材料及经过不同表面处理的骨修复材料促进骨髓间充质干细胞成骨分化所涉及的相关成骨信号通路(Wnt/β-catenin通路、MAPK通路、骨形态发生蛋白/Smad通路、整合素通路、磷脂酰肌醇3-激酶通路、骨保护素/RANKL/RANK通路)。(3)目前许多学者对医用金属材料体外及体内促进骨髓间充质干细胞成骨分化的研究主要以单一信号通路为主,而成骨分化相关的多条通路相互联系相互作用,构成了一个复杂的网络,目前的研究还未彻底地揭示成骨分化的具体机制。(4)从骨髓间充质干细胞成骨分化层面来看,不同新型医用金属植入材料调节诱导骨髓间充质干细胞成骨分化的可能分子机制和多条信号通路间的联系及作用,例如Wnt/β-catenin信号通路在被激活的同时,会刺激细胞产生MAPK通路及骨形态发生蛋白/Smad通路的启动因子,如表皮生长因子和骨形态发生蛋白等,此3条信号通路同时作用,进入细胞核后诱导成骨效应基因的转录,从而促进骨髓间充质干细胞的成骨分化,以此形成了多条成骨信号通路的综合性基因调控网络机制。