[发明专利]一种太空微重力环境下促进干细胞定向成骨分化的方法

说明书

本发明涉及干细胞定向成骨分化技术领域，具体涉及一种太空微重力环境下促进干细胞定向成骨分化的方法，该方法利用纳米颗粒被细胞内吞后，以在细胞内缓慢地持续释放成骨诱导分化因子的方式，完成成骨诱导分化因子细胞内供应，实现在微重力环境下干细胞的定向成骨分化。与传统的培养基中加入成骨诱导分化因子的细胞外供应方式相比，本方法在维持细胞的高效定向成骨诱导能力的前提下，可降低成骨诱导分化因子的使用量，避免成骨诱导分化因子在液体环境中易降解失活的问题，减少长期地反复地更换新鲜培养基维持成骨诱导分化因子浓度的操作步骤。因此，本方法成本更低，操作更简便，更适用于太空微重力等特殊环境的细胞培养。

技术领域

本发明涉及干细胞定向成骨分化技术领域，具体涉及一种太空微重力环境下促进干细胞定向成骨分化的方法。

背景技术

长时间的太空飞行和失重会导致骨质丢失和骨质疏松，而骨质丢失的根本原因是成骨细胞的功能下降。在最严重的微重力环境下，仅一个月的骨矿物质密度降低了大约2%，所以预防和治疗骨质疏松都极为重要。目前骨质疏松症的临床用药可分为化学合成类药物和BMP类药物。化学合成类药物，如锶雷尼酸盐、雌激素、雌激素受体调节剂,能够刺激骨形成和抑制骨吸收，改善骨量，增强骨的韧性，但副作用也更为明显。为了解决这个问题，近年来，科学家在临床上大量使用BMP类成骨诱导分化因子（或BMP类药物），美国FDA批准的重组人BMP 2和BMP7，其益处之一对于骨修复的治疗具有巨大的应用前景。骨形态发生蛋白(BMP)是一种最高效、实用的蛋白类成骨诱导分化因子，可诱导人体间充质干细胞转化为骨、软骨、韧带等。目前临床已经证实骨形态蛋白在骨转换中起到了重要作用, 属于骨质疏松发生发展过程中的重要因素, 其缺乏后导致成骨细胞数量减少和功能降低。骨形态发生蛋白是一种转化生长因子, 有确切的成骨活性和诱导活性。在应对骨质疏松这个问题上，骨形态发生蛋白2 (Bone morphogenetic protein 2, BMP2)、骨形态发生蛋白4 (Bonemorphogenetic protein 4, BMP4) 和骨形态发生蛋白7 (Bone morphogenetic protein7, BMP7)能有效定向地促进干细胞的成骨分化，从而减轻骨质疏松症。

但是由于BMP类成骨诱导分化因子属于纯天然蛋白质，生产成本高，且在水溶液环境下易降解、易失活，在细胞培养使用时需长期地、频繁地更换富含新鲜BMP类成骨诱导分化因子的培养基，极大程度地限制了其在骨修复领域的研究和应用。特别是在航天等需尽可能减少人为操作的特殊的细胞培养环境。

总结上述问题，我们需要一种更方便，更高效，BMPs用量少，维持成骨分化的策略。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种太空微重力环境下促进干细胞定向成骨分化的方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种太空微重力环境下促进干细胞定向成骨分化的方法，利用纳米颗粒被细胞内吞后持续缓慢地释放成骨诱导分化因子的方式，完成成骨诱导分化因子细胞内供应，实现在微重力环境下细胞定向成骨分化，具体的：将内吞且体内含有纳米颗粒的细胞培养于太空微重力环境下，细胞内吞的纳米颗粒负载成骨诱导分化因子，并在细胞内部释放成骨诱导分化因子，持续促进干细胞定向成骨分化。

进一步地，所述纳米颗粒成分只含有磷脂、BMP类成骨诱导分化因子、可降解高分子聚酯和聚乙烯醇四类。

进一步地，所述纳米颗粒的粒径为20-150nm，在地球重力场和太空微重力环境中均可悬浮于水溶液中且无沉淀现象。

进一步地，纳米颗粒可被干细胞或成体细胞吞噬。