基于Meox2在牙齿缺失损伤中的发育功能促进骨愈合过程

Facilitation of Bone Healing Processes Based on the Developmental Function of Meox2 in Tooth Loss Lesion.

作者信息Tae-Young Kim, Jae-Kyung Park, Yam Prasad Aryal, Eui-Seon Lee, Sanjiv Neupane, Shijin Sung, Elina Pokharel, Chang-Yeol Yeon, Ji-Youn Kim, Jae-Kwang Jung, Hitoshi Yamamoto, Chang-Hyeon An, Youngkyun Lee, Wern-Joo Sohn, Il-Ho Jang, Seo-Young An, Jae-Young Kim
PMID33218046
发布时间2020-11-18
DOI10.3390/ijms21228701

实验完整度

包含体外细胞实验(siRNA转染、成骨分化、MTT、茜素红染色)和体内动物模型(牙周炎诱导、拔牙、siRNA局部递送),并进行了组织学、免疫组化、Micro-CT等验证。

主要模型

人牙周膜成纤维细胞(hPDLFs) 小鼠牙周炎诱导拔牙模型(B6小鼠) 胚胎E15磨牙间充质组织(体外悬滴培养)

重点核对

siRNA浓度:10 nM(体外)和100 nM(体内) 处理时间:体外48小时,体内1、2、3周 动物模型:8周龄雄性B6小鼠,丝线结扎诱导牙周炎5天,拔牙 对照组:载体对照(DMSO)和siControl 骨形成评估:Micro-CT(2周)和骨钙素、Runx2免疫组化

摘要

在本研究中,我们检测了Meox2(一种在多种发育组织分化中发挥重要作用的同源盒基因)的骨愈合能力,并确定了其在腭发育中的推定功能。我们在人牙周膜成纤维细胞中应用Meox2的敲低来研究Meox2的成骨潜力。此外,我们应用了体内牙周炎诱导实验,以揭示Meox2敲低在骨愈合过程中应用1周和2周的可能性。我们使用Masson三色染色和显微计算机断层扫描评估检查了详细的组织形态学变化。此外,我们观察了包括α-SMA、CK14、IL-1β和MPO在内的各种信号分子的定位模式,以检查改变的骨愈合过程。此外,我们通过骨钙素和Runx2的免疫组织化学研究了骨形成过程。基于这些结果,我们建议通过成骨细胞的激活和炎症的调节来敲低Meox2可能是作为基因治疗的骨再生的合理答案。此外,我们提出,根据目的选择和施用发育调控基因对于特定组织和器官的功能性再生很重要,其中牙齿缺失损伤的病理状况将是如此。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
Meox2敲低是否能促进牙周炎引起的牙齿缺失损伤的骨愈合?
核心机制
Meox2敲低通过激活成骨细胞(促进Runx2和骨钙素表达)和调节炎症(减少IL-1β、增加MPO和α-SMA)来促进骨形成。
主要证据
体外hPDLFs中siMeox2转染(10 nM)促进茜素红S染色(14天)增强;体内小鼠牙周炎模型siMeox2局部递送后1、2、3周MTC染色显示胶原形成增加,2周Micro-CT显示新骨体积增加(71.6% vs 54.5%),免疫组化显示Runx2和OC阳性细胞增加,IL-1β减少。
研究意义
本研究表明Meox2敲低作为基因疗法促进骨再生,并支持发育调控基因的选择性应用对特定组织和器官功能再生的重要性。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

体外敲低Meox2验证成骨潜能

验证Meox2敲低对hPDLFs增殖和成骨分化的影响

用siMeox2(10 nM)转染hPDLFs,培养48小时,进行MTT检测和茜素红S染色(14天)评估矿化。

2

体外敲低效率验证

验证siRNA对Meox2的敲低效率

使用E15上颌第一磨牙间充质组织,进行悬滴培养,加入100 nM Meox2 siRNA(siTran转染试剂)处理1天,通过RT-qPCR检测Meox2表达。

3

体内牙周炎模型建立与siRNA递送

模拟牙周炎导致的牙齿缺失并递送siRNA

8周龄雄性B6小鼠,用5-0丝线结扎上颌第二磨牙5天诱导牙周炎,拔牙后局部递送siMeox2(100 nM)于牙槽窝内。

4

组织学与免疫组化分析

观察敲低后骨形成和炎症调节的组织学变化

在siRNA处理后1、2、3周取材,进行MTC染色评估胶原形成,免疫组化检测Meox2、CK14、Runx2、OC、MPO、α-SMA、IL-1β的表达。

5

Micro-CT评估骨形成

定量评估siMeox2处理后2周新骨形成

使用Skyscan-1173 Micro-CT扫描样本,CTAn软件计算骨体积百分比。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

验证样本或模型特征
验证细胞功能变化
验证分子表达变化

产品清单

实验环节名称品牌货号
SCGM™基质细胞基础培养基LONZACC-3204
基质细胞生长培养基SingleQuots™添加剂和生长因子试剂盒LONZACC-4181
Meox2 siRNAOrigeneSR408862
Jetprime转染试剂Polyplus transfection--
α-MEM培养基未明确--
抗生素-抗真菌剂BiowestL0010-100
抗坏血酸Sigma-AldrichA4544
β-甘油磷酸Sigma-AldrichG9422
地塞米松Sigma-AldrichD4902
茜素红SSigma AldrichTMS-008-C
MTTMerck KGaA--
黑色丝线5-0AILEE CO, LTDSK54510
Pluronic® F-127Sigma-Aldrich9003-11-6
二甲基亚砜Duchefa Biochemie67-68-5
siTran转染试剂Origene Technologies Inc.TT30001
乱序siRNA(阴性对照)Origene Technologies Inc.SR30004
气密性Hamilton注射器84877Hamilton84877
纤维蛋白密封剂(Tisseel)BaxterSKU 1506079
抗α-SMA抗体Abcamab17534
抗CK14抗体Abcamab181519
抗IL-1β抗体Abcamab9722
抗MPO抗体Biossbs-4943R
抗Meox2抗体Novous biologyNBP2-30647
抗骨钙素抗体biorbytorb309273
抗Runx2抗体Abcamab192256
Skyscan-1173显微CTBruker MicroCT--
NRecon软件Bruker MicroCT--
DataViewer软件Bruker MicroCT--
CTVol软件Bruker MicroCT--
CTAn软件Bruker MicroCT--
DMEM培养基HyCloneSH30243.01
胎牛血清Gibco®26140-079
青霉素-链霉素Gibco®15140-122
Dispase II未明确--
RNeasy® Micro试剂盒Qiagen74004
Omniscript® RT试剂盒Qiagen205111
Step One Plus实时PCR系统Applied Biosystems--
SYBR Green PCR预混液Applied Biosystems--
DM2500显微镜Leica--
数字CCD相机(DFC310 FX)LeicaDFC310 FX

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
体外细胞培养
细胞系:hPDLF(LONZA);培养基:SCGM™;siRNA浓度:10 nM(转染48小时);转染试剂:Jetprime
阅读提示:见Materials and Methods 4.1.1
成骨分化
成骨培养基成分:α-MEM含10% FBS、50 µM抗坏血酸、10 mM β-甘油磷酸、100 nM地塞米松;茜素红S染色浓度2%,pH 4.3,20分钟;定量:10% cetylpyridinium chloride,562 nm
阅读提示:见Materials and Methods 4.1.2
体内动物模型
小鼠:8周龄雄性B6;牙周炎诱导:5-0丝线结扎上颌第二磨牙5天;siRNA递送:100 nM,2 µL,Pluronic® F-127和0.05% DMSO;密封:fibrin sealant
阅读提示:见Materials and Methods 4.2.1-4.2.3
组织学和免疫组化
MTC染色;抗体稀释:α-SMA 1:100, CK14 1:100, IL-1β 1:100, MPO 1:100, Meox2 1:100, OC 1:200, Runx2 1:1000
阅读提示:见Materials and Methods 4.2.4
Micro-CT
扫描参数:90 kV, 88 μA, 1.0 mm铝滤片, 9.59 μm像素, 500 ms曝光, 0.3°旋转, 360°, 4帧;分析:CTAn软件计算Bone Volume/Tissue Volume
阅读提示:见Materials and Methods 4.2.5