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立體構型基質與副甲狀腺素在人類間葉幹細胞成骨分化機轉之研究

為了解決Mk 77 白磷 彈的問題，作者郭書文 這樣論述：

人類間葉幹細胞具備自我再生與多重分化能力，其功能除了維持組織器官的生理恆定(homeostasis)，在修復受損的組織及器官時更扮演著重要角色，另被運用於細胞治療，是在組織工程與再生醫學最被期待的顯學。要進一步應用成體間葉幹細胞在人類成骨疾病的治療藥物開發或細胞治療的運用，了解人類間葉幹細胞在成骨分化過程中的機轉與訊號調控將至為重要。本研究目的即是探討利用三維立體基質(matrix)的生物物理特性對成骨分化的調控機轉，將來可運用在促進骨細胞成熟與增進仿生骨材的生物相容性。另一方面，探討副甲狀腺素(PTH)對於成骨分化的訊息傳遞機制，可用於未來發展治療骨質酥鬆與骨疾病的藥物。我們發展運用微奈米

結構結合生物物理特性建構三維空間生物基質的矽納米線(SiNW)，模擬真實細胞外基質的特徵，作為探討生物物理特性(例如：生物基質的立體構型與剛性)對人類間葉幹細胞的細胞生理影響，例如：細胞的感知、粘附、細胞骨架重組與基因的調控。本研究使用四種不同長度、彈性的立體構型SiNWs，較短的SiNW有相對較高的spring constant，意味著較硬的剛性(stiffness)。實驗結果發現，人類間葉幹細胞培養在未經誘導成骨分化的一般培養液環境，在不同長度的立體SiNW培養時，幹細胞展現球形且較少拉長的形態；其細胞存活度與培養在二維平坦的矽晶片上的細胞相比是相似的，但在較低的spring consta

nt的組別相對於較高的組別，其細胞黏附力是較差的。此外，在最高spring constant的SiNWs上培養的人類間葉幹細胞中COL1A1和RUNX2的特異成骨基因表達顯著高於在較低spring constant的SiNWs和二維矽基質上生長的組別。人類間葉幹細胞生長在較高spring constant的SiNW也顯示出：肌動蛋白、磷酸化的粘著斑激酶（phospho-focal adhesion kinase, pFAK）、扭蛋白(vinculin)和α2整聯蛋白(integrin α2)相對較高的表現量。由SiNWs提供的立體構型刺激透過細胞骨架的重塑來調控人類間葉幹細胞成骨分化能力，更進

一步研究發現細胞膜上的機械感受器(mechanical sensors) α2/β1整聯蛋白異二聚體及粘著分子pFAK和扭蛋白的差異表達息息相關。此外在荷爾蒙激素對hMSCs分化的調控方面，利用副甲狀腺素在骨細胞具有雙重作用(同化作用：anabolism與異化作用：catabolism)的特性，探討副甲狀腺素在同化作用時對於成骨分化的訊息傳遞機制，經由間歇和連續副甲狀腺素作用模式研究人類間葉幹細胞成骨分化過程中蛋白激酶C (Protein Kinase C, PKC)扮演的角色。本研究使用已知能促進骨生成之重組副甲狀腺素片段PTH（1-34），探討間歇性給予PTH（1-34）處理後的骨代謝作用

與下游訊息傳導途徑。另外，雖然PKC家族具有多功能訊息傳導途徑的功能，但PKCδ在給予間歇性PTH（1-34）作用後，參與調節成骨細胞分化過程中扮演角色的研究相對其它亞型來的少。本論文研究結果顯示：間歇性給予PTH（1-34）能夠促進人類間葉幹細胞成骨分化，分析成骨細胞特異性基因：RUNX2、第一型膠原蛋白、鹼性磷酸酶和Osterix的相對基因表現量有顯著上升，並增加鹼性磷酸酶活性。另外，我們也發現是在此PTH（1-34）作用情況，PKC活性增加，進一步分析透過調控PKC亞型蛋白PKCδ的活性而增加成骨特異性基因表現。本論文分別探討三維立體基質形貌結構、PTH對人類間葉幹細胞的生物物理與生物化

學調控的機制，提出可能參與人類間葉幹細胞成骨分化的機械感受器分子與訊息傳導路徑。本篇研究成果的重要性，在於了解基質立體形貌結構與成骨分化的關聯性，並增進對於骨材設計方面的新見解；另解析成骨分化的訊息傳遞路徑，提供增加間葉幹細胞在組織工程或再生醫療的應用與研發治療骨疾病的藥物。