口腔颌面部骨缺损严重影响患者生活质量，组织工程技术是解决这一困境的最理想方法，对干细胞增殖和分化的精确调控是该技术的关键。传统生物化学手段在生物体内缺乏时间和空间维度的精确性，这种非精确的调控不但难以达到最理想的修复效果，还可能引起副反应。光调控技术能够动态精确控制调控信号的强度和延续时间，实现调控的瞬时开闭，并精确控制调控区域。本项目将探讨光生物调节（Photobiomodulation，PBM）在颌面部骨缺损修复中的作用机理，研究：1）用3条信号通路探讨5种波长PBM引起干细胞增殖及成骨分化结果不同的内在机理；2）探索减少激光副作用的方法；3) 优化调控波长、介入顺序及时间窗口，编制促进成骨分化的动态光调控程序。为实快速、安全、有效的骨组织修复提供一种新的解决方案，为颌面部骨组织缺损的临床治疗打下基础。

Oral and maxillofacial bone defect severely affect the living quality of patients. Tissue engineering is an ideal strategy to solve this problem, in which precise control of proliferation and differentiation of the transplanted stem cell is the key. Conventional chemical regulations showed poor in vivo accuracy, which may compromise the repairing effect or even induce side effects. Dynamic photo-regulation technology can deliver precise intensity and duration of regulatory signals, turn on/off the signal immediately, and precisely control the regulatory region. This proposal studies the application of photobiomodulation (PBM) in maxillofacial bone defect restoration. Three key aspects will be studied: 1) the effect of PBMs with 5 different wavelengths on the proliferation and osteogenic differentiation of hASCs and underlying mechanisms; 2) the strategy to reduce the side effect of the laser; 3) Optimizing the order of PBMs and obtain the optimal light-promoting dynamic osteogenic differentiation program. .We propose a new strategy to achieve fast, safe and effective maxillofacial bone defect regeneration, benefiting the treatment of maxillofacial bone defects.

口腔颌面部骨缺损严重影响患者生活质量，组织工程技术及3D生物打印技术是解决这一困境的前景广阔的发展方向，对干细胞增殖和分化的精确调控是该技术成败的关键。传统生物化学手段在生物体内缺乏时间和空间维度的精确性，这种非精确的调控不但难以达到最理想的修复效果，还可能引起副反应。光调控技术能够动态精确控制调控信号的强度和延续时间，实现调控的瞬时开闭，并精确控制调控区域。近年来关于激光调控干细胞分化的研究主要以低能量激光为主，研究的波长范围集中在635nm-808nm的红光和红外光范围，认为激光通过激活线粒体呼吸链上面的细胞色素C氧化酶（Cytochrome C Oxidase，Cox）后，促进线粒体生成大量ATP及活性氧（reactive oxygen species, ROS），进而促进干细胞的增殖及分化。 在本基金项目的执行过程中，课题组分别从细胞学、基因学、蛋白组学等多角度，研究不同于传统635nm-808nm的其他波长激光对于干细胞增殖及分化的影响。课题组成员进行了大量的离体实验，在蓝光到红外激光（420 nm～980 nm）中找到了新的更有效的有利于干细胞增殖的波长980nm；找到了新的有利于干细胞成骨分化的波长范围532nm，并对这两个发现的作用机理进行了初步探索。深层次的作用机理是本课题组下一步研究的重点。 在一年的项目执行期内，本课题组共发表相关SCI论文3篇，获得院级基金1项。