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骨形态发生蛋白成骨机理及应用研究现状
在涉及骨和软骨发生的众多生长因子中,骨形态发生蛋白(Bone Morphogenetic Protein,BMP)是唯一能单独诱导间充质细胞向骨组织方向分化的生长因子,是骨组织形成过程中关键的调节因子.自1971年Urist首次将脱钙骨基质(DBM)中存在的具有诱骨活性的非特异性物质命名为BMP以来,人们对BMP的研究已有三十多年的历史,陆续有十多种BMP被鉴定和克隆并通过DNA重组技术实现重组表达.目前美国食品及药物管理局(FDA)已批准rhBMP-2进入先期l临床试用.近年来骨形态发生蛋白的许多研究成果为骨缺损的治疗带来深刻变革并已成为该研究领域的焦点,本文主要就BMP的成骨机理及其在骨缺损修复应用中涉及到的载体、使用剂量、基因治疗等的研究现状综述如下.
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骨形态发生蛋白-4的研究进展
骨形态发生蛋白(bone morphogenetic proteins,BMPs)属于转化生长因子-β(transforming growth factorβ,TGF-β)超家族的成员,是1965年由Urist等人首先从脱钙骨基质提取物中分离得到的一种有活性的蛋白质.这种活性蛋白具有使未分化的间充质细胞定向分化为成骨细胞,并进而合成胶原,形成钙化的骨组织能力,因此命名为骨形态发生蛋白.
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脱钙骨基质的临床应用与研究进展
创伤引起的骨不连、骨缺损的处理和骨肿瘤的保肢治疗以及一些重建手术往往都涉及植骨的问题.目前临床应用的骨移植材料有自体骨、异体骨以及各种人工合成的移植材料替代物,而干细胞、骨形成蛋白(bonemorphogentic proteins,BMPs)和各种生长因子合植骨材料也已进入了临床研究阶段,所有这些骨移植材料都至少具备了以下的一种生物学特性:①骨传导性;②骨诱导性;③成骨作用[1].
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骨形成蛋白-7的诱导成骨作用
1965年Urist报道了用脱钙骨基质可以诱导异位宿主的间充质细胞分化成新骨,后来又分离出具有骨诱导活性的蛋白质--骨形成蛋白(bone morphogenetic protein,BMP)[1~4].1990年,Ozkaynak[5]对从牛成骨蛋白提取物中分离出的3种TGF-β家族的同序物进行分析时,发现其中的一种是一新的蛋白,命名为成骨蛋白-1(osteogenetie protein,OP-1)(另外2种是BMP-4和BMP-3).同年,Celeste[6]也从牛骨中筛选出一种蛋白,命名为BMP-7,并以该蛋白eDNA序列片段为探针筛选出人BMP-7基因.
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新型骨修复材料PDLLA/HA/DBM的生物相容性
评价用悬浮液分散共混合法制备的新型骨修复材料PDLLA/HA/DBM的生物相容性.按照我国卫生部<生物材料和医疗器材生物学评价的技术要求>中的标准,对PDLLA/HA/DBM进行急性毒性实验、热原实验、溶血实验、兔肌肉内种植实验和PET实验.结果表明,PDLLA/HA/DBM无毒性,无热原性,不引起溶血反应,植入兔肌肉后逐渐发生降解并被软骨组织和骨组织取代,不引起全身和局部葡萄糖代谢改变.新型骨修复材料PDLLA/HA/DBM具有良好的生物相容性.
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吻合血管腓骨移植联合DBM及自体多能干细胞混合性植入治疗ARCOⅡ~Ⅲ期非创伤性股骨头坏死
[目的]探讨吻合血管腓骨移植联合DBM(脱钙骨基质)及自体多能干细胞混合性植入治疗ARCOⅡ~Ⅲ期非创伤性股骨头坏死的临床疗效.[方法]选择2006年10月~2013年12月期间ARCOⅡ~Ⅲ期非创伤性股骨头坏死53例(82髋);年龄23 ~59岁,平均36.3岁;男61例,女21例.随机分为2组,A组采用改良的游离腓骨切取方法及髋关节前外侧小切口,股骨颈前方开窗,结合大转子下经皮技术用专用器械清除股骨头死骨至软骨下骨板,Ⅲ期患者行股骨头成形.DBM与减压所得自体松质骨颗粒(直径5 mm)制备成混合物[比例(2~4):1],植入到软骨下骨板下面,夯实.将切取的游离腓骨移植,腓骨远端与股骨颈后侧以l枚直径3.5 mm的可吸收钉固定,吻合旋股外侧动静脉与腓动静脉近端(动静脉比例1:2为宜).腓骨吻合完毕后将20 ml骨髓制备的自体多能干细胞注入头内,剩余的DBM与自体骨粒混合物填充腓骨与头颈腔隙.B组仅行吻合血管腓骨移植.[结果]53例(82髋)均获得随访,随访时间平均4.2年(2年~7年2个月).应用Harris髋关节功能评分:A组41髋,优15髋,良22髋,可4髋,差0髋;B组41髋,优3髋,良19髋,可15髋,差4髋,两组差异有统计学意义(P<0.01).术后X线片影像学评价.其中:A组放射学成功38髋,B组放射学成功20髋,两组差异有统计学意义(P<0.01).并发症A组3例,B组4例,两组差异无统计学意义(P>0.05).[结论]吻合血管腓骨移植联合DBM及自体多能干细胞混合性植入治疗ARCOⅡ~Ⅲ期非创伤性股骨头坏死效果肯定,操作简单,创伤小、并发症少,能够阻止或延缓疾病进展.联合DBM及自体多能干细胞混合性植入既节约了自体骨用量,又促进骨的修复.该方法适于青壮年非创伤性股骨头坏死ARCOⅡ~Ⅲ期,Ⅲ期宜行股骨头成形.
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骨发生相关因子基因转导在骨组织工程中的研究进展
自1965年Urist报道用脱钙骨基质植入肌肉诱导基质细胞分化形成新骨以来,骨组织工程得到迅速发展,组织工程组织的构建设计也日趋成熟,支架材料与种子细胞加生长因子被认为是组织工程中的3大经典要素组合,是骨组织工程的研究热点之一.
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骨形态发生蛋白基础及其基因治疗的研究进展
骨形态发生蛋白是由Urist[1]在1965年对脱钙骨基质的成骨研究中发现的,他们将脱钙骨基质植入动物的皮下和肌肉内可诱导软骨化骨的过程,随后从骨中分离出了一种小分子量的糖蛋白,并发现这种糖蛋白具有异位成骨的作用.Wozney和CelesteZ[2]在1988年对这种骨提取物的肽链进行分析,并测出其氨基酸的序列,首次克隆出BMP-2,BMP-3,BMP-4.至今,已有40多种BMP蛋白被成功地分离.
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骨形态发生蛋白研究新进展
自1965年Urist首先证实脱钙骨基质具有诱导成骨能力后,人们在纯化脱钙骨移植物活性成分的过程中发现了骨形态发生蛋白(bone morphogenetic protein, BMP)家族.在过去的10年间,随着基因工程技术的广泛应用,BMP在胚胎发育、机体疾病、创伤愈合等方面的作用日益受到关注.本文重点对其分子生物学特性及在矫形外科中的应用新进展作一综述.
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复合可诱导DBM的同种异体骨垫(Spacer)在颈椎前路融合术中的临床应用及近期随访观察
[目的]评价复合可诱导DBM的同种异体骨垫在颈椎前路融合术中的临床疗效.[方法]在12例(男6例,女6例)行颈椎前路减压椎间融合患者中,应用自行研制的复合可诱导DBM同种异体骨垫作为融合介质,融合14个节段,其中外伤性颈椎不稳10例,脊髓型颈椎病2例.根据术前术后椎间隙高度、颈椎前凸Cobb角、JOA评分、融合时间、体温变化及伤口愈合情况,分析评价临床疗效.[结果]患者术后即刻椎间隙高度、颈椎前凸角、椎间前凸角与术前比较,差异均有统计学意义(P<0.05),而末次随访时与术后即刻比较,差异无统计学意义(P>0.05).X线片及CT示所有病变椎间隙均达到骨性融合,平均融合时间3.8个月,动态照片未见假关节形成,无神经系统并发证,无融合骨垫以及钢板的移位,椎体无塌陷,切口无感染,JOA评分术后改善率为61%.[结论]复合可诱导DBM的同种异体颈椎融合骨垫(spacer)力学强度好,可辅助维持颈椎的生理弧度和椎间隙的高度,促进椎间隙的骨性融合,提高融合率,是一种理想的颈椎前路融合器.
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成型脱钙骨基质移植重建完全半月板缺损的实验研究
[目的]探索成型脱钙骨基质作为完全半月板缺损后替代假体的可行性,并进行移植假体引导自体组织再生效果的评价.[方法]脱钙骨基质按照Urist方法制备,并依据半月板的形状预制成型.48只新西兰大白兔随机分为脱钙骨基质移植组和脱细胞同种异体移植(冻融处理)对照组,并将两组按照三个不同时期分为3个配伍组.将各组动物分作关节功能评价,大体观察,组织学和免疫学观察;并进行统计分析.[结果]脱钙骨基质组回缩较小,细胞组织的增殖活性更高;两组总体和各期在移植体回缩率,免疫组织化学检查均有统计学意义.[结论]成型脱钙骨基质作为半月板假体较脱细胞同种异体半月板具有更好的性能结构和增殖活性.
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骨蛋白强化脱钙骨基质板块修复犬长骨节段性骨缺损
目的:研究骨蛋白(bone protein,BP)强化脱钙骨基质(demineralized bone matrix,DBM)(BP/DBM)板块在修复节段性骨缺损中的作用.方法:在犬双侧桡骨中段各做一1.5cm的骨膜骨缺损,分别植入板块状BP/DBM,DBM,自体髂骨块及留置空白,观察时间为4个月.结果:BP/DBM植入组有3例完全骨愈合(3/5),自体骨移植组只有3例部分骨愈合,单纯DBM组及空白组未见骨愈合.生物力学测试:术后4个月BP/DBM组新生骨极限压缩强度值高,已达到正常桡骨组织的48%.BP/DBM组新生骨为成熟的板状骨.结论:BP/DBM板块可促进节段性骨缺损的修复.
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脱钙骨基质/磷酸钙复合骨水泥骨诱导活性观察
目的:观察磷酸钙骨水泥(CPC)中加入脱钙骨基质(DBM)后形成的复合骨水泥的成骨诱导活性.方法:将DBM/CPC复合骨水泥分别植入兔背肌肌袋内,于不同时间取材,通过组织学切片、ALP等手段观察异位诱导成骨情况.结果:术后2周,DBM/CPC复合骨水泥组可见间充质细胞增殖、聚集并包绕DBM骨粒.4周时,DBM已有部分吸收,并软骨样细胞和软骨样组织包裹.8周,DBM进一步吸收,软骨细胞和软骨组织逐渐成熟,新骨形成.12周,DBM吸收并被新骨组织部分或大部分代替且相互连接成片.ALP测定结果与组织学观察的新骨形成情况基本一致.结论:DBM/CPC复合骨水泥有较强的异位诱导成骨能力,诱导新骨的形成伴随着材料的降解,可以有效弥补单纯使用CPC时降解速度太慢和无骨诱导能力的不足.
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多聚赖氨酸修饰的脱钙骨基质支架材料的组织相容性研究
[目的]评价多聚赖氨酸修饰的脱钙骨基质支架材料(PLL-DBM)的组织相容性.[方法]采用标准的毒理学方法进行溶血实验、全身急性毒性实验、致癌实验和皮下植入实验验证多聚赖氨酸修饰的脱钙骨基质支架材料(PLL-DBM)的组织相容性.[结果]溶血实验测得溶血指数为2.617%,符合生物材料的国家标准(<5%);全身急性毒性实验:各组裸鼠活动正常,体重正常增长,未见中毒表现或不良反应,72 h内PLL-DBM材料浸提液组与生理盐水组裸鼠体重增长无明显差异(P>0.05),且4周内裸鼠无死亡;致癌实验显示实验组裸鼠正常存活,8个月内未见肿块形成,心、肝、脑、肺、肾、胰、脾组织学观察未见肿瘤细胞;皮下植入实验显示实验动物伤口未见感染、红肿及裂开等不良反应,置入材料无排异现象,取材时见材料周围肌肉颜色及质地正常.[结论]多聚赖氨酸修饰的脱钙骨基质支架材料(PLL-DBM)具有良好的组织相容性.
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同种异体骨支撑架结合自体骨和DBM治疗股骨头坏死的生物力学研究
[目的]研究同种异体骨支撑架结合自体骨和脱钙骨基质(decalcified bone matrix,DBM)植入治疗股骨头坏死生物力学变化.[方法]建立羊双侧股骨头坏死模型,4周后分为4组:单纯行髓芯减压组(A组)、髓芯减压后植入自体松质骨和OSTEOSET(R)2 DBM组(B组)、髓芯减压后植入同种异体骨支撑架/自体松质骨OSTEOSE(R)2 DBM组(C组)和正常对照组.术后分别于5、10、20周对股骨头行影像学、组织学观察和生物力学测定.[结果]影像学和组织学检查结果显示C组在髓芯减压区骨缺损修复及成骨方面较B组略高,B、C两组都较同时期的A组明显增强.生物力学测试结果表明,术后5、10、20周时C组力学强度较A、B两组明显增高,差异有统计学意义(P<0.05),在10、20周时C组股骨头生物力学强度和正常股骨头己无明显差异.[结论]应用同种异体骨支撑架结合自体骨和脱钙骨基质治疗股骨头坏死,能有效加强股骨头的力学结构,促进坏死骨的修复,防止股骨头关节面的塌陷.
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髓心减压及异体骨笼结合脱钙骨基质治疗股骨头坏死临床研究
[目的]回顾性分析髓心减压及异体螺纹骨笼结合脱钙骨基质和自体骨植入治疗早期股骨头坏死的临床疗效,探讨其影响因素.[方法]本院于2000年2月~2006年8月间收治早期股骨头坏死76例(78髋),均采用髓心减压及异体螺纹骨笼结合脱钙骨基质和自体骨植入,术后预防性的静脉给予抗生素及抗凝治疗,并限制负重.lI缶床评估采用Harris评分系统,评估术后患髋功能的改善情况,并定期行x线检查.[结果]76例均获得随访(24~68个月),术后进行疗效评估.参考Harris评分系统,术前的平均Harris评分为62.8分,术后平均评分为81.6分.髋关节影像学表现稳定,股骨头无坏死进展.[结论]髓心减压及异体螺纹骨笼结合脱钙骨基质和自体骨植入术治疗早期股骨头坏死临床效果满意,有利于骨坏死的修复和重建,适合于I期和Ⅱ期股骨头坏死的患者.
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纤维状脱钙骨基质用于大面积骨缺损髋臼重建的手术技术和初步结果
骨溶解导致髋臼假体松动是全髋关节置换主要远期并发症之一.如果髋臼侧宿主骨与髋臼杯有效接触面积<50%,应采用同种异体骨植骨和带金属环或骨笼的骨水泥髋臼.
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TGF-β3、DBM联合诱导BMSC修复软骨缺损的实验观察
将兔骨髓基质干细胞(BMSC)和脱钙骨基质(DBM)在体外混合培养21 d后分组,实验组中加入生长转化因子β3(TGF-β3),对照组中不加TGF-β3.分别于7、14、21 d取出DBM块,RT-PCR检测Ⅱ型原骨胶原[COL(Ⅱ)]、X型原骨胶原[COL(X)]和蛋白聚糖(Aggrecan)的表达量;第21天取出的DBM晾干后称重,计算净增长重量.将培养7 d的DBM植入兔的软骨缺损模型中,分别于3、6、9周时处死取材,进行观察.实验组的软骨增加量约为对照组的7倍,COL(Ⅱ)、COL(X)和Aggrecan也明显增加,实验组的软骨修复效果明显好于对照组.认为TGF-β3联合DBM能极大促进BMSC向软骨分化的能力,并显著提高软骨修复能力.
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脱钙骨基质骨诱导活性评价方法的研究进展
脱钙骨基质(DBM)不仅是较理想的骨组织工程支架材料,还具有骨诱导性,能在骨原位和异位诱导新骨形成,临床上用其修复骨缺损的成功报道较多.但目前国内大部分医院应用DBM之前不检测骨诱导活性,故不能评价DBM的成骨能力.且有研究表明[1],DBM的骨诱导活性受多种因素影响,如供体的年龄、性别、植入部位、制备方法、颗粒大小、几何形状、储存条件等,因此,不同DBM的骨诱导活性差异很大,而其强弱将影响新骨的形成量.现对DBM骨诱导活性的两种评价方法作一综述.
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骨组织工程经多聚赖氨酸修饰的脱钙骨基质富集材料的细胞毒性研究
目的:评价多聚赖氨酸修饰的脱钙骨基质富集材料的细胞毒性,为该材料应用于临床提供实验依据.方法:参照GB/T16886.5-2003-ISO 10993-5:1999标准,将不同浓度的材料浸提液分别与人间充质干细胞(MSCs),成骨细胞(OS)体外复合培养.倒置相差显微镜行细胞形态学观察;MTT比色法测定1、3、5、7d的MSCs增殖活性;金氏比色法检测OS碱性磷酸酶活性.结果:不同时间点、不同浓度材料浸提液培养的MSCs均良好增殖.毒性0~1级;5d后浸提液培养组细胞增殖率优于阴性对照组(P<0.05),随材料浸提液浓度增加而增加;浸提液培养组OS碱性磷酸酶活性与阴性对照组相比差异无显著性(P>0.05).结论:经多聚赖氨酸修饰的脱钙骨基质富集支架材料无细胞毒性,实验浓度范围内利于MSCs增殖,不影响OS的成骨活性.