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组织工程化骨修复猕猴长段骨缺损的实验研究
目的探讨用生物衍生骨材料和骨髓基质干细胞(MSCs)复合后构成的组织工程化骨对异体猕猴长段骨缺损的修复作用. 方法于猕猴胫骨结节抽取MSCs并使诱导分化为成骨样细胞,用5-溴脱氧尿嘧啶核苷(BrdU)标记,培养后与人源生物衍生骨材料体外复合构成组织工程化骨,植入15只异体猕猴修复桡骨2.5 cm长段骨缺损作为实验组;用单纯生物衍生骨材料修复对侧同样骨缺损作为对照组;另取2只猕猴双侧桡骨同样部位和大小骨缺损旷置作为空白组.术后1、2、3、6和12周时各处死3只动物取材,空白组12周取材,行大体观察、组织学和免疫组织化学检测. 结果实验组和对照组术后1、2和3周移植物周围组织反应较明显,6周后明显减轻,12周时基本消失.实验组标记成骨样细胞于术后6周仍存在,术后12周基本消失;骨缺损部位骨样组织、软骨、编织骨和板层骨出现时间均较对照组早,且骨愈合时间提前3～6周.实验组骨缺损以多点方式直接成骨,对照组则从两端以"爬行替代"方式成骨.空白组术后12周骨缺损均无愈合. 结论生物衍生骨材料和MSCs复合构建的组织工程化骨异体植入修复猕猴长段骨缺损可超越骨段移植的"爬行替代"过程,使骨缺损能较快愈合.生物衍生骨材料和同种异体MSCs复合组织工程化骨可作为构建骨组织工程的一种较好选择方式.
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骨髓间质干细胞复合多孔磷酸钙陶瓷修复兔颅骨缺损的研究
目的探讨以骨髓间质干细胞(MSCs)作为种子细胞、β-磷酸三钙(β-TCP)多孔生物陶瓷作为支架材料构建组织工程化人工骨,修复兔实验性颅骨标准缺损的可行性. 方法选择5月龄新西兰大白兔34只,制作颅骨标准缺损后分成3组.A组(n=20):分离培养兔同胎异体MSCs,体外扩增后接种到预制的β-TCP多孔生物陶瓷材料上,细胞-材料复合体经体外孵育后,无菌条件下植入颅骨缺损;B组(n=10):采用单纯β-TCP材料修复兔颅骨缺损;C组(n=4):兔实验性颅骨标准缺损区未做骨修复.术后6周和12周分别处死动物、取材,进行缺损区大体、组织学、组织化学和免疫组织化学分析. 结果颅骨缺损处A组术后6周表面肉眼可见骨样组织形成,组织学提示材料部分降解,未降解吸收的材料孔洞内广泛分布着新生骨组织,成骨细胞外基质丰富,Ⅰ型胶原染色阳性;术后12周,支架材料几乎完全降解,缺损区被新生骨组织所取代.B组术后6周,可见从缺损区边缘有新生骨组织向支架材料内长入,支架材料部分吸收;术后12周,可见从缺损区边缘长入到支架材料内的新生骨组织逐渐增多,但材料的中心部位未发现新生骨形成.C组术后12周,仅见少量骨组织从缺损区边缘向缺损区内长入,缺损中央大部分区域未得到修复. 结论体外培养扩增的兔MSCs在不添加外源性生长因子的情况下,与β-TCP复合植入后可以在体内诱导、分化为成骨细胞,并能够对标准的颅骨缺损进行有效的修复,可进一步推广应用.
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煅烧骨与水凝胶复合对骨髓基质细胞贴附和生长的影响
目的观察煅烧骨(CBB)与聚氧化乙烯-聚氧化丙烯-聚氧化乙烯三聚体(PEO-PPO-PEO)聚合物水凝胶(HG)复合对骨髓基质细胞(MSC)的贴附、增殖及分化的影响,探讨组织工程骨构建的佳方法. 方法 CBB、HG、MSC按不同方式和顺序复合,形成三种复合物CBB/HG/MSC为A组、HG/MSC/CBB为B组、CBB/MSC/HG为C组,CBB/MSC作为对照进行体外培养. 5、10天取材,扫描电镜观察细胞形态以及与材料的贴附情况,细胞计数观察其增殖情况,组织化学方法检测MSC的碱性磷酸酶(ALP)活性及免疫组织化学方法检测其Ⅰ型胶原基因表达情况. 结果扫描电镜见A、C组与对照组细胞完全伸展,但A组细胞数量明显增多,重叠生长,细胞外基质分泌增加,优于C组和对照组,而B组细胞大多为圆形,轻微伸展,无细胞外基质分泌.A组与C组的ALP活性无差异(P＞0.05),但显著高于B组和对照组(P＜0.01).5天时四组细胞Ⅰ型胶原合成情况无明显差异,但10天时B组细胞的Ⅰ型胶原平均灰度值明显高于其它三组(P＜0.01). 结论 CBB、HG与细胞不同的复合对MSC的贴附、增殖、分化均有影响,CBB/HG/MSC顺序复合较好.
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消旋聚乳酸/羟基磷灰石/脱钙骨基质的制备及其体外降解特性研究
目的探讨消旋聚乳酸/羟基磷灰石/脱钙骨基质(PDLLA/HA/DBM)的制备方法及其体外降解特性. 方法按重量比PDLLA∶HA∶DBM=1.5～2∶1～1.5∶1,应用乳液共混法,制备PDLLA/HA/DBM生物复合材料,通过体外降解实验,观察其在磷酸盐缓冲液(PBS,pH 7.4)中重量、生物力学及pH值的动态变化. 结果采用乳液共混法,不需加温,可将PDLLA、HA、DBM一次性复合,制成生物复合材料PDLLA/HA/DBM.孔隙率为71.3%;扫描电镜显示复合材料孔径为100～400 μm;降解过程中,PDLLA溶液的pH值在2周内轻度下降,而后明显下降,4周时pH值为4.0;PDLLA/HA/DBM溶液的pH值在12周的降解过程中十分稳定,12周时pH值为6.4.PDLLA重量在0～4周时变化较小,4周后下降加快,12周时为初始重量的50%;PDLLA/HA/DBM重量在0～5周时变化较小,5周后下降加快,12周时为初始重量的60%.PDLLA的初始抗压强度为1.33 MPa,PDLLA/HA/DBM的初始抗压强度为1.71 MPa,两者有统计学意义(P＜0.05);PDLLA强度在0～3周下降较小,3周后下降较快,12周仅0.11 MPa;PDLLA/HA/DBM强度在0～4周下降较小,4周后下降较快,12周时为0.21 MPa. 结论乳液共混法是制备骨修复材料的新方法,PDLLA/HA/DBM作为一种新型治疗骨缺损的材料,具有良好的孔隙率及降解特性.
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自体髂骨与组织工程骨植骨的临床应用对比研究
目的对比观察组织工程骨移植与自体髂骨植骨修复四肢骨缺损的临床疗效. 方法自1999年7月～2001年9月,随机选择需要植骨的四肢骨骨折52例,分为A、B两组,每组26例,采用常规手术切开复位内固定.A组植入自体髂骨,B组植入组织工程骨,术后骨科常规处理.对比观察手术耗时、出血量、引流量及伤口愈合情况.术后1、2、3、5个月行X线摄片观察骨愈合情况. 结果两组性别、年龄及病种无显著差异,术后伤口均Ⅰ期愈合,伤口肿胀程度及引流量无显著差异,手术时间A组平均较B组长25分钟,出血量A组较B组平均增加150 ml,骨愈合时间两组均在3～7个月内.骨愈合不良A组2例,B组1例. 结论组织工程骨植入修复四肢骨缺损具有自体髂骨移植相同的临床效果;在手术时间与出血量方面,组织工程骨植入优于自体髂骨移植.
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生物衍生组织工程骨植骨的初步临床应用
目的总结生物衍生组织工程骨用于骨科临床的初步结果.方法 2000年1月～2002年1月,用同种异体骨膜来源的成骨细胞1×106/ml与生物衍生骨支架材料构建的组织工程骨,经体外培养3～7天后,植入修复52例各种类型的骨缺损,其中骨囊性病变7例,陈旧性骨折不愈合或畸形愈合22例,新鲜粉碎性骨折伴骨缺损15例,脊柱骨折后路植骨融合术4例,牙槽骨植骨3例,足跗中关节植骨融合1例.植入组织工程骨总量为349 g,平均每例植入6.7 g. 结果术后全部病例获得随访,随访时间10～28个月,平均随访18.5个月.除1例术后伤口乙级愈合外,51例均为甲级愈合.除2例植骨延迟愈合外,其余50例均在3.0～4.5个月内愈合.有6例进行了CD3、CD4、CD8及ICAM-1和VCAM-1检测,均未发现明显异常. 结论生物衍生组织工程骨具有良好的成骨能力,尚未发现明显排斥反应及其它并发症.
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猕猴组织工程骨异体植入后白细胞介素2及其受体的表达
目的检测猕猴组织工程骨异体植入桥接节段骨缺损后体内白细胞介素2(interleukin 2,IL-2)及白细胞介素2受体(interleukin 2 receptor,IL-2R)的表达,从免疫学方面探讨同种异体细胞作为种子细胞构建组织工程骨的可行性. 方法用猕猴骨髓基质干细胞(marrow stromal stem cells,MSCs)体外诱导分化为成骨细胞,与人源生物衍生骨材料复合培养,构建组织工程骨,植入15只免疫功能健全的异体猕猴体内桥接桡骨节段骨缺损作为实验组;用单纯生物衍生骨材料桥接对侧同样大小骨缺损作为对照组;分别于术后1、2、3、6和12周抽取静脉血,并行双侧局部组织取材,组织块作低温匀浆,用双抗体夹心ILISA法检测IL-2及IL-2R的表达. 结果实验组和对照组术后各时间点IL-2及IL-2R水平无统计学差异(P＞0.05),IL-2及IL-2R水平在术后第2周开始增高,第2～6周维持高水平,6周后随时间的延长而下降. 结论猕猴MSCs和生物衍生骨材料复合构建组织工程骨,植入异体猕猴体内引发微弱的免疫反应,同种异体MSCs可选择作为构建骨组织工程的种子细胞.
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骨髓基质干细胞与生物衍生骨复合修复山羊胫骨缺损的研究
目的探讨骨髓基质干细胞(marrow stromal stem cells,MSCs)与生物衍生骨复合修复山羊胫骨的长段骨-骨膜缺损的可行性. 方法将12月龄山羊35只双侧胫骨制备成中段20 mm的骨-骨膜缺损,其中33只,将MSCs与生物衍生骨于体外复合培养后,将其植入右侧缺损处,常规钢板螺钉内固定作为实验组,以单纯生物衍生骨植入左侧作为对照组,另2只为空白组不植入任何材料,在2、4、6、8、12、16及24周各时间点分别行大体标本、组织学观察,以及生物力学测试,比较3组骨缺损修复的能力. 结果 4周时实验组支架材料部分吸收,植入物表面有纤维骨痂形成,对照组支架材料少量吸收,植入物表面有少量骨样组织形成;8周时,大体标本、组织学观察,实验组中的支架材料已完全降解,骨缺损部分修复,对照组中植入物两端少量新骨形成,材料中为纤维骨样组织,但8周时,实验组与对照组的生物力学强度差异无统计学意义(P＞0.05);12周时,实验组骨缺损完全修复,对照组植入物两端有新骨包绕,与骨端连接紧密.12～24周实验组弯曲应力大于对照组有统计学意义(P＜0.05);24周时空白组骨缺损未修复. 结论所构建的组织工程骨修复能力较强,成骨迅速,且量大,同期新生骨组织的生物力学强度优于单纯材料.
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重组人骨形成蛋白2诱导的骨膜细胞构建组织工程骨的实验研究
目的通过组织工程技术方法,研究细胞-材料复合体体内骨再生的能力. 方法采用材料学自组装技术的原理,以I型胶原蛋白为分子模板,引导钙磷盐在液相中的矿化,制备具有天然骨基质层状结构的羟基磷灰石/胶原复合材料,并以热致分相法制备羟基磷灰石/胶原-聚乳酸[hydroxyapatite/collagen-poly-(L-lactic acid),HAC-PLA]复合三维多孔框架,与重组人骨形成蛋白2(recombinant human bone morphogenetic protein 2,rhBMP-2)诱导分化后的兔骨膜细胞构建组织工程骨,进行体外电镜及组织学观察.将3月龄裸鼠18只,分为3组,每组6只.A组皮下注射经rhBMP-2处理后的骨膜细胞悬液,B组植入未复合细胞的HAC-PLA,C组植入rhBMP-2处理后的细胞-材料复合体.术后8周取材行组织学观察,C组与B组及A组进行比较. 结果三维多孔HAC-PLA框架材料孔隙率大于90%,孔径为50～300 μm.骨膜细胞经500 ng/ml的rhBMP-2处理后,与改善亲水性后的HAC-PLA三维多孔框架复合,构建组织工程骨.电镜显示接种的细胞能在此组织工程骨内部生长增殖,术后8周C组有新骨形成,A组注射部位表面平整,无新生物,B组为纤维组织,无骨及软骨形成. 结论所构建的组织工程骨有望成为骨创伤修复治疗一种新的技术.
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组织工程骨干细胞的研究进展
随着再生医学的迅速发展,组织工程骨为骨缺损的修复提供了一个新方法,因而成为研究的热点,而干细胞作为组织工程成骨过程中非常重要的环节,同样受到了极大的关注.干细胞的特点是具有能够在特定条件下分化为不同类型细胞的能力.本文就能够分化为成骨细胞的干细胞的分类及各自特点的相关研究进行综述.
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组织工程骨血管化的研究进展
组织工程骨的研究为解决大块骨组织缺损修复提供了新思路和新方法,目前制约组织工程骨研究进展的主要问题之一是成骨细胞的增生迁移成骨过程与其血液营养供给的矛盾,因此血管化在骨再生过程中起重要作用.本文就血管化组织工程骨的新进展进行综述,提出了目前尚需解决的问题和对未来研究的展望.
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组织工程骨血管再生的研究进展
组织工程骨的血管再生直接影响其在体内的存活与转化,本文就组织工程骨体内血管再生的一般过程、影响因素及血管化组织工程骨的构建方法等基本问题的研究进展作一综述.
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应用细胞片层技术构建组织工程骨修复犬下颌骨缺损的实验研究
目的 应用骨髓间充质干细胞(BMSCs)细胞片层构建组织工程骨修复犬下颌骨缺损,探讨细胞片层在成骨中的作用.方法 采用密度梯度离心法分离和培养BMSCs,将BMSCs向成骨细胞诱导培养后,制备细胞片层.将细胞片层包裹到聚乳酸羟基乙酸共聚物(PLGA)支架表面,将其植入犬左侧下颌骨全层缺损中,对侧下颌骨植入无细胞片层包裹的支架复合体作同体对照.将16只犬分为4组,每组4只.术后4、8、12、16周分别处死1组,取材行大体及组织学观察.结果 实验侧成骨好于对照侧,术后16周,实验侧骨缺损大部分被新生骨替代,舌侧形成与正常骨相似的密质骨,与正常骨断端骨性愈合.实验侧新生骨光密度值大于对照侧,两者差异有统计学意义(P＜0.05).实验侧可见较多哈弗氏系统及红骨髓,大量板层骨；对照侧哈弗氏系统较少.结论利用细胞片层技术可以构建出含板层骨结构的组织工程骨.
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应用细胞片层技术构建功能性组织工程骨的动物实验研究
目的 细胞片层技术与传统的骨组织工程方法相结合构建功能性组织工程骨.方法 密度梯度离心法分离培养犬骨髓基质干细胞(BMSCs);将向成骨细胞诱导后的BMSCs接种至温度反应性培养皿中,37 ℃、5%CO<,2>饱和湿度培养,然后降温至20℃制备BMSCs细胞片层;制备犬脱钙骨基质(DBM)及富血小板血浆(PRP);将DBM/PRP/BMSCs细胞片层/BMSCs植入犬左侧背阔肌深面、右侧相应部位植入DBM/PRP/BMSCs,观察其成骨效果.结果 当温度降至20℃时,BMSCs从温度反应性培养皿上完全脱落,形成细胞片层,将其覆盖于DBM/PRP/BMSCs,其成骨效果优于不加细胞片层的组织工程骨.结论 细胞片层技术与传统的骨组织工程方法相结合可构建出较理想的功能性组织工程骨.
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富血小板血浆与带血管肌筋膜在组织工程骨血管化中的作用
目的 研究富血小板血浆(PRP)与带血管背阔肌肌筋膜在构建血管化组织工程骨中的作用价值.方法 培养犬骨髓基质干细胞(BMSCs),制备犬同种异体脱钙骨基质(DBM),制备同一实验犬PRP.12只实验犬分为3组,每只犬的背部两侧分为ABCD 4个区,左侧为A、B区,植入PRP/BMSCs/DBM;右侧为C、D区,植入BMSCs/DBM.A、C区植入物用带血管背阔肌肌筋膜包裹,B、D区植入物用背部不带血管的浅筋膜包裹.于4、8、12周取出植入物行肉眼及组织学检查.结果 成骨与血管化程度依次为A＞B＞C＞D.结论 PRP与带血管背阔肌肌筋膜均可促进组织工程骨的形成和血管化,两者有协同作用.
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组织工程骨修复山羊负重骨大段缺损
目的 研究组织工程骨结合带锁髓内钉修复成年山羊大段负重骨缺损的可行性,探索更可行的技术路径.方法 将24只成年山羊,通过骨髓穿刺法获取山羊骨髓间充质干细胞(BMSC),将体外扩增及成骨定向诱导的第2代BMSC与同种异体脱钙骨基质(DBM)通过双相接种法构建组织工程骨.24只成年山羊,以带锁髓内钉构建股骨中段3 cm骨缺损模型.随机分为3组,每组8只.实验组以组织工程骨修复骨缺损,对照组单独使用DBM和空白组旷置.术后1、12、24周行X线片观察及评分,12、24周每组各处死4只动物行组织学观察和生物力学检测.结果 标本大体观察示实验组和对照组术后12周骨缺损部位被骨痂连接,髓腔贯通,24周全部愈合；实验组24周恢复正常解剖形态,对照组外形仍然粗糙、不规则；空白组术后12周及24周缺损部位均为纤维组织充填.术后1周各组X线评分无明显差异(P＞ 0.05),实验组术后12周及24周X线评分均优于对照组和空白组,对照组优于空白组,各组24周X线评分均高于12周时,差异均有统计学意义(P＜ 0.05).实验组术后12、24周的大抗扭强度分别达正常侧的47.07％±5.05％和83.73％±2.33％,显著高于对照组和空白组(P＜0.05)；空白组2个时间点大抗扭强度均不超过正常的15％,与骨不连时的纤维连接相符.组织学检查示术后12周实验组和对照组骨缺损区DBM支架材料基本被吸收,有典型的同心圆排列的哈弗系统形成,周围偶见淋巴细胞；术后24周,实验组和对照组股骨缺损均被修复,但实验组较对照组的新骨更多、骨塑形更好；空白组术后24周骨缺损区中央仍为纤维组织填充.结论 组织工程骨结合带锁髓内钉能够更有效修复成年山羊负重骨大段骨缺损,满足负重骨的生物力学要求.
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骨髓间充质干细胞向血管内皮细胞诱导分化研究进展
骨科临床上经常会遇到因骨折、骨病导致的大段的骨缺损,目前常采用异体或自全骨移植的方法,但存在免疫排斥反应,传染疾病,增加手术次数和自体骨量不足的缺点.组织工程学技术为解决这一难题提供了新的方法.并且Quarto和杨志明已将该技术使用到临床,获得初步的成功[1,2].
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工程化骨构建策略及其进展
骨缺损的修复一直是热门课题,1995年Crane等[1]系统提出了骨组织工程的概念、研究方法、研究现状及发展前景,引起了广大学者的关注.目前的骨组织工程研究主要包括种子细胞、生物活性因子和支架材料三方面.骨髓间充质干细胞(BMSCs)由于具有多向分化的潜能,成为目前较为理想的骨种子细胞;应用于骨组织工程的生物活性因子主要有骨形态发生蛋白(BMP)、碱性成纤维细胞生长因子(BFGF)、血小板衍化生长因子(PDGF)及血管内皮细胞生长因子(VEGF)等;目前支架材料的新构建策略不断取得突破,使得组织工程骨部分进入临床应用阶段.本文就工程化骨研究中的构建策略转变作一综述.
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硅胶膜管联合组织工程骨修复兔桡骨缺损实验研究
目的:探讨硅胶膜复合组织工程骨修复兔桡骨缺损的效果.方法:在新西兰大白兔左、右侧桡骨中段制作长1.5 cm的骨与骨膜缺损,左侧采用硅胶膜包裹组织工程骨修复缺损为实验组,右侧单纯用组织工程骨修复缺损为对照组;术后3、6、9个月通过肉眼观察,组织学观察和生物力学检测,评价硅胶膜复合组织工程骨修复兔桡骨缺损的效果.结果:术后3个月实验组可见局部成熟的成骨区域,优于对照组;实验组6个月成熟成骨区域增大,可见明显血管;实验组9个月成骨区域基本上都是成熟胶原纤维,且结构排列规则,血管明显;生物力学检测发现实验组的压缩刚度、抗扭转刚度、三点弯曲大载荷、抗折弯刚度都明显优于对照组.结论:硅胶膜包裹组织工程骨修复骨缺损效果良好,不但能促进骨组织的生长和成熟,并且能明显提高骨组织的力学性能;硅胶膜除了可以限制纤维组织的长入,还可以引导血管的长入和其他营养物质聚集在组织工程骨内,很好地发挥屏障和引导作用.
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重组牛角胎复合骨构建组织工程骨的扫描电镜观察(摘要)
目的观察骨髓基质细胞在重组牛角胎复合骨上的生长情况,了解组织工程骨构建的表面形念学变化.方法Urist改良法提取牛、小耳猪长骨BMP,制成重组牛角胎复合骨、重组牛复合骨、重组近交系小耳猪复合骨,将10周龄新西兰大白兔骨髓基质细胞进行体外培养10 d后,接种培养到重组牛角胎、牛、近交系小耳猪复合骨及单纯牛角胎上体外培养至第3天,第1、2、3、4周时进行扫描电镜检测.结果动态电镜扫描显示:牛角胎复合骨上的细胞生长情况与牛、小耳猪复合骨及单纯牛角胎骨上的细胞增殖速度相近,但牛、小耳猪、牛角胎复合骨培养的BMSCs向成骨细胞转化速度较单纯牛角胎骨块快.结论BMP可以促进MSC向成骨细胞转化,这将减少组织工程骨在体外培养的时间,减小了细胞污染的机会,缩短了骨移植等待的时限;结合有同源BMSCs的复合组织工程骨经过体外诱导培养2周后,即可具备足够数量的成骨系细胞,增加了移植物的骨掺入量及融合速度,免疫反应轻微,比普通的组织工程骨更具有临床应用价值;复合组织工程牛角胎除了具备牛和小耳猪复合组织工程骨所具有的良好的组织相容性、可降解性和降解协调性、天然三维立体结构优点外,还具有可塑性强的独特优点,是构建复合组织工程骨的良好载体.
