骨髓间充质干细胞诱导成骨的研究进展

骨髓间充质干细胞因其具有自我复制和多向分化潜能而成为目前骨组织工程领域研究的重点之一。对这方面近几年的研究成果从诱导因子的作用及调控机制、物理条件、新的研究方法等方面做了简要论述。     

成骨诱导脂肪基质细胞在骨组织工程体内成骨中的作用

背景：以往研究认为,经过成骨诱导后的脂肪基质细胞通过转化为成骨细胞分泌骨基质进而修复骨缺损,然而并没有明确结论证实。 目的：将经过体外成骨诱导的脂肪基质细胞复合支架材料分别植入骨缺损区和非骨区,根据是否成骨,验证经过成骨诱导后的脂肪基质细胞是否转化为成骨细胞。 方法：取12月龄犬背部皮下脂肪,经胶原酶消化法获得单个核细胞,将培养的第3代细胞与双相磷酸钙陶瓷形成复合物。在犬下颌骨两侧制备长20 mm、高10 mm的箱状缺损,拔除术区牙齿,将细胞支架复合物植入一侧术区,空白侧留作对照;另外在犬背部皮下肌肉区植入细胞支架复合物及骨诱导性磷酸钙陶瓷材料,术后6周及12周经组织学检测骨缺损修复情况。 结果与结论：脂肪基质细胞复合双相磷酸钙陶瓷在骨缺损区成骨,在肌肉区未形成新骨;骨诱导性磷酸钙陶瓷在肌肉区形成新骨。提示成骨诱导并不能将脂肪基质细胞转化为成骨细胞,其确切机制有待进一步研究。     

骨髓间充质干细胞诱导成骨的研究进展

骨髓间充质干细胞因其具有自我复制和多向分化潜能而成为目前骨组织工程领域研究的重点之一。对这方面近几年的研究成果从诱导因子的作用及调控机制、物理条件、新的研究方法等方面做了简要论述。     

骨组织工程支架材料

目的寻找理想的支架材料，探讨目前骨组织工程研究的热点。方法本文对用于骨组织工程支架材抖的天然生物衍生材料、聚合物类材料、陶瓷材料及其复合材料等的研究现状进行综述。结果分析了这些材料的优缺点，并对骨组织工程支架材料发展趋势进行了展望。结论骨组织工程支架材料的研究甚多，进展也很快，但尚未找到一种理想的材料，还有很多的有待解决的问题。     

天然型无机骨支架组织工程化骨的构建及兔自体异位成骨实验

目的　以天然型无机骨 (NNB)为支架材料 ,复合体外诱导培养的骨髓间充质干细胞 (MSCs) ,构建组织工程化骨 ,并进行动物自体异位成骨实验 ,以期为骨缺损的修复提供较为理想的方法。方法　贴壁法培养兔MSCs ,体外诱导培养扩增。以 5 0× 10 6/ml的密度与NNB复合 ,构建组织工程化骨 ;部分材料体外培养 1天 ,电镜观察细胞与材料复合情况。其余以NNB为空白对照 ,分别植入 6只新西兰兔皮下 ,每组 6例 ,4周取材 ,脱钙组织学观察。结果　复合后 1天 ,细胞可在NNB内表面良好贴壁 ;植入动物自体皮下 4周 ,实验组材料网孔中有新生骨、软骨样组织形成 ;而NNB空白对照组材料内无新骨形成。结论　NNB具有良好的生物相容性 ,可为种子细胞生长提供理想的三维空间 ,与MSCs复合可成功构建组织工程化骨     

骨组织工程支架材料

目的寻找理想的支架材料,探讨目前骨组织工程研究的热点.方法本文对用于骨组织工程支架材抖的天然生物衍生材料、聚合物类材料、陶瓷材料及其复合材料等的研究现状进行综述.结果分析了这些材料的优缺点,并对骨组织工程支架材料发展趋势进行了展望.结论骨组织工程支架材料的研究甚多,进展也很快,但尚未找到一种理想的材料,还有很多的有待解决的问题.     

骨组织工程支架材料的研究进展

支架材料作为骨组织工程学的关键环节，成为近年来研究的热点。就骨组织工程学不同支架材料的优缺点、研究现状及前景进行综述，希望能为今后的研究提供参考。     

成骨诱导的大鼠骨髓间充质干细胞与不同比例的β-TCP/PLLA支架材料复合的研究

种子细胞、支架材料及二者的相互作用是骨组织工程需要解决的三大问题。骨髓间充质干细胞（Mesenchymal stem cells，MSCs）是一种很有潜力的种子细胞，但挑选什么样的MSCs作为种子细胞目前研究尚少；而材料方面，研制力学性能和生物相容性均好的可降解多孔支架材料一直是研究者努力的方向。为了挑选处于最佳时期的种子细胞以及最适比例的pTCP／PLLA多孔支架材料，我们观察并检测了大鼠MSCs（rMSCs）成骨诱导后不同时期细胞的形态及功能，发现rMSCs成骨诱导后10d左右开始进入增殖期，14d左右进入基质合成期，20d左右进入矿化结节期（但三者不是截然分开的），从而根据实验目的挑选出能作为骨组织工程用的最佳细胞。将该时期的种子细胞与不同比例的pTCP／PLLA多孔支架材料复合后．通过荧光显微镜、扫描电镜以及MTT等方法初步比较了不同比例的材料对细胞生长状况的影响，结果显示不同比例的材料均具有一定的生物相容性，细胞生长良好。但以pTCP／PLLA=2：1的材料最好，对细胞的生长影响最小。     

骨组织工程中支架材料的研究进展

骨组织工程的支架材料首先应具有支持结构，其次具有组织相容和引导成骨的作用。目前骨组织工程的支架材料种类很多、来源不同、性能各异。本综述了骨组织工程中支架材料的最新研究进展和前景。     

骨组织工程中支架材料的研究进展

骨组织工程的支架材料首先应具有支持结构,其次具有组织相容和引导成骨的作用。目前骨组织工程的支架材料种类很多、来源不同、性能各异。本文综述了骨组织工程中支架材料的最新研究进展和前景。     

Paper-based bioactive scaffolds for stem cell-mediated bone tissue engineering

Bioactive, functional scaffolds are required to improve the regenerative potential of stem cells for tissue reconstruction and functional recovery of damaged tissues. Here, we report a paper-based bioactive scaffold platform for stem cell culture and transplantation for bone reconstruction. The paper scaffolds are surface-engineered by an initiated chemical vapor deposition process for serial coating of a water-repellent and cell-adhesive polymer film, which ensures the long-term stability in cell culture medium and induces efficient cell attachment. The prepared paper scaffolds are compatible with general stem cell culture and manipulation techniques. An optimal paper type is found to provide structural, physical, and mechanical cues to enhance the osteogenic differentiation of human adipose-derived stem cells (hADSCs). A bioactive paper scaffold significantly enhances in vivo bone regeneration of hADSCs in a critical-sized calvarial bone defect. Stacking the paper scaffolds with osteogenically differentiated hADSCs and human endothelial cells resulted in vascularized bone formation in vivo. Our study suggests that paper possesses great potential as a bioactive, functional, and cost-effective scaffold platform for stem cell-mediated bone tissue engineering. To the best of our knowledge, this is the first study reporting the feasibility of a paper material for stem cell application to repair tissue defects.     

骨组织工程的种子细胞--骨髓基质细胞的研究进展

骨髓基质细胞作为骨组织工程的种子细胞具有广阔前景.许多实验证实骨髓基质细胞具有间充质干细胞特性,表现为较强的增殖能力和向多种间充质细胞分化的潜能.目前已建立了体外培养骨髓基质干细胞的方法,而且正在摸索进一步纯化的方法和诱导分化的条件.已有利用其成骨特性体内移植实验,表明在适当的条件下,接种在组织工程材料上的骨髓基质细胞可以形成新骨.     

人骨形成蛋白7修饰骨髓间充质干细胞复合仿生型支架材料的体内成骨研究

目的 应用携带人骨形成蛋白7(hBMP7)基因的兔骨髓间充质干细胞(BMSC)与仿生型生物玻璃-胶原-透明质酸-磷脂酰丝氨酸(BG-COL-HYA-PS)支架材料复合培养,植入兔桡骨缺损模型中观察其在体内成骨的能力.方法 携带hBMP7基因或增强型绿色荧光蛋白(EGFP)基因的2型重组腺相关病毒(rAAV2)载体在体外分别转染兔BMSC,再将转染后和未转染的兔BMSC分别与BG-COL-HYA-PS支架材料复合培养7 d后植入3组兔桡骨缺损模型,每组6只兔.各组在分别术后8周、12周通过大体标本观察、影像学、组织学等方法观察骨缺损的修复情况.以正常兔桡骨为对照组(n=3),术后12周比较各组骨缺损修复组织生物力学差异.结果 rAAV2-hBMP7转染的兔BMSC与BG-COL-HYA-PS复合支架材料有良好的生物相容性,植入兔桡骨缺损模型内表现出明确的成骨能力和骨修复能力,而形成的新骨最大压力载荷值低于正常桡骨组织[(188.46±12.24)N比(203.25±19.29)N,P＜0.05].结论 用hBMP7修饰BMSC复合仿生型BG-COL-HYA-PS支架材料构建的组织工程骨具有较强的骨修复能力,但形成的新生骨组织与正常骨组织比较仍然有早期生物力学方面的不足.     

Versatile fabrication of vascularizable scaffolds for large tissue engineering in bioreactor

Despite significant progresses were achieved in tissue engineering over the last 20 years, a number of unsolved problems still remain. One of the most relevant issues is the lack of a proper vascularization that is limiting the size of the engineered tissues to smaller than clinically relevant dimensions. Sacrificial molding holds great promise to engineered construct with perfusable vascular architectures, but there is still the need to develop more versatile approaches able to be independent of the nature and dimensions of the construct. In this work we developed a versatile sacrificial molding technique for fabricating bulk, cell-laden and porous scaffolds with embedded vascular fluidic networks. These branched fluidic architectures are created by highly resistant thermoplastic sacrificial templates, made of poly(vinyl alcohol), representing a remarkable progress in manufacturability and scalability. The obtained architecture, when perfused in bioreactor, has shown to prevent the formation of a necrotic core in thick cell-laden constructs and enabled the rapid fabrication of hierarchically branched endothelium. In conclusion we demonstrate a novel strategy towards the engineering of vascularized thick tissues through the integration of the PVA-based microfabrication sacrificial approach and perfusion bioreactors. This approach may be able to scale current engineered tissues to clinically relevant dimensions, opening the way to their widespread clinical applications.     

心脏组织工程中细胞和生物支架的研究热点

文题释义：心脏组织工程：是基于组织工程的技术和原理,利用合适来源的细胞和生物支架制造心脏移植物,用于代替受损心脏组织或促进心肌细胞增殖,以恢复或改善心脏功能的技术。 生物支架：是组织工程技术中用于对细胞成分起支撑作用的移植物,其构成成分类似于细胞外基质成分,部分支架具有孔隙等允许血液中氧气及营养物质通过。 背景：心脏组织工程技术的出现和发展,为心血管疾病尤其是心肌梗死的治疗提供了新的选择。 目的：通过对心脏组织工程的2个核心要素即细胞和生物支架的研究进展进行综述,以期为心脏组织工程技术应用于心血管疾病治疗提供参考及依据。 方法：通过检索PubMed 数据库及中国知网数据库2010至2019年期间心脏组织工程相关文章,以“cardiac tissue engineering,cardiomyocytes differentiation,cardiac tissue engineering,cardiomyocytes differentiation,bone marrow derived stem cells,human embryonic stem cells,induced pluripotent stem cells,menstrual blood stem cells,biological scaffolds”为英文检索词,以“心脏组织工程,心肌细胞分化,干细胞,生物支架”等为中文检索词,最终选择78篇英文文献纳入研究。 结果与结论：多种来源的细胞(包括心肌细胞、骨骼肌细胞、心脏成纤维细胞、骨髓来源干细胞、胚胎干细胞、诱导多能干细胞、月经血干细胞)和生物支架(包括水凝胶、脱细胞支架、细胞片及心脏芯片)都可应用于心脏组织工程,但心脏组织工程仍然存在诸多需要解决的问题,如合适的细胞来源、新型支架材料的研发、诱导分化技术的优化,植入时机及途径的优化。 ORCID:0000-0003-2763-5535(王萍) 中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料;骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性;组织工程     

基底硬度与形貌协同对大鼠骨髓间充质干细胞成骨分化的影响

目的探讨基底硬度与形貌协同对大鼠骨髓间充质干细胞(rat bone mesenchymal stem cells,r BMSCs)形态、增殖以及成骨分化的影响。方法分别在硬度为3.5 MPa、槽、脊宽为0.3μm的聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)基底;硬度为3.5 MPa、槽、脊宽为1.8μm的PDMS基底;硬度为3.5 MPa的平面PDMS基底;硬度为0.27 MPa、槽、脊宽为0.3μm的PDMS基底;硬度为0.27 MPa、槽、脊宽为1.8μm的PDMS基底;硬度为0.27 MPa的平面PDMS基底上培养r BMSCs,利用倒置荧光显微镜观察r BMSCs的形态,CCK-8试剂盒检测r BMSCs的增殖情况,碱性磷酸酶(alkalinephosphatase,ALP)试剂盒检测r BMSCs的ALP活性,免疫荧光技术检测骨钙蛋白(osteocalcin,OCN)及I型胶原(collagen type I,COL I)的表达,qRT-PCR检测Runx2 mRNA的表达。结果在硬度为3.5 MPa以及槽、脊宽为0.3μm的PDMS上r BMSCs铺展更好、增殖更快,ALP活性更高,OCN、COL I及Runx2mRNA表达量明显多于其他各组。结论基底硬度对r BMSCs的增殖有明显影响,而硬度与形貌能协同促进r BMSCs的增殖及成骨分化。研究结果有助于了解生物物理因素在某些疾病(如骨质疏松)发病机制过程中的作用,并可为骨组织工程新材料的研发提供理论基础。     

In vivo osteogenic differentiation of human turbinate mesenchymal stem cells in an injectable in situ-forming hydrogel

Human turbinate mesenchymal stromal cells (hTMSCs) are an alternate source of adult stem cells for regenerative medicine. In this work, we demonstrated that hTMSCs are easily harvested from turbinate tissue using a minimal surgical procedure. hTMSCs showed positive expression of mesenchymal stem cell markers and proliferated at a high rate. The specific surface proteins of harvested hTMSCs were relatively tolerant of ex vivo manipulation in culture. hTMSCs exhibited osteogenic differentiation in vitro in the presence of osteogenic factors. To examine osteogenic differentiation of hTMSCs in vivo in an injectable hydrogel, cells were incorporated into a methoxy polyethylene glycol–polycaprolactone block copolymer (MPEG–PCL (MP)) solution simply by mixing. hTMSC-loaded MP solutions exhibited a temperature-dependent solution-to-gel phase transition. The hTMSC attached and grew well on in vitro- and in vivo-formed MP hydrogels. hTMSC-loaded MP solutions formed a hydrogel almost immediately upon injection into animals and the cells remained viable, even after 12 weeks. Injected hTMSCs in in situ-formed MP hydrogels differentiated into osteogenic cells, mainly in the presence of osteogenic factors. Differentiated osteoblasts were identified by Alizarin Red S, von Kossa, and alkaline phosphatase (ALP) staining, and osteonectin, osteopontin, and osteocalcin mRNA expression. To the best of our knowledge, this is the first study to show hTMSCs undergoing osteogenic differentiation in in vivo-formed MP hydrogels. In conclusion, hTMSCs could serve as adult stem cell sources and, when embedded in an in situ-formed hydrogel, may provide numerous benefits as a noninvasive alternative for bone tissue engineering applications.     

胶原-壳聚糖复合材料作为组织工程支架的研究

目的 本研究考察壳聚糖对于胶原膜理化性质的影响,选择合适比例的胶原-壳聚糖复合膜作为骨髓间充质干细胞（BMSCs）载体.方法 胶原溶涨液中添加一定比例的壳聚糖,交联并冷冻干燥制备多孔组织工程支架,研究壳聚糖对胶原膜形态学、孔隙率、机械强度、降解特性等理化性质的影响,并初步探讨了胶原-壳聚糖材料作为组织工程三维支架材料与BMSCs的相容性.结果 制备的胶原-壳聚糖支架孔径分布均匀;相对于单纯胶原海绵支架,胶原-壳聚糖复合材料支架降低体外降解速度,提高支架材料的力学性能,稳定支架的结构.BMSCs种植于胶原-壳聚糖（mCol∶mCS=9∶1）支架14 d时,SEM观察到细胞通过微绒毛与支架纤维复合,细胞相容性好.结论 胶原-壳聚糖复合支架有良好的细胞相容性,作为BMSCs诱导体外支架材料具有好的研究前景.     

胚胎干细胞在骨组织工程应用中的研究进展

骨组织工程作为组织工程学研究的重要领域,是目前最有希望获得临床应用的领域之一。种子细胞是骨组织工程研究中最基本的环节,胚胎干细胞以其全能性和无限增殖性,有望成为种子细胞的新来源,就胚胎干细胞在骨组织工程应用中的研究进展做一综述。     

壳聚糖-脱细胞真皮三维材料作为骨组织工程支架材料的研究

目的观察MC3T3-El成骨前体细胞在壳聚糖-脱细胞真皮三维支架材料上的黏附情况,并评价其细胞相容性。方法通过冷冻干燥制备壳聚糖-脱细胞真皮三维支架材料,并测试其孔隙率、密度和吸水率,通过扫描电镜分析支架的微观形貌。采用体外培养细胞的方法,将MC3T3-E1细胞直接接种到壳聚糖-脱细胞真皮三维支架材料上,培养2,3,4,5h,各时间点各取3个样品,测定细胞在支架上的黏附率,确定最佳的细胞贴壁时间。将细胞接种到支架上,共培养1,3,5,7,9,11,13d,采用MTS方法绘制细胞增殖曲线,组织化学染色观察细胞形态,并利用材料试验机测试不同时间材料细胞复合物的压缩弹性模量。结果壳聚糖-脱细胞真皮材料具有连通的多孔结构,孔隙率为92.8%,密度为97.96g/L,吸水率为(2169±100)%。细胞相容性实验显示,成骨细胞易于在支架材料上黏附、增殖。结论壳聚糖-脱细胞真皮材料具有连通的孔隙,孔径较均匀,MC3T3-El成骨前体细胞易在壳聚糖-脱细胞真皮三维支架材料上黏附、增殖,表明该支架材料具有良好的细胞相容性。