丝素蛋白/羟基磷灰石材料复合骨髓间充质干细胞构建组织工程化软骨

背景：随着组织工程的兴起,软骨损伤的修复可能性显著地提高,但单一的支架材料均不能符合理想支架,有一定的局限性。 目的：观察骨髓间充质干细胞复合丝素蛋白/羟基磷灰石构建组织工程化软骨的可行性。 方法：体外分离培养骨髓间充质干细胞,并定向诱导成软骨细胞,与丝素蛋白/羟基磷灰石复合培养,构建膝关节胫骨平台全层关节软骨缺损。54只大白兔单侧膝关节全层软骨缺损模型后随机抽签法分为3组,复合组植入细胞-丝素蛋白/羟基磷灰石复合物;材料组植入单纯丝素蛋白/羟基磷灰石,对照组不行任何植入。植入后8,12周CT检查及组织学检查观察软骨缺损修复情况。 结果与结论：植入后8周,复合组关节面不平整,关节间隙增大,形成新生类软骨细胞,基质丰富。材料组关节面塌陷,软骨细胞少量增殖。植入后12周,复合组关节面平整,关节间隙如常。大量软骨细胞出现,与周边软骨色泽一样,支架材料完全降解。材料组关节面不平整,软骨细胞不完全充填,支架材料部分降解。对照组未见修复。提示用骨髓间充质干细胞复合丝素蛋白/羟基磷灰石可形成透明软骨修复动物膝关节全层软骨缺损,显示了丝素蛋白/羟基磷灰石材料作为关节软骨组织工程支架材料的良好生物相容性。     

不同来源骨髓间充质干细胞的体内成软骨

背景：骨髓间充质干细胞经体外诱导后可修复软骨缺损,但目前采用的种子细胞多来源于自体或同种异体。 目的：观察同种异体及异种来源的骨髓间充质干细胞诱导成软骨后修复喉软骨缺损的效果。 方法：分别取人胚胎骨髓间充质干细胞和刚出生兔骨髓间充质干细胞的第3代细胞种植于聚乳酸-羟基乙酸共聚物生物支架上,并加入转化生长因子β1和软骨形态发生蛋白诱导成软骨细胞。将两种细胞体系植入新西兰白兔体内,并于植入后4,8周取材行大体、组织学观察。 结果与结论：植入后4,8周人胚胎骨髓间充质干细胞和兔骨髓间充质干细胞均有新生组织填充,经组织学观察大部分为软骨细胞,分泌软骨细胞基质糖胺聚糖和Ⅱ型胶原,且两种细胞支架复合物所生成的软骨细胞数大致相同,并无明显的免疫排斥反应。提示异种来源的骨髓间充质干细胞复合聚乳酸-羟基乙酸共聚物在转化生长因子β1和软骨形态发生蛋白联合诱导下所得的组织工程化软骨,与同种来源的骨髓间充质干细胞所获得的组织工程化软骨修复喉软骨缺损具有可比性。     

多孔型丝素蛋白/羟基磷灰石复合骨髓间充质干细胞修复兔半月板无血运区软骨损伤

背景：随着组织工程的兴起,半月板无血运区损伤的修复可能性显著地提高,但单一的支架材料均不能符合理想支架的要求,有一定的局限性。 目的：观察丝素蛋白/羟基磷灰石复合骨髓间充质干细胞修复兔半月板无血运区软骨损伤的效果。 方法：体外分离培养兔骨髓间充质干细胞,并定向诱导成纤维软骨细胞,与丝素蛋白/羟基磷灰石复合培养。42只构建半月板无血运区软骨损伤模型成功的大白兔随机抽签法均分为3组,复合材料组植入骨髓间充质干细胞-丝素蛋白/羟基磷灰石复合物;单纯材料组植入丝素蛋白/羟基磷灰石;对照组不行任何干预。 结果与结论：复合材料组大体观察损伤被修复组织填充,8~12周效果逐渐改善,与正常半月板组织相似,优于其他两组;组织学检查显示8周时出现软骨囊和排列紊乱的胶原纤维,12周时完全修复了半月板损伤区,表现为纤维软骨样组织愈合;单纯材料组部分修复了半月板损伤区,呈瘢痕愈合,对照组未见软骨修复。MRI检查显示复合材料组修复效果较好;说明丝素蛋白/羟基磷灰石复合骨髓间充质干细胞可有效地修复半月板无血运区缺损。丝素蛋白/羟基磷灰石材料作为半月板软骨组织工程支架材料的良好生物相容性。     

多孔丝素蛋白/羟基磷灰石复合脂肪间充质干细胞修复兔关节软骨及软骨下骨缺损

背景：丝素蛋白/羟基磷灰石是细胞立体培养的良好支架,是临床常用的骨缺损修复材料,具有良好的生物相容性。脂肪干细胞具有向骨及软骨细胞分化的潜能,适合骨软骨缺损修复。 目的：观察转化生长因子β1和胰岛素样生长因子1联合成软骨诱导脂肪干细胞与丝素蛋白/羟基磷灰石复合后修复兔关节软骨及软骨下骨缺损的效果。 方法：取新西兰大白兔56只,2只用于传代培养脂肪间充质干细胞,以3×109 L-1浓度接种到丝素蛋白/羟基磷灰石。其余54只新西兰大白兔,在股骨髁间制备软骨缺损模型,随机分为细胞复合材料组、单纯材料组和空白对照组,细胞复合材料组植入复合脂肪间充质干细胞的丝素蛋白/羟基磷灰石;单纯材料组植入丝素蛋白/羟基磷灰石;空白对照组不作任何植入。从大体、影像学、组织学观察比较缺损的修复情况。 结果与结论：12周时大体观察、CT、磁共振和组织学检查细胞材料复合组软骨及软骨下骨缺损区完全被软骨组织修复,修复组织与周围软骨色泽相近,支架材料基本吸收,未见明显退变和白细胞浸润,所有标本均未见丝素蛋白残留。单纯材料组缺损区缩小、部分修复,且呈纤维软骨样修复。空白对照组缺损无明显修复。提示复合脂肪间充质干细胞的丝素蛋白/羟基磷灰石修复兔关节软骨及软骨下骨缺损能力优于单纯丝素蛋白/羟基磷灰石材料。丝素蛋白/羟基磷灰石复合脂肪间充质干细胞可形成透明软骨修复动物膝关节全层软骨缺损,重建关节的解剖结构和功能,可作为新型骨软骨组织工程支架。     

丝素蛋白/壳聚糖复合支架材料的细胞相容性**

背景：大量研究表明丝素蛋白、壳聚糖为天然高分子材料,具有良好的细胞生物相容性。 目的：探讨丝素蛋白/壳聚糖复合支架材料与诱导的兔骨髓间充质干细胞的生物相容性。 方法：将兔骨髓间充质干细胞分离培养、诱导后,与丝素蛋白/壳聚糖三维支架材料体外共培养,以材料的细胞毒性、细胞增殖活力、材料细胞黏附率及扫描电镜等检测评价材料的细胞相容性。 结果与结论：经诱导后的骨髓间充质干细胞在支架材料上黏附、生长良好,保持正常的分裂增殖速度;随时间的增加,细胞黏附率增加,材料组较对照组黏附率强,差异有显著性意义(P < 0.05)。扫描电镜观察发现细胞接种48 h后细胞生长良好,与支架黏附紧密,增殖分裂活跃。说明丝素蛋白/壳聚糖三维支架材料具有良好的细胞相容性。     

骨髓间充质干细胞与壳聚糖复合修复关节软骨损伤

背景：创伤等导致的关节软骨缺损是国内外骨科界面临的难题,组织工程学技术为软骨缺损的修复提供了新方法。 目的：探讨壳聚糖-骨髓间充质干细胞复合材料修复兔膝关节软骨缺损的可行性。 方法：将培养的兔骨髓间充质干细胞种植到壳聚糖支架上体外构建壳聚糖-骨髓间充质干细胞复合材料,移植到兔关节软骨缺损处为实验组,不予以特殊处理为对照组。术后6,12周,大体观察以及甲苯胺蓝染色评定两组软骨组织修复情况。 结果与结论：术后6周,对照组仅有纤维组织增生,实验组关节软骨缺损处有软骨样组织生成。术后12周,对照组软骨缺损边缘可观察到少量类透明软骨组织,实验组缺损区完全覆盖有光滑、透明软骨组织。术后12 周,对照组甲苯胺蓝染色较淡,有少量软骨组织生成,实验组甲苯胺蓝染色较明显,缺损完全被透明软骨组织所覆盖,软骨细胞较多。结果表明兔骨髓间充质干细胞-壳聚糖支架复合材料能更好的引导软骨组织的生成,促进软骨缺损修复。 中国组织工程研究杂志出版内容重点：干细胞;骨髓干细胞;造血干细胞;脂肪干细胞;肿瘤干细胞;胚胎干细胞;脐带脐血干细胞;干细胞诱导;干细胞分化;组织工程     

壳聚糖-胶原凝胶复合骨髓间充质干细胞修复兔关节软骨缺损的组织学变化

背景:大块软骨损伤目前临床上尚无方法治疗,干细胞技术出现后为解决这一难题提供了理论支持。采用新型的支架材料"壳聚糖-胶原蛋白"结合干细胞诱导分化移植给动物模型是一种较新的尝试。目的:观察壳聚糖-胶原凝胶复合骨髓间充质干细胞修复兔关节软骨缺损的组织学变化。方法:体外培养扩增兔骨髓间充质干细胞。采用软骨诱导分化培养基对P2代细胞进行成软骨诱导。同时制备"壳聚糖-胶原蛋白"支架和兔关节软骨缺损模型。缺损用含有骨髓间充质干细胞的壳聚糖-胶原凝胶填充,另一条关节用没有细胞的支架或不做处理。其中12个关节作为实验组(接受骨髓间充质干细胞+支架),8个关节作为空白对照组(不做处理),8个关节作为单纯支架组(未植入细胞)。造模后于2,4,8,16周进行组织学评分并处死动物行组织学染色。结果与结论:造模后16周移植的细胞一致分化为软骨细胞,大部分软骨缺损区被新生软骨修复,组织学评分实验组关节修复良好。提示应用骨髓间充质干细胞结合"壳聚糖-胶原蛋白"复合物可以修复关节软骨缺损。     

聚左旋乳酸/壳聚糖纳米纤维三维多孔支架复合骨髓间充质干细胞修复兔骨缺损**△

背景：骨髓间充质干细胞具有向多种间质细胞谱系分化的能力,且支架材料的性能对骨缺损的修复有重要影响。 目的：观察聚左旋乳酸/壳聚糖纳米纤维三维多孔支架复合骨髓间充质干细胞治疗骨缺损。 方法：对骨缺损模型兔分别采用空白植入、髂后上棘自体松质骨移植、聚左旋乳酸/壳聚糖纳米纤维多孔支架移植和复合了骨髓间充质干细胞的聚左旋乳酸/壳聚糖纳米纤维多孔支架移植修复缺损部位。 结果与结论：至移植12周,移植复合了骨髓间充质干细胞的聚左旋乳酸/壳聚糖纳米纤维多孔支架的实验兔的缺损处有骨组织生成,支架材料降解,已完成缺损修复,其修复情况接近松质骨组;髂后上棘自体松质骨移植的实验兔的缺损修复完好,新形成的骨组织较规则;只植入聚左旋乳酸/壳聚糖纳米纤维多孔支架的实验兔有少量骨组织形成,材料部分降解;空白植入的实验兔缺损处无新生骨组织生成,主要由纤维结缔组织填充。说明新型的生物支架材料聚左旋乳酸/壳聚糖纳米纤维三维多孔支架与来源于新西兰大白兔的骨髓间充质干细胞复合培养后,植入同种异体兔股骨髁缺损处,使骨缺损的修复速度加快,表现为较好的体内诱导成骨的作用。     

丝素蛋白/壳聚糖三维支架与骨髓间充质干细胞的体外培养

背景：前期实验发现丝素蛋白、壳聚糖以适当的比例混合,可以互相弥补各自的不足,表现出良好的理化性质和生物学特性。 目的：观察骨髓间充质干细胞在丝素蛋白/壳聚糖混合三维支架材料上的生长情况。 方法：将诱导后的兔骨髓间充质干细胞接种在丝素蛋白/壳聚糖支架材料上,检测细胞黏附率,倒置显微镜及扫描电镜观察细胞生长情况。 结果与结论：细胞黏附率随时间的延长而增加。倒置显微镜观察显示,丝素蛋白/壳聚糖支架上的细胞看不清,随着时间的延长,支架周围细胞增多,且有细胞伸入支架内;扫面电镜观察显示,细胞生长活跃、增殖分裂正常,细胞周围见颗粒状、丝状基质物质,细胞的微丝与支架材料黏附紧密;细胞不仅可以在材料表面贴附生长,并伸入材料之中。说明丝素蛋白/壳聚糖混合支架材料具有良好的细胞生物相容性。     

基因转染骨髓间充质干细胞复合同种异体骨修复绵羊极限骨缺损

背景：多项体内外实验表明外源性植入碱性成纤维细胞生长因子能明显促进骨形成过程,但外源性碱性成纤维细胞生长因子在体内易降解,影响疗效。 目的：利用分子生物学技术将碱性成纤维细胞生长因子转染至骨髓间充质干细胞中,观察同种异体骨复合基因转染骨髓间充质干细胞修复绵羊极限骨缺损的效果。 方法：将同种异体骨复合碱性成纤维细胞生长因子转染骨髓间充质干细胞组织工程骨、骨髓间充质干细胞复合同种异体支架骨材料、同种异体支架骨材料、β-磷酸三钙材料分别植入羊髂骨极限缺损处,植入后4,8,12周行组织学、免疫组织化学染色观察。 结果与结论：同种异体骨复合碱性成纤维细胞生长因子转染骨髓间充质干细胞组织工程骨植入后12周,手术结合区成软骨样结构较多,术区中央可见大量成骨样细胞,整个术区的支架材料降解较其他组多,支架材料孔洞内爬满纤维结缔组织,材料周围常见破骨样细胞;骨涎蛋白与Ⅰ型胶原呈强阳性表达。其他3组手术结合区虽有成软骨样结构及成骨样细胞出现,但中央区为死骨结构,且骨涎蛋白与Ⅰ型胶原呈弱表达。表明碱性成纤维细胞生长因子转染的骨髓间充质干细胞复合同种异体骨可基本修复绵羊极限骨缺损。     

两种可注射Pluronic F-127水凝胶复合物修复兔软骨缺损的效果差异

文题释义：Pluronic F-127：是一种聚氧化乙烯-聚氧化丙烯-聚氧化乙烯三嵌段共聚物,具有在低温下为液态、常温下为固态的特性,为温固化水凝胶,具有良好的生物相容性与生物可降解性。作为组织工程中的细胞支架,Pluronic F-127已被广泛应用于软骨与皮肤等的构建。 SOX9基因：在性别决定与分化过程中具有重要的作用,在胚胎发育过程中参与骨的形成,同时其也参与神经系统与胰腺的发育及肿瘤的发生。在骨骼形成过程中,SOX9通过与 DNA 特定区域结合促进间充质细胞的聚集：首先是在软骨前体细胞中,随后是在分化中的或成熟的前体细胞中表达,维持软骨细胞增殖,抑制其向肥大软骨细胞分化,因此SOX9在软骨形成过程中起着十分重要的作用。 背景：预实验显示,SOX9基因转染的骨髓间充质干细胞可在Pluronic F-127水凝胶内良好的生长与增殖,促进细胞外基质的分泌,增加软骨基质的表达。 目的：利用慢病毒基因诱导方式将SOX9基因转导至骨髓间充质干细胞中,将其与可注射Pluronic F-127水凝胶复合,观察Pluronic F-127水凝胶复合物修复软骨缺损的效果。 方法：利用慢病毒基因诱导方式将SOX9基因转导至骨髓间充质干细胞中,转染48 h后与Pluronic F-127水凝胶复合。取60只新西兰大白兔(武汉科技大学实验动物中心提供),建立右侧膝关节股骨髁软骨缺损模型,随机分3组处理：模型组缺损部位未植入任何材料,对照组植入未转染的骨髓间充质干细胞与Pluronic F-127水凝胶复合物,实验组植入SOX9基因转染的骨髓间充质干细胞与Pluronic F-127水凝胶复合物。术后4,12周取缺损部位组织,分别进行Micro-CT三维重建、苏木精-伊红染色、番红O染色、Ⅱ型胶原免疫组织化学染色与Wakitani软组织损伤修复组织学评分。实验获得武汉科技大学伦理委员会批准。 结果与结论：①术后12周Micro-CT三维重建显示,模型组缺损区域未见明显的修复,中央仍有较大的凹陷;对照组可见明显的修复,中央凹陷区域明显减小,可见较多的再生骨小梁结构;实验组缺损部位基本完成修复;②术后12周苏木精-伊红染色显示,模型组缺损区仍未见骨小梁结构,细胞分布紊乱,未见软骨陷窝;对照组可见较多的骨组织重建,缺损区域主要由软骨样组织与纤维组织填充;实验组骨组织重建较充分,缺损区域主要由软骨样细胞与软骨样细胞外基质填充,细胞呈柱状排列,与周围软骨相似;③术后12周番红O染色与Ⅱ型胶原免疫组织化学染色显示,模型组可见少量糖胺多糖表达,未见Ⅱ型胶原表达;对照组可见较多的糖胺多糖与Ⅱ型胶原表达,实验组糖胺多糖与Ⅱ型胶原表达最多;④实验组Wakitani软组织损伤修复组织学评分高于对照组与模型组(P < 0.05);⑤结果表明,负载SOX9基因转染骨髓间充质干细胞的Pluronic F-127水凝胶复合物可促进软骨缺损的修复。 ORCID: 0000-0002-9648-5297(樊薰勤) 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     

组织工程化软骨细胞和骨髓间充质干细胞用于修复同种异体关节软骨缺损

背景：关节软骨几乎没有自身修复的能力,目前临床大多采用自体或异体软骨移植修复、软骨膜或骨膜移植修复、软骨细胞移植修复。由于自体软骨来源有限,异体软骨又存在慢性免疫排斥反应,最终可能导致预后不佳;软骨膜或骨膜移植修复的软骨易于退化,导致修复效果不佳。 目的：总结组织工程化软骨细胞、骨髓间充质干细胞及两者共培养对同种异体软骨缺损修复作用的研究现状。 方法：应用计算机检索PubMed 数据库及中国期刊网全文数据库1994-01/2012-01有关组织工程化软骨细胞和骨髓间充质干细胞用于修复同种异体关节软骨缺损方面的文章,英文检索词为“cartilage defect,allograft,chondrocyte,mesenchymal stem cells,bone marrow mesenchymal stem cells”,中文检索词为“软骨缺损,同种异体移植,软骨细胞,骨髓间充质干细胞”。排除重复性及非中英文语种研究,共保留35篇文献进行综述。 结果与结论：随着体外细胞培养方法的不断改进,现已能够把软骨细胞从坚韧的软骨中分离出来,并获得大量高纯度的软骨细胞并繁殖出新生软骨细胞。软骨细胞培养增殖能力低,传代培养容易引起老化和去分化;而成体骨髓中骨髓间充质干细胞含量少,随传代次数的增多成软骨潜能明显降低。骨髓间充质干细胞和软骨细胞共培养,两种细胞相互促进增殖和分化,作为种子细胞可减少软骨细胞增殖传代次数并节省软骨细胞数量,与组织工程支架材料复合能有效修复关节软骨缺损。     

骨髓间充质细胞复合胶原-壳聚糖材料联合骨搬移修复胫骨缺损：随机对照实验方案

背景：骨髓间充质干细胞发挥成骨作用需要支架材料的辅助,一方面支架材料不仅可将细胞运载至骨缺损区域,另一方面还可作为新骨生长的框架结构。胶原-壳聚糖复合材料是骨组织工程较为理想的支架材料之一,同时其具有骨诱导性,比常规支架材料更优越的成骨能力。骨搬移技术在临床上在修复长段骨缺损方面已得到广泛应用,但也存在成骨慢、外固定时间长、骨不连等缺憾。如何进一步加快骨形成速度,减少并发症发生,已成当前亟待解决的问题。实验假设：骨髓间充质干细胞复合胶原-壳聚糖支架移植能提高胫骨缺损骨搬移修复效果。 方法/设计：随机对照动物实验。分为体外和体内实验两部分。体外实验中取月龄一两个月的新西兰大白兔股骨骨髓,提取骨髓间充质干细胞,培养至第3代,将细胞悬液滴于胶原-壳聚糖支架材料,构建骨髓间充质干细胞复合胶原-壳聚糖支架。体内实验选用24只三四月龄新西兰大白兔,被随机分配接受如下干预：骨搬移、支架植入、骨搬移联合支架植入。研究的主要观察指标为植入材料与骨缺损界面的生长情况、X射线检测的缺损区骨修复情况、苏木精-伊红染色及扫描电镜观察缺损区成骨情况、免疫组织化学染色检测成骨区Ⅰ型胶原蛋白的表达情况、扫描电子显微镜观察移植材料与宿主骨的界面键合情况、超微结构及新骨的生成。 讨论：实验结果将有助于确定对骨缺损进行骨搬移治疗过程中,应用骨髓间充质干细胞复合胶原-壳聚糖支架移植促进骨缺损再生修复效果的可行性。 实验方案获基金支持情况：获辽宁省科学技术计划项目资助(2012225019)。 中国组织工程研究杂志出版内容重点：干细胞;骨髓干细胞;造血干细胞;脂肪干细胞;肿瘤干细胞;胚胎干细胞;脐带脐血干细胞;干细胞诱导;干细胞分化;组织工程     

膝关节腔内培养骨髓间充质干细胞复合脱钙骨的组织工程软骨

背景：如何更好地以组织工程学方法修复关节软骨缺损并达到良好的远期疗效目前尚无公识。 目的：创新性地在膝关节腔内培养兔骨髓间充质干细胞复合同种异体脱钙骨的组织工程软骨。  方法：采用全骨髓贴壁筛选法分离培养兔骨髓间充质干细胞,DMEM/F12完全培养基培养,成软骨诱导条件培养基诱导分化。取同种异体兔的髂骨和椎体骨制作成脱钙骨支架,诱导后的骨髓间充质干细胞种植于脱钙骨支架上,培养1 d后将细胞-支架复合物用筋膜包裹置于兔左膝关节腔内培养,单纯脱钙骨支架筋膜包裹置入右膝关节腔。于培养第4,8,12周分别取材,行大体观察并制成石蜡切片,采用苏木精-伊红染色、甲苯胺蓝染色,Ⅱ型胶原免疫组化染色方法进行组织学观察。 结果与结论：培养4,8周,细胞-支架组标本Ⅱ型胶原免疫组化的平均吸光度值(A)分别为0.263±0.031,0.340±0.052,单纯支架组标本分别为0.147±0.027,0.165±0.030,两组比较差异有显著性意义(P < 0.05);培养12周细胞-支架组标本Ⅱ型胶原免疫组化A值平均为0.362±0.037,标本类似正常软骨外观,Ⅱ型胶原免疫组化反应呈阳性;而单纯支架组脱钙骨支架降解。培养12周细胞-支架组苏木精-伊红染色结果显示细胞数量多,脱钙骨支架基本被吸收;而甲苯胺蓝染色结果显示有被染成紫红色的异染性基质形成。结果提示兔骨髓间充质干细胞复合同种异体脱钙骨可在兔膝关节腔内培养出组织工程软骨。     

羟基丁酸-羟基辛酸聚合物-胶原骨软骨支架的制备及应用

背景：关节软骨修复的关键是软骨和软骨下骨的整体修复,然而目前尚缺乏理想的一体化支架。 目的：制备聚羟基丁酸-羟基辛酸-胶原一体化支架,并分析其基本生物学特性。 方法：以聚羟基丁酸-羟基辛酸、Ⅰ型胶原为材料,通过溶剂浇铸-颗粒沥滤法制备聚羟基丁酸-羟基辛酸-胶原一体化支架,观察支架超微结构,支架孔径及孔与孔的连通情况;液体置换法测定支架孔隙率。将乳兔骨髓间充质干细胞接种于聚羟基丁酸-羟基辛酸-胶原一体化支架上,扫描电镜观察细胞在支架上的黏附状态,MTT法测定细胞在支架上的生长曲线。 结果与结论：一体化支架呈疏松多孔结构,软骨层孔径80-100 μm,骨层孔径200-220 μm,孔隙率(80.0±2.3)%。骨髓间充质干细胞在支架上黏附状态良好,增殖迅速。说明聚羟基丁酸-羟基辛酸-胶原骨软骨一体化支架具备适宜的孔隙结构和良好的生物亲和性。     

In vitro cartilage tissue engineering with 3D porous aqueous-derived silk scaffolds and mesenchymal stem cells

Adult cartilage tissue has limited self-repair capacity, especially in the case of severe damages caused by developmental abnormalities, trauma, or aging-related degeneration like osteoarthritis. Adult mesenchymal stem cells (MSCs) have the potential to differentiate into cells of different lineages including bone, cartilage, and fat. In vitro cartilage tissue engineering using autologous MSCs and three-dimensional (3-D) porous scaffolds has the potential for the successful repair of severe cartilage damage. Ideally, scaffolds designed for cartilage tissue engineering should have optimal structural and mechanical properties, excellent biocompatibility, controlled degradation rate, and good handling characteristics. In the present work, a novel, highly porous silk scaffold was developed by an aqueous process according to these criteria and subsequently combined with MSCs for in vitro cartilage tissue engineering. Chondrogenesis of MSCs in the silk scaffold was evident by real-time RT-PCR analysis for cartilage-specific ECM gene markers, histological and immunohistochemical evaluations of cartilage-specific ECM components. Dexamethasone and TGF-beta3 were essential for the survival, proliferation and chondrogenesis of MSCs in the silk scaffolds. The attachment, proliferation, and differentiation of MSCs in the silk scaffold showed unique characteristics. After 3 weeks of cultivation, the spatial cell arrangement and the collagen type-II distribution in the MSCs-silk scaffold constructs resembles those in native articular cartilage tissue, suggesting promise for these novel 3-D degradable silk-based scaffolds in MSC-based cartilage repair. Further in vivo evaluation is necessary to fully recognize the clinical relevance of these observations.     

Chondrogenic differentiation of rat MSCs on porous scaffolds of silk fibroin/chitosan blends

Adult bone marrow derived mesenchymal stem cells are undifferentiated, multipotential cells and have the potential to differentiate into multiple lineages like bone, cartilage or fat. In this study, polyelectrolyte complex silk fibroin/chitosan blended porous scaffolds were fabricated and examined for its ability to support in vitro chondrogenesis of mesenchymal stem cells. Silk fibroin matrices provide suitable substrate for cell attachment and proliferation while chitosan are promising biomaterial for cartilage repair due to it’s structurally resemblance with glycosaminoglycans. We compared the formation of cartilaginous tissue in the silk fibroin/chitosan blended scaffolds with rat mesenchymal stem cells and cultured in vitro for 3 weeks. Additionally, pure silk fibroin scaffolds of non-mulberry silkworm, Antheraea mylitta and mulberry silkworm, Bombyx mori were also utilized for comparative studies. The constructs were analyzed for cell attachment, proliferation, differentiation, histological and immunohistochemical evaluations. Silk fibroin/chitosan blended scaffolds supported the cell attachment and proliferation as indicated by SEM observation, Confocal microscopy and metabolic activities. Alcian Blue and Safranin O histochemistry and expression of collagen II indicated the maintenance of chondrogenic phenotype in the constructs after 3 weeks of culture. Glycosaminoglycans and collagen accumulated in all the scaffolds and was highest in silk fibroin/chitosan blended scaffolds and pure silk fibroin scaffolds of A. mylitta. Chondrogenic differentiation of MSCs in the silk fibroin/chitosan and pure silk fibroin scaffolds was evident by real-time PCR analysis for cartilage-specific ECM gene markers. The results represent silk fibroin/chitosan blended 3D scaffolds as suitable scaffold for mesenchymal stem cells-based cartilage repair.     

体外构建组织工程骨-软骨复合组织

背景：设计一体化、具有过渡结构的双层支架材料,复合软骨细胞、骨髓间充质细胞,有利于新生的骨与软骨组织之间形成良好界面。 目的：模仿自然骨-软骨基质构建复合支架,以软骨细胞和骨髓间充质干细胞为种子细胞,体外观察复合组织的成软骨及成骨能力。 方法：制备明胶-硫酸软骨素-透明质酸及明胶-陶瓷化骨多孔复合支架,构建自然骨-软骨基质复合支架,复合兔软骨细胞与骨髓间充质干细胞,分未成骨诱导与成骨诱导两组培养,并进行MTT、糖胺多糖含量、碱性磷酸酶活性检测,以及苏木精-伊红染色检测。 结果与结论：未成骨诱导与成骨诱导两组骨髓间充质干细胞增殖及糖胺多糖含量差异无显著性意义。未成骨诱导组碱性磷酸酶活性缓慢上升,成骨诱导组诱导后碱性磷酸酶活性迅速上升,14 d时达到稳定状态。两组苏木精-伊红染色结果无明显区别,均已形成含有双层组织的类似骨-软骨样组织,其间可见未降解支架形态,但由于基质形成不完善及支架未完全降解,此种结构不成熟,细胞分布不均匀,支架内部可见散在无细胞区域。证实采用两种细胞与双层结构的支架经体外分层复合能够形成组织工程骨软骨复合组织。