聚乳酸/聚羟基乙酸共聚物修复髌股关节软骨缺损

背景：传统的方法修复软骨损伤,易发生退变。聚乳酸/聚羟基乙酸共聚物具有良好的生物相容性,可根据需要调节降解速度等性能,可能在修复软骨损伤方面具有应用前景。目的：观察以聚乳酸/聚羟基乙酸共聚物为载体修复兔关节软骨缺损的可行性。方法：选取2月龄新西兰兔骨髓培养,诱导间充质干细胞向软骨细胞分化。第3代细胞与聚乳酸/聚羟基乙酸共聚物共培养制成聚乳酸/聚羟基乙酸共聚物-细胞复合物。建立兔髌股关节股骨髁部缺损模型,在右侧36个膝关节植入聚乳酸/聚羟基乙酸共聚物-细胞复合物,左侧18膝植入聚乳酸/聚羟基乙酸共聚物,另18膝造成缺损后留作空白对照。术后4,8,12,24,36,48周取材,行大体及组织学观察,组织学评分。结果与结论：聚乳酸/聚羟基乙酸共聚物-细胞复合物修复大鼠缺损后,软骨细胞分布较均一,色泽与正常软骨相似,与正常软骨界限消失,表面细胞平行于关节面,深层细胞排列紊乱,细胞呈团状,基质异染广泛,软骨下骨形成及潮线恢复正常,与周围正常软骨连接良好。而单纯植入聚乳酸/聚羟基乙酸共聚物或缺损后未处理大鼠缺损边缘细胞呈团块状增生,底部为纤维组织。提示骨髓基质细胞源性软骨细胞是修复关节软骨缺损较理想的种子细胞,聚乳酸/聚羟基乙酸共聚物适合作为组织工程修复关节软骨缺损的支架材料,具有良好的应用前景。     

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。     

骨髓基质细胞源性软骨细胞复合聚乳酸/聚羟基乙酸共聚物修复兔关节软骨缺损

背景:作为软骨组织工程的基质材料在体内降解过快或过慢,影响组织再生及塑形改建,是长期困扰学者们的难题之一.目的:在体外将骨髓基质细胞扩增、诱导为软骨细胞后,探讨以聚乳酸/聚羟基乙酸共聚物为载体修复兔关节软骨缺损的可行性.设计、时间及地点:同体对比观察实验,于2002-06/2008-06分别在解放军第四军医大学全军骨科研究所及解放军空军总医院中心实验室完成.材料:选取2月龄新西兰兔36只,自双侧股骨转子处抽取骨髓4-6 mL,行原代及传代培养,传代培养时培养液中含骨形态发生蛋白2(100 μg/L),培养瓶底预涂高分子透明质酸诱导为软骨细胞.调整第3代细胞浓度为2.0×10~(10)L~(-1),与聚乳酸/聚羟基乙酸共聚物共培养24 h,即制成聚乳酸/聚羟基乙酸共聚物-细胞复合物.方法:在36只兔髌股关节股骨髁部造成直径4mm,深达髓腔的缺损,在右侧36个膝关节植入聚乳酸/聚羟基乙酸共聚物-细胞复合物,为实验组,左侧18膝植入聚乳酸/聚羟基乙酸共聚物,为单纯载体组,另18膝造成缺损后作为空白对照.主要观察指标:术后4,8.12,24周取材,行大体及组织学观察,组织学评分.结果:单纯载体组与空白对照组在各时间点大体及组织学表现相似,故一并描述,统称为对照组.24周时实验组缺损内充填白色半透明新生软骨组织,色泽与正常软骨相似,质韧,表面平整,与正常软骨界限消失,表面细胞平行于关节面,深层细胞排列紊乱,有柱状排列的趋势,基质异染广泛,软骨下骨形成及潮线恢复正常,与周围正常软骨连接良好.对照组缺损边缘细胞呈团块状增生,底部为纤维组织.组织学评分经统计学分析,24,12周分别与8,4周时比较差异具有显著性意义(P<0.01),各时间点实验组与对照组比较差异具有显著性意义(P<0.01).结论:用骨形态发生蛋白2和高分子透明质酸成功地在体外将骨髓基质细胞诱导为软骨细胞;聚乳酸/聚羟基乙酸共聚物在新生软骨形成的同时,逐渐降解吸收,是组织工程修复关节软骨缺损适宜的支架材料.     

犬骨髓基质干细胞体外定向分化为软骨细胞

背景:骨髓基质干细胞的多向分化性不利于向软骨细胞单一方向分化,植入体内后成骨系细胞分泌的骨形态发生蛋白作用于非定向分化的前体细胞,使其向成骨细胞分化,而已定向分化的细胞则不受骨形态发生蛋白的影响,形成相应的组织.目的:体外诱导犬骨髓基质干细胞定向分化为软骨细胞,探讨体外诱导成软骨的方法和条件.设计、时间及地点:单一样本观察,于2005-03/2006-01在中山大学组织工程实验室完成.材料:选取4个月龄雄性家犬1只,骨髓基质干细胞取自犬肋骨.方法:自犬肋骨取骨髓2.0～3.0mL行体外原代骨髓基质干细胞分离培养.8～11d细胞接近融合时,加入胰酶消化,用含体积分数10%胎牛血清的L-DMEM合成培养液终止消化,收集细胞悬液,离心后,用培养液悬浮细胞,按1:3接种传代.取第3代细胞培养扩增,换液时加入10μg/L碱性成纤维细胞生长因子2mL,换液2次后,再加入1mg/L转化生长因β1 2mL诱导骨髓基质干细胞向软骨细胞分化.主要观察指标:行甲苯胺蓝、阿新蓝染色检测软骨基质的分泌,免疫组织化学染色检测软骨特异性Ⅱ型胶原表达.结果:骨髓基质干细胞体外行原代和传代培养至P4代生长良好,经碱性成纤维细胞生长因子和转化生长因β1扩增诱导的细胞甲苯氨蓝异染性、阿新蓝染色阳性;Ⅱ型胶原免疫组织化学检测阳性,显示被诱导的骨髓基质干细胞具备软骨细胞特性.结论:应用碱性成纤维细胞生长因子和转化生长因β1体外可以诱导犬骨髓基质干细胞分化为软骨细胞,诱导的软骨细胞可作为软骨组织工程较理想的种子细胞.     

兔骨髓间充质干细胞及聚羟基乙酸支架材料构建人工软骨的可行性

背景:选择适合的生物支架与骨髓间充质干细胞作为新型的种子细胞复合能否构建出理想的组织工程化软骨?目的:观察将扩增的兔骨髓间充质干细胞接种于聚羟基乙酸构建人工软骨的可行性。设计:单一样本观察。单位:泸州医学院附属医院耳鼻咽喉头颈外科。材料:实验于2004-10/2005-10在泸州医学院完成。选用8只日本大耳兔,雌雄不拘,清洁级,二三个月龄,体质量1.5～2.0kg,常温常湿环境饲养。聚羟基乙酸由美国Albany公司生产。方法:分离、获取、扩增实验兔骨髓间充质干细胞,将聚羟基乙酸剪成1cm×1cm×1cm大小,并以多聚赖氨酸包被,通过将扩增的骨髓间充质干细胞接种于聚羟基乙酸上,按4mL/cm3多点播散的方式均匀地接种在预湿的聚羟基乙酸支架上,体外诱导培养3周,作为实验组。将不加入骨髓间充质干细胞的聚羟基乙酸支架作为对照组。将实验组和对照组的标本分别植入4只自体兔腹腔内,进行体内培养6～12周后,分别取出实验组与对照组的标本,对其进行大体观察。同时以100g/L中性甲醛固定,行5μm切片,采用苏木精-伊红染色观察标本的组织形态学特点,进行阿新蓝染色以观察酸性粘多糖形成,进行甲苯胺蓝染色以观察异染性基质的形成,进行免疫组织化学染色检测Ⅱ型胶原蛋白的表达。主要观察指标:两组支架植入实验兔体内后6,12周时标本大体观察结果、不同染色观察结果及Ⅱ型胶原蛋白的表达。结果:纳入8只实验兔均进入结果分析。①支架植入实验兔体内后6及12周标本大体观察结果:支架植入兔腹腔6周后,实验组标本均仍被腹腔大网膜包裹,剥去大网膜后,有3个标本成淡黄色,光滑,质地中,外形与植入前基本一致,1个标本呈灰黑色,质地很软,标本不能成形。12周后,实验组标本的外形仍与植入前基本一致,呈灰白色,光滑,但质地明显较硬。而第6,12周的对照组的标本大部分均被吸收,以第12周的标本更明显,且均未见软骨样组织形成。②支架植入实验兔体内后6及12周不同染色观察结果及Ⅱ型胶原蛋白的表达:苏木精-伊红染色结果显示:6周时,有软骨陷窝样结构开始形成,聚羟基乙酸支架开始降解;12周时,复合物呈现软骨组织样的形态,有较明显的软骨陷窝样结构形成,细胞排列规则,成群存在于软骨陷窝样结构内,边缘的细胞小,中央的细胞大,聚羟基乙酸基本完全消失。阿新蓝染色结果:6周时,组织内有部分区域被染成淡蓝色;12周时组织的基质被广泛染成蓝紫色,说明有大量的酸性粘多糖形成。苯胺蓝染色结果:6周时,组织内可见蓝色异染性基质;12周时组织内呈现很强的蓝色异染。免疫组织化学染色结果:6周时,胞浆内可见棕黄色阳性颗粒,基质内有少量的Ⅱ型胶原蛋白表达;12周时,胞浆、基质内均有较强的阳性表达。Ⅱ型胶原蛋白的表达:6周时,胞浆内可见深棕黄色阳性颗粒,基质内有少量的Ⅱ型胶原mRNA表达;12周时,胞浆、基质内均有强的阳性表达。对照组标本基本上已被吸收,没有成形的组织工程化标本。结论:兔骨髓间充质干细胞在诱导剂作用下,经体外和体内培养后,可生成组织工程化类软骨。     

以藻酸钙为载体的可注射性组织工程软骨和骨研究

目的在裸鼠背部皮下注射软骨细胞/藻酸钙复合物、骨髓基质成骨细胞/藻酸钙复合物,观察体内软骨、骨形成的可行性。方法分别从兔耳软骨和髂骨获取软骨细胞和骨髓基质干细胞,体外扩增培养,将获得的软骨细胞和骨髓基质成骨细胞与藻酸盐复合,注射于裸鼠背部皮下,以单纯藻酸钙植入作为对照组,6,12周后进行组织学检查和X线检查,观察软骨和骨的形成。结果注射软骨细胞复合物组,裸鼠背部皮下有软骨样组织形成,软骨细胞位于类似于正常软骨组织的陷窝中,注射骨髓基质成骨细胞复合物组,裸鼠背部皮下有骨样组织形成,具有骨髓腔样结构,而对照组无软骨或骨形成。结论藻酸钙可用作软骨和骨组织工程的支架材料,以藻酸钙为载体的可注射性组织工程软骨和骨是可行的。     

力学刺激对人骨髓间充质干细胞／聚乳酸-聚羟基乙酸共聚物生物学性状的影响

背景:研究表明离心力等力学刺激对细胞的功能活动及人体组织器官的正常发育具有重要影响,而且力学刺激也影响骨髓间充质干细胞的分化.目的:观察施加不同稃度离心力对人骨髓问充质干细胞,聚乳酸-聚羟基乙酸共聚物生物学件状的影响.设计、时间及地点:细胞-组织工程学体外实验,于2008-05/12在解放军南京军区福州总医院实验科及病理科完成.材料:骨髓来源于因骨不连行自体髂骨移植的患者,由解放军南京军区福州总医院骨二科提供.聚乳酸-聚羟基乙酸共聚物为济南岱罡生物公司产品.方法:自人体髂骨抽取骨髓15 mL,密度梯度离心法体外分离培养骨髓间充质干细胞,传至第3代制成2×1010L-1细胞悬液,均匀接种到聚乳酸-聚羟基乙酸共聚物上,5 d后加入软骨细胞诱导液.设立4组:3个受力组于离心管内培养,分别施加100g,200g,300g离心力,2次/d,30 min/次.间隔 12 h,受力4周;静止组于6孔板内常规培养.主要观察指标:骨髓间充质干细胞与聚乳酸-聚羟基乙酸共聚物的黏附情况,复合物Ⅱ型胶原的表达及蛋白聚糖含量.结果:人骨髓间充质干细胞与聚乳酸-聚羟基乙酸共聚物黏附性良好,能在聚乳酸-聚羟基乙酸共聚物上生长并分泌基质.离心培养4周后,各受力组形成的复合物体积无收缩,且200 g受力组体积最大,弹性较好;静止组复合物体积收缩,弹性也较各受力组差.200 g受力组苏木精-伊红染色后出现大量的软骨陷窝样结构,偶见同源细胞群,Ⅱ型胶原免疫组化染色后可见较多呈黄色的软骨细胞特异性基质Ⅱ型胶原;余3组形成的陷窝样结构及Ⅱ型胶原均较少.与静止组比较,体外培养4周各受力组复合物分泌的蛋白聚糖含量均明显升高(P＜0.05):与200 g受力组比较,100 g,300 g受力组复合物分泌的蛋白聚糖含量均明显降低(P＜0.05):100 g,300 g受力组间比较无明显差异.结论:入骨髓间充质干细胞与聚乳酸-聚羟基乙酸共聚物具有良好的黏附性能.在软骨细胞诱导液存在的前提下,加适当的力学刺激更有利于骨髓间充质干细胞向软骨细胞转化,200 g离心力是较佳的力学刺激条件.     

聚羟基丁酸酯-聚羟基己酸酯共聚物/氧化异丙烯F-127复合支架构建人组织工程软骨

目的:探讨聚羟基丁酸酯-聚羟基己酸酯共聚物/氧化异丙烯F-127复合支架作为软骨组织工程支架的可行性。方法:实验于2004-09/2005-04在中国医科大学整形外科医院外耳整形与再造中心完成。①选取4周龄无胸腺雄性裸鼠8只,左侧背部皮下为软骨细胞-支架复合物组,右侧背部皮下为单纯支架对照组。人软骨细胞来源于中国医科大学整形外科医院外耳整形与再造中心临床小耳畸形患者行肋软骨移植时剩余的边脚料分离软骨细胞。聚羟基丁酸酯-聚羟基己酸酯共聚物泡沫材料由清华大学化工系提供,1.0cm×1.0cm×0.3cm大小,环氧乙烷消毒后备用。②消化、分离、培养人肋软骨细胞,将第3代细胞制成悬液,细胞浓度为5×1010L-1。取1mL软骨细胞悬液与少量30%氧化异丙烯F-127溶液(4℃)均匀混合后接种至聚羟基丁酸酯-聚羟基己酸酯共聚物支架上,形成细胞-生物材料复合物,体外培养1周后植入软骨细胞-支架复合物组,单纯支架对照组植入单纯聚羟基丁酸酯-聚羟基己酸酯共聚物/氧化异丙烯F-127复合支架。③术后12周取材,行大体观察。利用苏木精-伊红染色、甲苯胺蓝染色、阿尔辛蓝-丽春红染色对再生的软骨组织进行组织学检测。结果:实验选取4周龄无胸腺雄性裸鼠8只,全部进入结果分析。①术后12周大体标本观察结果:软骨细胞-支架复合物组形成了与支架形态相同的乳白色类似软骨样组织,表面光滑有弹性。单纯支架对照组呈褐色,质地较软。②再生的软骨组织术后12周组织学检查结果:组织学检查证实软骨细胞-支架复合物组有软骨细胞存在,并且有基质分泌。单纯支架对照组无新生软骨组织形成。结论:利用聚羟基丁酸酯-聚羟基己酸酯共聚物/氧化异丙烯F-127复合支架可在裸鼠体内形成人组织工程化软骨。     

聚乳酸/聚羟基乙酸共聚物修复髌股关节软骨缺损

背景:传统的方法修复软骨损伤,发生退变.聚乳酸/聚羟基乙酸共聚物具有良好的生物相容性,根据需要调节降解速度等性能,能在修复软骨损伤方面具有应用前景.目的:观察以聚乳酸/聚羟基乙酸共聚物为载体修复兔关节软骨缺损的可行性.方法:选取2月龄新西兰兔骨髓培养,导间充质干细胞向软骨细胞分化.第3代细胞与聚乳酸/聚羟基乙酸共聚物共培养制成聚乳酸/聚羟基乙酸共聚物-细胞复合物.建立兔髌股关节股骨髁部缺损模型,右侧36个膝关节植入聚乳酸/聚羟基乙酸共聚物-细胞复合物,侧18膝植入聚乳酸/聚羟基乙酸共聚物,18膝造成缺损后留作空白对照.术后4,,12,4,6,8周取材,大体及组织学观察,织学评分.结果与结论:聚乳酸/聚羟基乙酸共聚物-细胞复合物修复大鼠缺损后,骨细胞分布较均一,泽与正常软骨相似,正常软骨界限消失,面细胞平行于关节面,层细胞排列紊乱,胞呈团状,质异染广泛,骨下骨形成及潮线恢复正常,周围正常软骨连接良好.而单纯植入聚乳酸/聚羟基乙酸共聚物或缺损后未处理大鼠缺损边缘细胞呈团块状增生,部为纤维组织.提示骨髓基质细胞源性软骨细胞是修复关节软骨缺损较理想的种子细胞,乳酸/聚羟基乙酸共聚物适合作为组织工程修复关节软骨缺损的支架材料,有良好的应用前景.     

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.     

Evaluation of articular cartilage repair using biodegradable nanofibrous scaffolds in a swine model: a pilot study

The aim of this study was to evaluate a cell‐seeded nanofibrous scaffold for cartilage repair in vivo. We used a biodegradable poly(ε‐caprolactone) (PCL) nanofibrous scaffold seeded with allogeneic chondrocytes or xenogeneic human mesenchymal stem cells (MSCs), or acellular PCL scaffolds, with no implant as a control to repair iatrogenic, 7 mm full‐thickness cartilage defects in a swine model. Six months after implantation, MSC‐seeded constructs showed the most complete repair in the defects compared to other groups. Macroscopically, the MSC‐seeded constructs regenerated hyaline cartilage‐like tissue and restored a smooth cartilage surface, while the chondrocyte‐seeded constructs produced mostly fibrocartilage‐like tissue with a discontinuous superficial cartilage contour. Incomplete repair containing fibrocartilage or fibrous tissue was found in the acellular constructs and the no‐implant control group. Quantitative histological evaluation showed overall higher scores for the chondrocyte‐ and MSC‐seeded constructs than the acellular construct and the no‐implant groups. Mechanical testing showed the highest equilibrium compressive stress of 1.5 MPa in the regenerated cartilage produced by the MSC‐seeded constructs, compared to 1.2 MPa in the chondrocyte‐seeded constructs, 1.0 MPa in the acellular constructs and 0.2 MPa in the no‐implant group. No evidence of immune reaction to the allogeneically‐ and xenogeneically‐derived regenerated cartilage was observed, possibly related to the immunosuppressive activities of MSCs, suggesting the feasibility of allogeneic or xenogeneic transplantation of MSCs for cell‐based therapy. Taken together, our results showed that biodegradable nanofibrous scaffolds seeded with MSCs effectively repair cartilage defects in vivo, and that the current approach is promising for cartilage repair. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.     

骨髓间充质干细胞与同种异体脱钙骨基质组合生长因子诱导向软骨细胞分化

背景：用组织工程学方法高质量修复关节软骨缺损并达到很好的远期疗效目前尚无定论。鉴于此,课题组提出＂同种异体骨髓间充质干细胞关节腔内定向培养组织工程软骨＂的实验设技。目的：同种异体脱钙骨基质组合转化生长因子β1和胰岛素样生长因子Ⅰ诱导骨髓间充质干细胞向软骨分化的能力,同时探索其在关节腔内培养促进向关节软骨定向分化的方法。方法：分离兔骨髓间充质干细胞并行体外培养,分为两组：实验组DMEM培养液中加入转化生长因子β1和胰岛素样生长因子Ⅰ,对照组中未加入诱导因子。比较两组细胞的增殖情况和成软骨分化情况。制备同种异体脱钙骨基质支架材料,实验组骨髓间充质干细胞负载到同种异体脱钙骨基质中,构建组织工程软骨复合体,取另2只兔的腰背筋膜包裹后缝合固定到30只兔膝关节腔内行腔内培养。分别于植入后4,8,12周各取10只标本进行组织学切片观察及Ⅱ型胶原免疫组织化学观测,并对结果进行分析。结果与结论：实验组中骨髓间充质干细胞集落形成效率明显高于对照组（u=3.326,P〈0.01）。实验组细胞爬片做Ⅱ型胶原免疫组化检测呈阳性,对照组未见阳性细胞。组织工程复合体在腔内培养12周后,苏木精-伊红染色见大量软骨细胞增生,胞核染色呈蓝色;甲苯胺蓝染色见软骨细胞成串排列,大量软骨陷窝形成,周围大量基质包绕;Ⅱ型胶原免疫组织化学反应见细胞外基质中出现大量棕黄色颗粒,Ⅱ型胶原染色强阳性。提示转化生长因子β1和胰岛素样生长因子Ⅰ可显著促进骨髓间充质干细胞增殖和成软骨分化,骨髓间充质干细胞与同种异体脱钙骨基质结合后可在关节腔内成功培养出组织工程软骨。同种异体脱钙骨基质符合组织工程软骨支架材料的基本要求。     

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1d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,细胞一支架组标本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周细胞一支架组苏木精一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。     

体外诱导人骨髓间充质干细胞分化为软骨细胞

背景:自体软骨细胞来源困难是束缚软骨细胞移植和软骨工程学发展的主要问题之一。骨髓间充质干细胞具有多向分化潜能,在不同诱导条件下,骨髓间充质干细胞能分化形成多种组织细胞,如软骨细胞、成骨细胞、成肌细胞及神经细胞等。胰岛素样生长因子-I是一种对肢体和软骨的形成及发育起重要调控作用的生长因子。目的:观察胰岛素样生长因子-I和软骨细胞培养液是否能在体外诱导骨髓间充质干细胞向软骨细胞分化。设计:开放性实验。单位:中山大学附属第二医院骨科和医学研究中心。材料:实验于2003-03/11在中山大学附属第二医院医学研究中心完成。人骨髓间充质干细胞取自因健康原因需终止妊娠的4～6月龄水囊引产的胚胎。方法:采用Percoll分离液分离培养人胚骨髓间充质干细胞,体外扩增,用流式细胞仪测定骨髓间充质干细胞的CD44,CD71,CD34,CD45表达;在第4代骨髓间充质干细胞的培养基中加入100μg/L胰岛素样生长因子-I和软骨细胞培养液,采用倒置显微镜观察、Ⅱ型胶原免疫组织化学、细胞内蛋白多糖含量测定等方法判断诱导细胞的形态变化和表达软骨基质的能力。主要观察指标:通过检测细胞CD34,CD44,CD45的表达,进行骨髓间充质干细胞表型鉴定。通过观测诱导后细胞Ⅱ型胶原免疫组织化学及细胞分泌蛋白多糖能力的变化判断其是否向软骨细胞分化。结果:①倒置显微镜观察结果:体外培养的骨髓间充质干细胞呈现成纤维细胞形态。②骨髓间充质干细胞表面抗原鉴定:流式细胞仪结果显示细胞均一性较好,第4代骨髓间充质干细胞阳性表达CD44,阴性表达CD34,CD45,说明分离获得的细胞符合骨髓间充质干细胞的特点。③光镜下观察骨髓间充质干细胞诱导为软骨细胞的形态变化:加入软骨细胞条件培养液和胰岛素样生长因子-I共培养,在培养过程中见骨髓间充质干细胞逐渐变圆,15d后可见部分细胞呈短梭形或多角形,突起短,呈现软骨细胞的特征。④Ⅱ型胶原免疫组织化学染色:胰岛素样生长因子组细胞在培养后第15天约72.5%的细胞可见棕黄色的颗粒分布于胞浆内,呈弱阳性或较强阳性。对照组骨髓间充质干细胞第15天的Ⅱ型胶原免疫组织化学为阴性。⑤蛋白多糖含量测定:胰岛素样生长因子-I和软骨细胞培养液共培养组培养15d后,细胞内蛋白多糖含量为(8.92±0.91)μg/L,高于单纯骨髓间充质干细胞培养组[(2.56±0.26)μg/L,P<0.05],但低于软骨细胞组[(13.69±1.51)μg/L,P<0.05]。结论:胰岛素样生长因子-I和软骨细胞培养液能诱导骨髓间充质干细胞向软骨细胞分化。     

三维支架中骨髓间充质干细咆及软骨细胞和脂肪源性成熟基质细胞的成软骨效应

背景:软骨修复的关键是种子细胞在三维支架中的定向分化,但细胞放入三维支架中很难有透明软骨表现.目的:考察3种种子骨髓间充质干细胞,软骨细胞和脂肪源性成熟基质细胞在支架中的成软骨特性.方法:抽取羊骨髓,胰酶消化后获得原代骨髓间充质干细胞细胞、软骨细胞和脂肪源性成熟基质细胞,单层培养扩增.取P1骨髓间充质干细胞,P3软骨细胞和P3脂肪源性成熟基质细胞种植入不同比例(10%,20%,50%,80%,100%)的胶原,透明质酸支架中,在无血清培养液中三维培养.2周后,用SO染色和免疫组织化学染色分析,观察硫酸软骨素和Ⅱ型胶原合成情况.结果与结论:种子细胞在三维支架中特定条件下有成软骨效应,骨髓间充质干细胞在含20%透明质酸的胶原/透明质酸支架扩增少于3代有成软骨效应,软骨细胞传代数更高仍然有成软骨效应,但脂肪源性成熟基质细胞成软骨效应能力较弱.结果提示,在同样条件下骨髓问充质干细胞、软骨细胞较脂肪源性成熟基质细胞有更好的成软骨性能.     

Biomimetic scaffolds and dynamic compression enhance the properties of chondrocyte‐ and MSC‐based tissue‐engineered cartilage

Adult chondrocytes are surrounded by a protein‐ and glycosaminoglycan‐rich extracellular matrix and are subjected to dynamic mechanical compression during daily activities. The extracellular matrix and mechanical stimuli play an important role in chondrocyte biosynthesis and homeostasis. In this study, we aimed to develop scaffold and compressive loading conditions that mimic the native cartilage micro‐environment and enable enhanced chondrogenesis for tissue engineering applications. Towards this aim, we fabricated porous scaffolds based on silk fibroin (SF) and SF with gelatin/chondroitin sulfate/hyaluronate (SF‐GCH), seeded the scaffolds with either human bone marrow mesenchymal stromal cells (BM‐MSCs) or chondrocytes, and evaluated their performance with and without dynamic compression. Human chondrocytes derived from osteoarthritic joints and BM‐MSCs were seeded in scaffolds, precultured for 1 week, and subjected to compression with 10% dynamic strain at 1 Hz, 1 hr/day for 2 weeks. When dynamic compression was applied, chondrocytes significantly increased expression of aggrecan (ACAN) and collagen X (COL10A1) up to fivefold higher than free‐swelling controls. In addition, dynamic compression dramatically improved the chondrogenesis and chondrocyte biosynthesis cultured in both SF and SF‐GCH scaffolds evidenced by glycosaminoglycan (GAG) content, GAG/DNA ratio, and immunostaining of collagen type II and aggrecan. However, both chondrocytes and BM‐MSCs cultured in SF‐GCH scaffolds under dynamic compression showed higher GAG content and compressive modulus than those in SF scaffolds. In conclusion, the micro‐environment provided by SF‐GCH scaffolds and dynamic compression enhances chondrocyte biosynthesis and matrix accumulation, indicating their potential for cartilage tissue engineering applications.     

三维支架中骨髓间充质干细胞及软骨细胞和脂肪源性成熟基质细胞的成软骨效应

背景：软骨修复的关键是种子细胞在三维支架中的定向分化,但细胞放入三维支架中很难有透明软骨表现。目的：考察3种种子骨髓间充质干细胞,软骨细胞和脂肪源性成熟基质细胞在支架中的成软骨特性。方法：抽取羊骨髓,胰酶消化后获得原代骨髓间充质干细胞细胞、软骨细胞和脂肪源性成熟基质细胞,单层培养扩增。取P1骨髓间充质干细胞,P3软骨细胞和P3脂肪源性成熟基质细胞种植入不同比例（10%,20%,50%,80%,100%）的胶原/透明质酸支架中,在无血清培养液中三维培养。2周后,用SO染色和免疫组织化学染色分析,观察硫酸软骨素和Ⅱ型胶原合成情况。结果与结论：种子细胞在三维支架中特定条件下有成软骨效应,骨髓间充质干细胞在含20%透明质酸的胶原/透明质酸支架扩增少于3代有成软骨效应,软骨细胞传代数更高仍然有成软骨效应,但脂肪源性成熟基质细胞成软骨效应能力较弱。结果提示,在同样条件下骨髓间充质干细胞、软骨细胞较脂肪源性成熟基质细胞有更好的成软骨性能。     

Efficacy of thermoresponsive,photocrosslinkable hydrogels derived from decellularized tendon and cartilage extracellular matrix for cartilage tissue engineering

Tissue engineering using adult mesenchymal stem cells (MSCs), a promising approach for cartilage repair, is highly dependent on the nature of the matrix scaffold. Thermoresponsive, photocrosslinkable hydrogels were fabricated by functionalizing pepsin‐soluble decellularized tendon and cartilage extracellular matrices (ECM) with methacrylate groups. Methacrylated gelatin hydrogels served as controls. When seeded with human bone marrow MSCs and cultured in chondrogenic medium, methacrylated ECM hydrogels experienced less cell‐mediated contraction, as compared against non‐methacrylated ECM hydrogels. However, methacrylation slowed or diminished chondrogenic differentiation of seeded MSCs, as determined through analyses of gene expression, biochemical composition and histology. In particular, methacrylated cartilage hydrogels supported minimal due to chondrogenesis over 42 weeks, as hydrogel disintegration beginning at day 14 presumably compromised cell–matrix interactions. As compared against methacrylated gelatin hydrogels, MSCs cultured in non‐methacrylated ECM hydrogels exhibited comparable expression of chondrogenic genes (Sox9, Aggrecan and collagen type II) but increased collagen type I expression. Non‐methacrylated cartilage hydrogels did not promote chondrogenesis to a greater extent than either non‐methacrylated or methacrylated tendon hydrogels. Whereas methacrylated gelatin hydrogels supported relatively homogeneous increases in proteoglycan and collagen type II deposition throughout the construct over 42 days, ECM hydrogels possessed greater heterogeneity of staining intensity and construct morphology. These results do not support the utility of pepsin‐solubilized cartilage and tendon hydrogels for cartilage tissue engineering over methacrylated gelatin hydrogels. Methacrylation of tendon and cartilage ECM hydrogels permits thermal‐ and light‐induced polymerization but compromises chondrogenic differentiation of seeded MSCs.     

同种异体脱钙骨与骨髓间充质干细胞关节腔内共培养:与同腔软骨性状的对比简

背景：临床发现膝关节内游离体能长期存在于关节腔内并能保持一定的软骨组织学特性和生理学特性,因此大胆提出假设：关节腔环境可能是软骨细胞生长、发育的较佳环境并提出“腔内培养,腔内移植”的理念。目的：观察兔骨髓间充质干细胞复合同种异体脱钙骨基质体外培养或关节腔内培养组织工程软骨与同腔软骨的性状差异。 方法：实验分3组进行,体外培养组将经成软骨诱导的乳兔骨髓间充质干细胞与成年兔脱钙骨基质体外复合培养;腔内培养组将经成软骨诱导的乳兔骨髓间充质干细胞与成年兔脱钙骨基质以筋膜包裹,复合培养于成年新西兰兔膝关节腔内,以同腔内正常软骨为对照。 结果与结论：培养12周后：①体外培养组苏木精-伊红染色见软骨细胞少量增生,胞核蓝染;甲苯胺蓝染色见软骨细胞排列无序,少量周围基质包绕;Masson染色阳性区域小,细胞排列无序;Ⅱ型胶原免疫组织化学见软骨细胞胞浆及胞外基质少量黄色颗粒。②腔内培养组苏木精-伊红染色见软骨细胞增生,胞核蓝染;甲苯胺蓝染色见软骨细胞成串排列,软骨陷窝形成,周围基质包绕;Masson染色阳性,软骨细胞多,基质蓝染,按一定应力方向排列;Ⅱ型胶原免疫组织化学见细胞外基质中出现较多棕黄色颗粒,Ⅱ型胶原染色阳性。说明骨髓间充质干细胞与同种异体脱钙骨基质复合物可在体外及膝关节腔内培养出组织工程软骨,关节腔内培养的软骨比体外培养的软骨更接近正常软骨。