纳米羟基磷灰石／壳聚糖支架与诱导骨髓间充质干细胞体外构建软骨支架复合体

背景:国内外许多研究通过不同的构建方法构建组织工程化软骨支架复合体修复骨软骨联合缺损,且取得了一定的进展,但目前各种方法存在的问题突出表现为组织工程化的软骨和骨组织之间的界面、移植体和宿丰骨和软骨之间的界面耦合不够理想.目的:将体外提纯、扩增的骨髓间充质下细胞诱导成软骨细胞.将其接种于穿"靴"的纳米羟基磷灰石/壳聚糖支架的底部上联合培养,探索其用于组织工程软骨复合体的可行性.设计、时间及地点:细胞和材料复合的体外观察实验,于2008-03/07在暨南大学附属第一医院中心实验室和暨南大学理工学院材料系实验室完成.材聿斗:通过原位复合和冷冻干燥结合的方法制各纳米羟基磷灰石/壳聚糖支架.健康新西兰兔10只由广东省医学实验动物中心提供.方法:密度梯度离心法提取分离骨髓间充质干细胞,软骨诱导液诱导骨髓闻充质干细胞2周后甲苯胺蓝染色检测.把诱导得到的软骨细胞接种于穿"靴"的纳米羟基磷灰石/壳聚糖支架的底部,将细胞-支架复合物置入成软骨条件培养液中培养2周.主要观察指标:倒置相差显微镜下观察细胞形态特征,鉴定CD29,CD44,CD34和CD45抗原的表达,观察细胞生长特性,测定细胞活力和生长周期,扫描电镜观察纳米羟摹磷灰石/壳聚糖史架结构和细胞与支架的复合情况.结果:骨髓间充质干细胞可在体外分离扩增,表达CD29和CD44,不表达CD34和CD45,细胞活力为95.27%,G0～G1期细胞占94.68%.经软骨诱导液诱导后骨髓问充质十细胞转化成软骨细胞;制备的纳米羟基磷灰石/壳聚糖多孔支架孔隙率为90%,平均孔径为150μm,与软骨细胞有较好的黏附性.结论:初步证实纳米羟基磷灰石,壳聚糖支架与骨髓间充质干细胞诱导成的软骨细胞复合可以在体外构建组织工程软骨复合体.     

胶原/壳聚糖/β-磷酸三钙层状修复体负载骨髓间充质干细胞体外培养

目的:观察胶原/壳聚糖/β-磷酸三钙层状梯度修复体对经诱导骨髓间充质干细胞的吸附作用及对细胞生物学性状的影响,评价其作为关节软骨工程支架的可行性.方法:实验于2007-09/2008-03在广东省组织工程构建与检测实验室进行.①实验方法:以胶原、壳聚糖、β-磷酸三钙制备复合支架,孔隙率≥90%,孔径100 μm;体外培养新西兰大白兔骨髓间充质干细胞并成骨诱导3周,经检测诱导成功后,使之吸附于多孔胶原/壳聚糖/β-磷酸三钙层状梯度修复体上三维立体培养4周.②观察指标:通过倒置相差显微镜、组织学、扫描电镜及免疫组织化学检测修复体三维立体培养对成骨细胞的表型、增殖及功能的影响.结果:①骨髓间充质干细胞经成骨诱导,检测碱性磷酸酶染色阳性,钙结节染色阳性,证实诱导成功.②胶原/壳聚糖/β-磷酸三钙复合支架亲水性好,经诱导的骨髓间充质干细胞吸附于支架表面24h后,顺孔隙迁徙至支架内部,倒置显微镜和扫描电镜观察显示细胞在孔擘贴附良好.③组织学及免疫组织化学检测表明成骨细胞在复合支架上增殖和表型维持稳定,能分泌细胞外基质,Ⅰ型胶原免疫组织化学染色阳性.结论:胶原/壳聚糖/β-磷酸三钙层状梯度修复体与经成骨诱导的骨髓间充质干细胞相容性良好,为修复关节软骨下层骨的进一步研究提供了实验依据.     

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.     

兔骨髓间充质干细胞体外培养定向诱导分化为软骨细胞

背景:骨髓间充质干细胞具有分化为骨、软骨、肌腱、脂肪等组织的多分化潜能.目的:体外培养兔骨髓间充质干细胞并定向诱导分化为软骨细胞,探讨体外诱导分化为软骨的方法和条件.方法:取兔股骨骨髓,全骨髓贴壁法分离培养骨髓间充质干细胞,碱性成纤维生长因子体外培养后,取第3 代细胞在培养基中添加不同质量浓度转化生长因子β1 的软骨分化诱导剂,2 周后倒置显微镜观察细胞形态,甲苯胺蓝染色,RT-PCR技术检测Ⅱ型胶原和聚集蛋白聚糖的表达.结果与结论:可以从兔骨髓中培养出骨髓间充质干细胞,碱性成纤维生长因子能明显的促进骨髓间充质干细胞增殖.经软骨诱导分化后骨髓间充质干细胞呈软骨细胞形态,甲苯胺蓝染色阳性,Ⅱ型胶原和聚集蛋白聚糖的表达阳性.10 μg/L 的转化生长因子β1 诱导成软骨分化能力最强.     

结合转化生长因子β1的肝素化胶原/壳聚糖支架复合脂肪干细胞修复免关节软骨缺损

背景:通过制各肝素化胶原/壳聚糖支架来提高与转化生长因子β1的结合率,将脂肪干细胞种植于该支架材料上后直接种植于体内,可避免体外诱导过程,缩短组织工程构建的时间.目的:探索结合有转化生长因子β1的肝索化胶原/壳聚糖支架与脂肪干细胞复合修复兔软骨缺损的可行性.设计、时间及地点:软骨组织工程体外和体内实验相结合的研究,于2007-09/2008-07在南京大学生命科学院和解放军南京军区南京总医院动物试验中心完成.材料:分离培养兔脂肪间充质干细胞,行体外扩增培养至第3代,达到一定数量后接种于结合有转化生长因子β1的肝素化胶原/壳聚糖支架上得到细胞支架复合物.方法:取30只新西兰大白兔制备兔膝全层软骨缺损模型.随机选取一侧植入细胞支架复合物(实验组),其中15只另一侧植入结合有转化生长因子β1的肝素化胶原/壳聚糖支架(单纯支架组),余15只另一侧不做任何处理,作为空白对照.主要观察指标:于12周取材,从大体和组织学方面观察软骨修复情况.结果:实验组缺损区大部分被修复,缺损区被软骨组织充填,组织学检查提示形成典型的透明样软骨结构.而单纯支架组多不完全充填,其本为纤维组织状物覆盖,组织学检查未见明显软骨修复.空白对照组无明显修复.结论:结合有转化生长因子β1的肝素化胶原/壳聚糖支架与脂肪干细胞复合能较好修复软骨缺损.     

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.     

壳聚糖支架上骨髓间充质干细胞的浓度及黏附生长

背景:组织工程的研究重点是利用少量的细胞经体外培养、扩增后, 在一定环境下附着在三维多孔支架上并良好生长为后期的组织器官重建修复做好基础。目的:对不同浓度兔骨髓间充质干细胞复合至壳聚糖支架用于组织工程再生修复进行评价。方法:取 5×105脱乙酰度为 95%的壳聚糖粉末通过冷冻干燥法制备壳聚糖支架,取 1×106,1×107,1×108,1×109 L-1细胞体积各 100 μL复合至壳聚糖支架后 1,3,5,7,9 d 以光镜,扫描电镜,MTT 法观察骨髓间充质干细胞的生长与分裂增殖情况。结果与结论:壳聚糖海绵状多孔支架为 5 mm×5 mm×3 mm,孔径 190~380 μm,平均孔径 290 μm,孔相通性较好,空隙率为(84.00±4.62)%。细胞/支架共培养 72 h 后各浓度细胞组均可渗入壳聚糖支架多孔结构内黏附生长。1×107,1×108,1× 109 L-1浓度细胞组在支架上成蔟生长,部分细胞与支架融合。结果提示,1×107,1×108L-1组细胞更利于骨髓间充质干细胞在壳聚糖支架的黏附生长,用于组织再生修复。     

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.     

兔骨髓间充质干细胞与异体脱细胞耳软骨支架的体外复合

背景：耳软骨作为脱细胞基质可选择的支架,进行脱细胞处理可去除了软骨细胞的抗原性,从而与种子细胞具有良好的相容性。目的：体外提取、培养兔骨髓基质干细胞,并与异体脱细胞耳软骨支架复合,观察其生物相容性。方法：提取兔骨髓间充质干细胞行体外培养,诱导为软骨细胞,以胰蛋白酶-曲拉通联合法获得脱细胞软骨支架,将两者于体外复合,10d后复合支架固定行组织学染色及扫描电镜观察。结果与结论：兔骨髓间充质干细胞体外诱导14d可形成软骨细胞,Ⅱ型胶原免疫细胞化学示胞浆呈棕黄色;兔耳软骨脱细胞基质呈乳白色,组织学染色及扫描电镜观察示经脱细胞后支架孔隙均匀,结构完整,仍保存大量酸性黏多糖及胶原成分。其孔径长度（33.70±4.33）μm,孔隙率（65.23±7.35）%。复合支架组织学染色及扫描电镜示两者黏附良好,并伴有多量基质分泌。说明兔骨髓间充质干细胞诱导为软骨细胞与异体脱细胞耳软骨有良好的生物相容性。     

壳聚糖复合支架材料的生物学功能：本刊中文部

5 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 推荐理由：实验采用成软骨诱导培养基诱导骨髓间充质细胞为骨软骨祖细胞,联合新型支架材料壳聚糖-胶原蛋白复合物修复兔关节软骨缺损,前期工作表明移植物能够较好的修复软骨缺损,组织学指标达到修复要求,此方法为临床软骨损伤修复提供了思路,具有深入研究的价值。     

胶原-壳聚糖支架与软骨细胞的生长

背景:目前软骨支架材料的种类比较多,但还没有一种材料能完全符合软骨修复的要求。目的:观察在混合材料胶原-壳聚糖支架中软骨细胞的生长情况。方法:采用冷冻干燥法将质量分数为2%胶原与3%壳聚糖混合制备胶原-壳聚糖多孔支架。将分离培养的第2代兔软骨细胞接种到胶原-壳聚糖支架上,对照组将软骨细胞接种到无支架的培养板中。观察支架的孔隙率、吸水性及内部形态结构,MTT法检测软骨细胞在支架上的增殖情况,组织切片苏木精-伊红染色,扫描电镜观察细胞在支架的生长、贴附情况,RT-PCR检测细胞支架复合物蛋白聚糖和Ⅱ型胶原mRNA表达情况。结果与结论:胶原-壳聚糖支架的吸水性为(80.0±0.55)%,孔隙率为(88.5±1.5)%,孔径为100～150μm,复合细胞培养2周后,细胞增殖活力高,软骨细胞分泌的蛋白聚糖和Ⅱ型胶原mRNA表达明显高于对照组。说明质量分数为2%胶原与3%壳聚糖的混合支架适合软骨细胞生长和快速增殖,是一种良好的修复和重建软骨载体。     

胶原-壳聚糖支架与软骨细胞的生长

背景：目前软骨支架材料的种类比较多,但还没有一种材料能完全符合软骨修复的要求。目的：观察在混合材料胶原-壳聚糖支架中软骨细胞的生长情况。方法：采用冷冻干燥法将质量分数为2%胶原与3%壳聚糖混合制备胶原-壳聚糖多孔支架。将分离培养的第2代兔软骨细胞接种到胶原-壳聚糖支架上,对照组将软骨细胞接种到无支架的培养板中。观察支架的孔隙率、吸水性及内部形态结构,MTT法检测软骨细胞在支架上的增殖情况,组织切片苏木精-伊红染色,扫描电镜观察细胞在支架的生长、贴附情况,RT-PCR检测细胞支架复合物蛋白聚糖和Ⅱ型胶原mRNA表达情况。结果与结论：胶原-壳聚糖支架的吸水性为（80.0±0.55）%,孔隙率为（88.5±1.5）%,孔径为100～150μm,复合细胞培养2周后,细胞增殖活力高,软骨细胞分泌的蛋白聚糖和Ⅱ型胶原mRNA表达明显高于对照组。说明质量分数为2%胶原与3%壳聚糖的混合支架适合软骨细胞生长和快速增殖,是一种良好的修复和重建软骨载体。     

壳聚糖支架上骨髓间充质干细胞的浓度及黏附生长

背景：组织工程的研究重点是利用少量的细胞经体外培养、扩增后, 在一定环境下附着在三维多孔支架上并良好生长为后期的组织器官重建修复做好基础。目的：对不同浓度兔骨髓间充质干细胞复合至壳聚糖支架用于组织工程再生修复进行评价。方法：取 5×105脱乙酰度为 95%的壳聚糖粉末通过冷冻干燥法制备壳聚糖支架,取 1×106,1×107,1×108,1×109 L-1细胞体积各 100 μL复合至壳聚糖支架后 1,3,5,7,9 d 以光镜,扫描电镜,MTT 法观察骨髓间充质干细胞的生长与分裂增殖情况。结果与结论：壳聚糖海绵状多孔支架为 5 mm×5 mm×3 mm,孔径 190~380 μm,平均孔径 290 μm,孔相通性较好,空隙率为（84.00±4.62）%。细胞/支架共培养 72 h 后各浓度细胞组均可渗入壳聚糖支架多孔结构内黏附生长。1×107,1×108,1× 109 L-1浓度细胞组在支架上成蔟生长,部分细胞与支架融合。结果提示,1×107,1×108L-1组细胞更利于骨髓间充质干细胞在壳聚糖支架的黏附生长,用于组织再生修复。     

仿生支架材料骨形态发生蛋白7多肽/壳聚糖/纳米羟基磷灰石/胶原的制备及其细胞相容性

背景:目前骨组织工程常用的支架材料主要有无机材料、有机高分子材料及天然衍生材料等,上述材料各有优缺点,为了充分发挥各类材料的优势,弥补其不足,目前多采用联合材料制备复合支架。目的:制备新型仿生支架材料骨形态发生蛋白7多肽/壳聚糖/纳米羟基磷灰石/胶原,并观察其对骨髓间充质干细胞增殖、黏附及分化的影响。方法:制备壳聚糖/纳米羟基磷灰石/胶原复合支架材料,扫描电镜观察支架材料表面微观形貌;采用真空吸附法将骨形态发生蛋白7多肽与支架材料复合,高效液相色谱仪检测骨形态发生蛋白7多肽在体外的释放规律;将骨髓间充质干细胞接种到复合骨形态发生蛋白7多肽的仿生支架材料上,以未复合多肽的支架材料作为对照,检测支架材料表面细胞增殖、黏附率、生长形态及碱性磷酸酶活性。结果与结论:壳聚糖/纳米羟基磷灰石/胶原支架材料呈多孔状,孔径10~100μm;骨形态发生蛋白7多肽可以从支架材料中缓慢释出;在复合多肽的仿生支架材料表面,骨髓间充质干细胞的黏附及向成骨细胞方向分化能力均明显强于对照组(P<0.05),而增殖能力与对照组差异无显著性意义(P>0.05)。说明新型仿生支架材料骨形态发生蛋白7多肽/壳聚糖/纳米羟基磷灰石/胶原是一种理想的骨组织工程支架材料,具有良好的细胞相容性。     

胶原/羟基磷灰石复合支架负载软骨细胞构建组织工程软骨

背景:新型复合软骨组织工程支架克服了传统支架的诸多不足,如组织相容性差、生物力学性能不足、降解过快、材料单一、难与关节软骨的分层结构相匹配等,为软骨组织工程的发展提供新的途径。目的:观察具有柱状分层结构的胶原/羟基磷灰石复合支架对软骨细胞的吸附作用,以及对软骨细胞生物学性状的影响,评价其作为软骨组织工程支架的可行性与价值。设计:开放性实验。单位:中山大学附属第三医院骨科,华南理工大学材料学院。材料:实验于2004-06/11在中山大学附属第三医院动物实验中心完成。选取2周龄普通级健康新西兰白兔1只,雄性,饲养环境温度20℃,湿度40%。方法:①在羟基磷灰石中加入少量的去离子水,分散后加入I型胶原溶液搅拌复合,并按一定比例加入碳二亚氨,调配形成不同比例的胶原/羟基磷灰石复合物,并逐层加入模具,最上层采用纯胶原,底层为纯羟基磷灰石。将制备好的柱状分层的胶原/羟基磷灰石复合材料冷冻干燥后,经环氧乙烷气体消毒后备用。②体外培养幼兔关节软骨细胞并扩增,吸附于多孔胶原/羟基磷灰石复合支架上三维立体培养,通过相差倒置显微镜、组织学、扫描电镜及免疫组织化学检测支架对软骨细胞的表型、增殖及功能的影响。主要观察指标:①胶原/羟基磷灰石多孔支架的形貌观察。②体外培养的软骨细胞生物学性状观察。③胶原/羟基磷灰石多孔支架材料与软骨细胞相容性的观察。结果:①胶原/羟基磷灰石多孔支架的形貌观察:胶原/羟基磷灰石为具有一定力学强度的柱状分层的三维多孔支架,最上层为纯胶原,底层为纯羟基磷灰石,中间为胶原与羟基磷灰石复合。扫描电镜可见支架内具有不规则的通孔结构,孔径较均匀,相互连通,平均孔径约为147μm。②体外培养的软骨细胞生物学性状观察:刚分离的软骨细胞为球形,活细胞率达95%。24h后细胞开始贴壁,逐渐伸展为三角或多角形,内含分泌颗粒。细胞保持单层生长,传代后增殖速度加快,4d铺满培养瓶。随着传代次数的增加,增殖速度开始减慢,当传到第6代时,细胞分裂能力明显下降,细胞变形明显,体积变大,梭形为主,边沿模糊,折光性弱,表现出细胞老化和向成纤维细胞反分化的趋势。③胶原/羟基磷灰石多孔支架材料与软骨细胞相容性的观察:多孔胶原/羟基磷灰石复合支架亲水性好,软骨细胞吸附于支架表面,增殖并逐渐顺孔隙迁徙至支架内部,在孔壁贴附良好,表型维持稳定,分泌胞外基质。结论:柱状分层结构的胶原/羟基磷灰石复合支架具有良好的细胞相容性,较单纯胶原力学性能更强,是比较理想的软骨组织工程支架材料。     

仿生支架材料骨形态发生蛋白7多肽/壳聚糖/纳米羟基磷灰石/胶原的制备及其细胞相容性

背景：目前骨组织工程常用的支架材料主要有无机材料、有机高分子材料及天然衍生材料等,上述材料各有优缺点,为了充分发挥各类材料的优势,弥补其不足,目前多采用联合材料制备复合支架。目的：制备新型仿生支架材料骨形态发生蛋白7多肽/壳聚糖/纳米羟基磷灰石/胶原,并观察其对骨髓间充质干细胞增殖、黏附及分化的影响。方法：制备壳聚糖/纳米羟基磷灰石/胶原复合支架材料,扫描电镜观察支架材料表面微观形貌;采用真空吸附法将骨形态发生蛋白7多肽与支架材料复合,高效液相色谱仪检测骨形态发生蛋白7多肽在体外的释放规律;将骨髓间充质干细胞接种到复合骨形态发生蛋白7多肽的仿生支架材料上,以未复合多肽的支架材料作为对照,检测支架材料表面细胞增殖、黏附率、生长形态及碱性磷酸酶活性。结果与结论：壳聚糖/纳米羟基磷灰石/胶原支架材料呈多孔状,孔径10~100μm;骨形态发生蛋白7多肽可以从支架材料中缓慢释出;在复合多肽的仿生支架材料表面,骨髓间充质干细胞的黏附及向成骨细胞方向分化能力均明显强于对照组（P〈0.05）,而增殖能力与对照组差异无显著性意义（P〉0.05）。说明新型仿生支架材料骨形态发生蛋白7多肽/壳聚糖/纳米羟基磷灰石/胶原是一种理想的骨组织工程支架材料,具有良好的细胞相容性。     

In vitro and in vivo co‐culture of chondrocytes and bone marrow stem cells in photocrosslinked PCL–PEG–PCL hydrogels enhances cartilage formation

Chondrocytes (CH) and bone marrow stem cells (BMSCs) are sources that can be used in cartilage tissue engineering. Co‐culture of CHs and BMSCs is a promising strategy for promoting chondrogenic differentiation. In this study, articular CHs and BMSCs were encapsulated in PCL–PEG–PCL photocrosslinked hydrogels for 4 weeks. Various ratios of CH:BMSC co‐cultures were investigated to identify the optimal ratio for cartilage formation. The results thus obtained revealed that co‐culturing CHs and BMSCs in hydrogels provides an appropriate in vitro microenvironment for chondrogenic differentiation and cartilage matrix production. Co‐culture with a 1:4 CH:BMSC ratio significantly increased the synthesis of GAGs and collagen. In vivo cartilage regeneration was evaluated using a co‐culture system in rabbit models. The co‐culture system exhibited a hyaline chondrocyte phenotype with excellent regeneration, resembling the morphology of native cartilage. This finding suggests that the co‐culture of these two cell types promotes cartilage regeneration and that the system, including the hydrogel scaffold, has potential in cartilage tissue engineering. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

Design,construction, and biological testing of an implantable porous trilayer scaffold for repairing osteoarthritic cartilage

Various tissue engineering systems for cartilage repair have been designed and tested over the past two decades, leading to the development of many promising cartilage grafts. However, no one has yet succeeded in devising an optimal system to restore damaged articular cartilage. Here, the design, assembly, and biological testing of a porous, chitosan/collagen‐based scaffold as an implant to repair damaged articular cartilage is reported. Its gradient composition and trilayer structure mimic variations in natural cartilage tissue. One of its layers includes hydroxyapatite, a bioactive component that facilitates the integration of growing tissue on local bone in the target area after scaffold implantation. The scaffold was evaluated for surface morphology; rheological performance (storage, loss, complex, and time‐relaxation moduli at 1 kHz); physiological stability; in vitro activity and cytotoxicity (on a human chondrocyte C28 cell line); and in vivo performance (tissue growth and biodegradability), in a murine model of osteoarthritis. The scaffold was shown to be mechanically resistant and noncytotoxic, favored tissue growth in vivo, and remained stable for 35 days postimplantation in mice. These encouraging results highlight the potential of this porous chitosan/collagen scaffold for clinical applications in cartilage tissue engineering.     

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。