组织工程骨血管化的监测

组织工程化人工骨修复骨缺损的关键环节是它的血管化，组织工程骨血管化的监测应当遵循灵敏、可定量、无创、无辐射、低成本的原则。本文对目前常用的一些监测方法进行综述，通过对比不同方法的优缺点，认为磁共振灌注法是监测组织工程骨血管化为适宜的方法下一步研究的方向。     

组织工程骨血管化策略的研究进展

骨组织工程的发展为大段骨缺损的修复提供了新的途径,众多的动物实验研究和逐渐兴起的临床应用研究已充分显示出其巨大的应用前景。然而,组织工程骨细胞支架复合物在植入体内后,尤其植入血供不佳的受区时,因不能及时地与机体建立起血供连接,使得成骨效果不稳定。近年来的研究表明,组织工程骨的血管化已成为构建大段组织工程骨的一个关键因素。我们对组织工程骨血管化策略的研究进展进行综述。     

组织工程骨血管化的研究进展

组织工程骨具有巨大的临床需要及应用前景,用组织工程骨（tissue engineering bone,TEB）修复骨缺损的研究方兴未艾.目前大部分的研究都停留在小动物（如鼠、兔）体内原位或异位成骨,修复部位大都为非负重骨缺损,新生的骨组织还不能满足临床应用的需要.目前应用大块TEB修复大段骨缺损时,其核心部位往往发生缺血坏死,使修复归于失败,其主要原因在于未能很好解决TEB的血管化问题。     

磁共振灌注成像监测组织工程骨血管化的研究

目的探讨磁共振灌注成像在组织工程骨血管化监测中的应用价值。方法成年恒河猴体内制备胫骨20mm的骨缺损，随机分为5组，A组：／β-磷酸三钙（β-TCP）＋骨髓基质干细胞（BMSCs）＋血管束；B组：β-TCP＋血管束；C组：β-TCP＋BMSCs；D组：β-TCP；E组：空白对照。术后4、8、12周行磁共振灌注成像检查并计算信号强度-时间（SI—T）曲线的最大线性斜率（SSmax）和基线值（SIbascline），拍摄恒河猴胫骨x线片并计算其透光度。结果术后4、8、12周A组的SSk值最高，术后8周与4周相比SSmax有较大幅度的提高（P〈0．01）。术后12周A组5个样本的SSmax与X线片透光度呈负相关（r=-1．0，P〈0．01）。结论SI-T曲线的SSmax能准确反映组织工程骨的血管化情况，磁共振灌注成像检查具有无创、无辐射、高灵敏度和定量分析的优点。     

利用显微外科技术促进组织工程骨血管化的研究进展

1引言 由创伤、感染、肿瘤、先天畸形等各种疾病造成的大段骨缺损一直是修复外科领域所面临的难题。临床治疗骨缺损大多采用自体骨或同种异体骨移植的方法,但自体骨移植具有以创伤修复创伤及供体来源不足等诸多缺陷,而同种异体骨移植也有来源受限、价格昂贵、成骨能力较差、易被吸收、免疫排异反应剧烈、可能传播严重疾病等缺陷,这些都限制了大段骨缺损的修复［1］。     

活性维生素D促组织工程骨血管化

目的探讨以1,25-(OH)2D3为活性因子,与人骨髓间质成骨细胞(human marrow stromal osteoblast,hMSO)、脐静脉血管内皮细胞(human umbilical vein endothelial cell,hUVEC)、珊瑚羟基磷灰石人工骨(coral hydroxyapatite,CHA)联合构建组织工程骨的异位成骨能力和体内快速血管化能力。方法体外分离、培养hMSO和hUVEC。hMSO以5×105/ml,hUVEC以2.5×105/ml按2∶1比例接种至经1,25-(OH)2D3处理过的CHA上,为实验组;相同比例hMSO和hUVEC接种于单纯CHA作为对照组。体外培养3d后,18只裸鼠背部皮下其中6只双侧均植入实验组组织工程骨1块,6只双侧均植入对照组组织工程骨1块,余6只植入实验组及对照组组织工程骨每侧1块。术后4、8、12周后取材,行大体观察、常规组织学、扫描电镜观察,并行植入物成骨的定量判断和新生血管定量分析。结果组织学观察可见,4周时,各组原始类骨组织均长入支架材料内部,实验组有大量不成熟骨组织伴随众多微血管出现;8周,骨组织成熟与微血管相伴出现;12周,各组均有成熟骨组织出现,实验组有典型骨单位。对照组在各时间点微血管量均少于实验组。扫描电镜观察:4周,实验组大量细胞外基质将细胞包埋,材料表面可见大量微血管并有部分穿入材料内部;对照组虽然细胞外基质也较丰富,但微血管量少;8周,实验组部分材料表面出现了束状条索样的类骨质结构,细胞外基质丰富,可见大量微血管相伴出现;对照组微血管量少,骨组织成熟度亦差。植入物成骨的定量判断,8周实验组为3.10±0.52,对照组为2.30±0.59;12周实验组为4.63±0.55,对照组为3.53±0.62;两时间点两组比较差异均有统计学意义(P<0.05)。新生血管定量分析,4周实验组为28.74%±7.81%,对照组为19.52%±4.57%;8周实验组为24.66%±7.38%,对照组为17.84%±5.22%;两时间点两组比较差异均有统计学意义(P<0.05)。结论1,25-(OH)2D3作为活性因子通过加强hMSO与hUVEC之间的相互作用,增强了构建的组织工程骨的异位成骨能力和快速血管化能力。     

组织工程骨血管化机理及策略的研究进展

1前言 组织工程学是应用生命科学和工程学的原理和方法，研究、开发用于修复、增进或改善人体各种组织或器官损伤后功能和形态的生物替代品的一门新兴科学。于19世纪80年代兴起，由Langer和Vacanti首先提出，尽管起步较晚，却已成为生命科学中的一大热门研究。但近期的一项调查结果显示组织工程在“缩水”。有人通过对全球知名组织工程科研机构的非连续4年的相关数据做了比较：     

恒河猴体内组织工程骨血管化监测的实验研究

目的探讨不同方法监测组织工程骨血管化的优缺点,寻找较好的监测方法。方法在13只成年恒河猴的25侧胫骨上制备2cm的骨膜与骨缺损模型,根据骨缺损充填材料不同随机分为五组(每组5侧),A组：β-磷酸三钙(β-TCP) 骨髓基质下细胞(BMSCs) 血管束；B组：β-TCP 血管束；C组：β-TCP BMSCs；D组：β-TCP；E组：空白对照。术后4、8、12周行磁共振灌注成像检查并计算信号强度-时间(SI-T)曲线的最大线性斜率(SS_(max))和基线值(SI_(baseline)),拍摄恒河猴胫骨X线片并计算其透光度,行放射性核素骨显像检查并计算摄取比值,同时进行组织学检查。结果术后4、8、12周A组的SS_(max)值最高,术后8周与4周相比SS_(max)有较大幅度的提高(P=0．003)。术后12周A组5个样本的SS_(max)与X线片透光度呈负相关(rs=～0．892,P=0．042),与血管面积比值呈正相关(rs=0．894,P=0．041)。结论SI-T曲线的SS_(max)能够准确地反映组织工程骨的血管化情况,磁共振灌注成像检查具有无创、无辐射、高灵敏度和定量分析的优点。     

组织工程化人工骨血管化研究

目的 比较三种促进组织工程化人工骨体内血管化方法的效果及研究血管化与成骨的相关关系。方法 将HA/β-TCP与PDLLA形成复合支架材料，再复合Ⅰ型胶原、rhBMP-2，与成骨细胞联合培养，仿生制备成组织工程化人工骨，采用包裹带血管蒂筋膜，复合血管内皮细胞或两者联合的促血管化手段。将人工骨修复兔桡骨干骨膜-骨完全缺损，手术后4、8、12周，观察移植物组织学，体视学方法观察血管化，成骨作用及其两者的关系。结果 3种方法均有促血管作用。其优劣依次为；材料包裹带血管蒂筋膜及复合血管内皮细胞大于材料单纯复合血管内皮细胞，后者又大于材料单纯包裹带血管蒂筋膜，术后4周为快速血管化阶段。4-8周间血管化有平缓发展，12周完全血管化，血管化与新骨生成数量成正相关。结论 促血管化手术对组织工程化人工骨移植修复骨缺损的效果起重要促进作用。     

低强度脉冲超声波促进组织工程骨血管化重建的研究进展

组织工程骨修复骨缺损过程中血管化构建一直是骨科领域的一个难题,随着对骨折修复分子生物学机制的深入研究,以及对骨折愈合机制认识的不断加深,发现血管化是制约组织工程骨修复骨缺损速度与程度的重要因素[1].构建组织工程骨血管化的方法很多,如血管束植入、血管蒂筋膜瓣包裹术或肌肉瓣预制术等均不十分令人满意.     

神经化组织工程骨构建的初步观察

目的评估两种组织工程骨体内神经化重建方法的成骨效果,研究神经化与成骨的相互关系。方法26只新西兰大白兔,其中24只随机分成四组:组织工程骨组(A组),感觉神经束植入组(B组),运动神经束植入组(C组),血管束植入组(D组);另2只为空白对照组。每只动物均制备左侧股骨长1.5cm的段缺性骨与骨膜缺损,钢板固定后骨缺损处分别植入用四种方法制备的组织工程骨。植入的神经分别是隐神经和股神经肌支。术后4、8、12周摄股骨正位X线片,用放射影像学评分和X线阻射影分析比较骨缺损修复情况。结果在组织工程骨中植入感觉神经束后,比单纯组织工程骨和运动神经束植入的修复效果均有明显提高,而在组织工程骨中植入运动神经束与单纯组织工程骨修复骨缺损的效果相比较无明显差异,感觉神经束植入与血管束植入的成骨效果比较无明显差异,血管束植入组的成骨效果优于其它两组。结论利用感觉神经束植入的方法可以提高组织工程骨的成骨作用,而植入运动神经束却无此作用。     

低温保存对组织工程骨特性影响的实验研究

目的 了解不同低温保存方法对组织工程骨支架生物特性和成骨细胞功能的影响。方法 组织工程骨分别在4℃和-196℃环境下保存3，6个月，以未行保存的组织工程骨和单纯生物衍生骨作为对照。实验分为7组，组织工程骨4℃保存3个月为A3组，保存6个月为A6组，-196℃保存3个月为B3组，保存6个月为B6组，未行保存的组织工程骨为C组，单纯生物衍生骨组为D组，新鲜人体骨为S组（仅作生物力学）。观察细胞的黏附与生长，并行材料的生物力学、碱性磷酸酶活性（ALP）、细胞表面的整合素α2β1表达量、Ⅰ型胶原、钙化能力和成骨细胞成活率等检查。结果 所有组织工程骨各组均可见成骨细胞在材料表面黏附，细胞在材料孔隙内生长、分化和增殖；材料的力学性能检测显示A3、A6、B3、B6、D组各组间最大载荷比较，差异无统计学意义（P〉0．05）；A3、A6、B3、B6、D组分别与S组比较，差异有统计学意义（P〈0．05）；各组成骨细胞ALP活性、细胞表面的整合素α2β1表达量、Ⅰ型胶原、钙化能力和成骨细胞成活率依次为C组〉B3组〉B6组〉A3组〉A6组。结论 4℃保存方法和-196℃保存方法对生物衍生骨的生物力学性能无明显的影响。4℃保存方法和-196℃保存方法对细胞的存活率和细胞的生物活力有明显的影响，但均能在一定程度上保存细胞的存活率和的细胞的生物活力。-196℃保存方法优于4℃保存方法，但4℃保存方法操作简单、方便和经济。     

组织工程骨对羊节段性骨缺损的修复

目的探讨自体骨髓间充质干细胞(MSCs)复合生物活性陶瓷材料β磷酸三钙(TCP)修复羊跖骨节段性缺损的能力。方法将24只成年中国美利奴绵羊随机分成3组，制备单侧跖骨21mm长节段性缺损，缺损分别采用相应方法修复：材料 细胞组，缺损区植入β-TCP MSCs复合体(n=10)；单纯材料组，缺损区植入单纯β—TCP(n=10)；空白组，缺损区不作处理(n=4)。术后1、3和6月处死动物并取材，做大体形态学、组织学、X线检查。结果术后6月检查结果显示，在材料 细胞组，骨生成能力明显强于单纯材料组；而空白组仅在骨折断面处生成少量松质骨，骨缺损不能修复。结论生物活性陶瓷β—TCP与MSCs结合能明显提高骨生成速度，在修复长骨干节段性缺损方面具有潜在的临床应用价值。     

体外构建与体内构建组织工程骨的血管化研究

目的比较骨髓基质干细胞(BMSCs)与生物衍生骨体内、体外复合所构建的组织工程骨修复山羊胫骨大段骨-骨膜缺损的血管化进程以及血管化与成骨的关系,以探讨修复大段负重骨缺损的最佳途径。方法22只山羊制备成胫骨中段20mm的骨-骨膜缺损,随机分为2组,分别植入BMSCs与生物衍生骨体外构建和体内构建的组织工程骨,常规钢板螺钉内固定,在2、4、6、12周时间点分别用墨汁灌注透明标本、血管面积图像分析和X线片观察血管化过程及成骨情况。结果体外构建组与体内构建组血管化进程无明显区别,各时间点血管面积差异无显著性意义(P>0.05),12周均能达到完全血管化,但X线片见体外构建组新骨形成较快,缺损区密度高,体内构建组以上各变化较前者慢大约2～4周。结论BMSCs与生物衍生骨体外构建和体内构建的组织工程骨均能快速血管化并成骨,但是体内构建方式成骨较体外构建慢。     

三种不同方式构建组织工程软骨修复犬膝关节骨软骨缺损对比的实验研究

[目的]通过对比三种不同方式构建的骨软骨复合体修复比格犬膝关节骨软骨缺损的修复情况,探讨构建组织工程化软骨的最佳可行性方案.[方法]本研究分别采用体外单体培养、分体培养、生物反应器内分体培养体内构建三种方式构建骨软骨复合体,模仿马赛克移植术植入比格犬膝关节骨软骨缺损处,通过大体观察、组织学分析观察其修复情况.[结果]术后3个月,3种方式构建的骨软骨复合体均不同程度修复了犬关节软骨缺损,采用生物反应器内分体培养体内构建方式修复骨软骨缺损效果优于前两种方式.[结论]灌注型生物反应器使软骨和成骨细胞在三维载体内存活并增殖,提高细胞在载体内的复合效率,软骨修复情况优于前两种方法.     

组织工程骨修复兔颅骨缺损的实验研究

目的　探讨组织工程化骨修复骨缺损实用价值。方法　将自体成骨样细胞即刻种植在胶原包埋的聚羟基乙酸（PGA）基质材料上,然后将该复合体或单纯基质材料移植到兔颅骨的一侧全层骨缺损区,作为实验侧Ⅰ或实验侧Ⅱ。对侧设对照,不作任何植入。将40只新西兰兔分别于术后2、6、8、12w处死,标本行大体组织学检查,X线摄片及灰量测定检查。结果　术后2w实验侧I缺损区可见骨小梁形成,且各期成骨面积明显优于实验侧Ⅱ及对照侧,另外,植入材料内的灰量测定结果及X线摄片结果也表明实验侧I成骨量明显大于实验侧Ⅱ（p<0.01）,而对照侧为纤维组织修复。结论　应用胶原包埋PGA加成骨样细胞复合体移植可修复自体的兔颅骨缺损,为组织工程化骨在颅面外科及整形外科领域的临床应用奠定了基础。     

组织工程骨-80 ℃低温保存的初步研究

目的：了解不同冻存方法对组织工程骨生物活性的影响。方法：以骨髓基质干细胞（marrow stromal cells，MSCs）复合部分脱蛋白骨培养制备组织工程骨，实验分为：A组，组织工程骨用添加冻存保护荆的保存液保存；B组，组织工程骨用不添加冻存保护荆的保存液保存；C组，组织工程骨未行低温保存；D组。单纯MSCs培养。A组和B组的组织工程骨于-80℃深低温保存3个月，3个月后复温冻存的组织工程骨。扫描电镜观察MSCs的黏附和分布情况，MTT法检测细胞活力，对硝基苯磷酸法检测碱性磷酸酶（alkaline phosphatase，AIP）活性，流式细胞仪分析细胞周期。结果：MSCs在材料表面和孔隙内均可黏附和分布，黏附于材料的细胞活力大小依次为C组〉A组〉B组（P〈0．01，P〈0．05）。黏附于材料的细胞AIP活性大小依次为C组〉A组〉B组（P〈0．01）。各组细胞周期未见明显变化，未见异倍体细胞。结论：选择适宜的冻存保护荆对组织工程骨的生物活性有一定的保护作用。     

A comparative study of three biomaterials in an ovine bone defect model

BACKGROUNDPolyetheretherketone (PEEK), and more recently titanium-coated PEEK, have been given serious consideration as biomaterial design choices for spinal interbody implants. Shortcomings in these materials necessitate further innovation into materials research, for example, on PEKK. Common complications such as surface delamination (as with titanium coating) and lack of bone apposition (as with PEEK) indicate the need for a new material that inherently displays preferable bone growth characteristics without sacrificing structural integrity.PURPOSETo compare three biomaterials with respect to their osseointegrative capacity.STUDY DESIGNEvaluate the in vivo material characteristics of three separate biomaterials in an ovine bone defect model: PEEK, titanium-coated PEEK (Ti-coated PEEK), and 3D-printed PEKK. Biomechanical, histologic, and radiographic testing was the basis for evaluation and material characterization.METHODSEight ovine specimens were implanted with one of each of the three types of biomaterials tested in both left and right epicondyles using a femoral bone defect model, and were sacrificed at 8 and 16 weeks. Implants were then analyzed using a push-out method, histologic staining, and various radiographic tests. Industry funding was provided for the completion of this research study, followed by an independent third party review of all relevant data for publication.RESULTSPEKK implants demonstrated bone ingrowth, no radiographic interference, no fibrotic tissue membrane formation, significant increase in bony apposition over time, and significantly higher push-out strength compared to standard PEEK. The PEKK implant displayed bone growth characteristics comparable to Ti-coated PEEK with significant improvements in implant integrity and radiographic properties.CONCLUSIONThis study found that PEKK displayed preferable characteristics when compared to PEEK and Ti-coated PEEK, and is therefore a potential alternative to their use.     

比较带蒂筋膜瓣包裹接种自体红骨髓的组织工程骨修复骨缺损时促血管化成骨与膜诱导成骨作用

目的比较带蒂筋膜瓣包裹组织工程骨在修复骨缺损时促血管化成骨与膜诱导成骨的作用,为临床修复骨缺损提供参考依据。方法采用兔自体红骨髓(autologous red bone marrow,ARBM)及含重组人BMP-2的骨诱导活性材料构建组织工程骨。将4～5月龄新西兰大白兔60只(体重2.0～2.5 kg),随机分为A、B、C 3组,A组16只,B、C组各22只。制备长1.5 cm的右尺骨长段骨-骨膜完全缺损模型,A组于骨缺损处植入组织工程骨;B、C组在骨缺损邻近处制备一筋膜瓣包裹组织工程骨后植入骨缺损,B组将筋膜瓣蒂部切断形成游离筋膜瓣,C组为带蒂筋膜瓣。术后4、8、12、16周,每组随机取4只实验动物,取骨缺损区组织进行大体观察、组织学及免疫组织化学染色观察;8、12、16周B、C组各另取2只实验动物行腋动脉墨汁灌注观察。结果大体观察示,术后4、8周A组有纤维结缔组织形成,B、C组筋膜瓣形成类似骨膜样纤维组织,其中B组有软骨样组织形成,C组有新生骨形成;12、16周A组骨痂形成少,B组新生骨较多,C组骨干形成。组织学观察示,术后4、8周A、B组新生血管和骨小梁极少,C组血管丰富且成熟骨小梁及软骨组织形成;12、16周A组新生血管及骨小梁仍较少,B组血管数量较多且成熟骨小梁显著增加,髓腔结构形成但闭阻;C组血管数量减少,成熟骨结构形成,骨髓腔再通。免疫组织化学染色示,C组各时间点CD105、CD34、Ⅷ因子表达均高于A、B组。骨形态计量分析显示,术后各时间点C组新生骨小梁体积明显大于A、B组(P<0.05);A、B组间除4周差异无统计学意义(P>0.05)外,其余时间点差异均有统计学意义(P<0.05)。血管图像分析显示术后各时间点C组骨修复区内血管再生面积比值明显大于A、B组(P<0.05)。墨汁灌注检查示,各时间点B组成骨区为稀疏的墨染区;C组成骨区墨染数量多且较密集,8周达高峰,之后逐渐减少。结论 带蒂筋膜瓣包裹复合自体ARBM的组织工程骨,早期以促血管化成骨作用占主导地位,后期血管化成骨作用逐渐消失,以膜诱导成骨作用为主。