负载BMP的新型组织工程骨的构建及骨缺损修复实验

目的 探讨以聚乳乙醇酸(poly-(D,L-lactide-co-glycolide),PLGA)、骨形态发生蛋白(BMP)、骨髓基质干细胞(BM-SCs)构建成新型组织工程骨并观察其在动物体内的成骨能力。方法 制作新西兰大白兔右桡骨中段15mm骨缺损实验模型,随机分为实验组、对照组和空白组,实验组植入同时负载5mgBMP及1×10⁶个已向成骨细胞诱导的BMSCs的PLGA、对照组植入负载1×10⁶个已向成骨细胞诱导的BMSCs的PLGA、空白组仅植入PLGA。术后对动物进行大体观察、摄X线片观察各组不同时相骨缺损修复情况、比较不同时相的骨缺损区X线阻射密度、并于术后第4、8、12周取出骨缺损区标本进行大体观察和组织学切片观察,图像分析骨小梁的生成数量。结果 实验组在12周内骨缺损完全修复,且同时期内新生骨的数量和质量显著优于对照组,空白材料组骨缺损主要由纤维结缔组织填充。结论 利用含BMP的PLGA支架与BMSCs复合构建的新型组织工程骨具有良好的骨缺损修复能力。     

负载BMP-2组织工程骨修复骨缺损的研究进展

组织工程骨修复骨缺损是当前研究的热点。骨形态发生蛋白(BMP)具有强大的促成骨活性,能够诱导间充质细胞不可逆地分化为骨、软骨组织;BMP-2是成骨能力最强的BMP之一,目前已被广泛应用于骨组织工程领域,并且展现出良好的应用前景。在此分析了近年来BMP-2在骨组织工程中应用研究的文献,概述国际上关于负载BMP-2组织工程骨研究现状及临床应用进展。     

兔MSCs-PGA复合物在RCCS中的成骨潜能

目的：探讨联合应用兔骨髓基质干细胞（MSCs）、聚乙醇酸（PGA）支架材料和成骨诱导因子在旋转式细胞培养系统（RCCS）中构建组织工程化骨的可行性。方法：利用密度梯度离心法分离培养兔骨髓基质干细胞，采用动力接种方法形成骨髓基质干细胞-PGA支架复合物，以成骨条件培养液为生长介质，在RCCS中进行培养。用趋骨性荧光素四环素标记、茜素红染色以及扫描电镜、透射电镜观察，研究细胞-PGA支架在RCCS中的成骨潜能。结果：组织化学研究显示，兔骨髓基质干细胞-PGA支架结构中RCCS中培养第7d时，茜素红钙质染色呈弱阳性反应，至第21d及28d时，茜素红钙质染色呈强阳性反应。荧光显微锏上，培养组织趋骨性荧光素四环素标记呈现金黄色荧光，荧光亮度与分泌物堆积程度成正相关，与钙质染色阳性反应结果一致。超微结构观察，见骨髓基质干细胞合成分泌胶原纤维，释放基质小泡，并出现钙盐沉积，形成丛毛球状钙球，最终形成骨组织。结论：在旋转式细胞培养系统中，骨髓基质干细胞-PGA支架结构具有形成类似活体骨组织特征的组织工程化骨的潜能。     

组织工程化骨组织诱导脊柱融合的实验研究

目的：在体外构建一种自体骨组织替代物,回植入体内,以期诱导兔脊柱融合。方法：体外培养兔的骨髓基质干细胞,基因重组工程生产出具有诱骨活性的重组人骨形态发生蛋白-4（recombinant human bone morphogenetic protein-4,rhBMP-4）,采用真空冷冻抽干技术将一定量的rhBMP-4和Ⅰ型胶原结合,构建出一种新的载体,并将一定量的骨髓基质干细胞吸附在载体上。建立兔脊柱关节突融合的动物模型,实验组植入复合rhBMP-4和骨髓基质干细胞的Ⅰ型胶原,对照组只采用Ⅰ型胶原和骨髓基质干细胞,植入兔脊柱的关节突之间来诱导脊柱融合。结果：应用rhBMP-4和Ⅰ型胶原组新骨形成良好,此侧的脊柱融合良好,而对侧无明显的骨组织形成。结论：应用含有骨生长因子、骨前体细胞和胶原载体的复合物是一种较为理想的自体骨组织替代物。     

组织工程骨在颅颌面骨缺损临床修复中的应用

目的 探索人自体骨髓基质干细胞(hBMS6C)为种子细胞的组织工程骨在治疗临床颅颌面骨缺损中的可行性。方法 自1999到2002年问,选择颅颌面骨缺损病11例(外伤性颅骨缺损4例,先天性梨状孔周围骨凹陷畸形7例)进行治疗研究。从患者髂前上棘穿刺取骨髓,密度梯度离心法分离hBMSC,经体外成骨诱导和扩增至第3代。将诱导的hBMSC,与部分脱钙骨(partly demineralized bone mattix,pDBM)复合,并于体外培养一周后,手术回植骨缺损区。选择3例梨状孔凹陷畸形患者,在凹陷明显侧植入hBMSC／pDBM复合物,对侧轻度凹陷区仅植入单纯pDBM。分别于术后1,3,6,12,24,48,50个月进行临床外形和三维CT检查随访。2例患者在Ⅱ期手术时,取少量植入物活检,行组织学(HE染色),免疫组织化学(骨桥蛋白、骨粘连蛋白)检测。结果 患者三维CT检查结果示术后3～6月能形成组织工程化骨,并修复骨组织缺损。术后1～2．5年的随访表明组织工程骨稳定存在,无明显骨吸收现象,临床治疗效果稳定。组织工程骨活检标本HE染色显示其组织学结构与正常松质骨相同,并有典型软骨内化骨现象。免疫组织化学显示有骨桥蛋白、骨粘连蛋白阳性表达。而植入的单纯部分脱钙骨于术后3～6月吸收,组织学显示为脱钙骨降解碎片和纤维组织的混合物。结论 以自体hBMSC为种子细胞,利用组织工程技术可在人体内形成稳定的工程化骨组织,并临床修复颅颌面骨组织缺损。这项研究的结果为组织工程骨的临床大规模应用奠定了坚实的基础。     

pcDNA3.1-VEGF165转染BMSCs构建组织工程骨修复骨缺损的实验研究

目的：依据组织工程的原则,首先将pcDNA3.1-血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor, VEGF）165质粒转染至骨髓间充质干细胞（bone marrow stromal cells ,BMSCs）,然后将其与纳米羟基磷灰（nano-hydroxyapatite,n-HA) /羧甲基壳聚糖（carboxymethyl chitosan,CMCS）支架材料复合构建组织工程骨,观察该组织工程骨在兔桡骨骨缺损模型处的成骨能力及降解速度。 方法：采用化学共沉淀法制备纳米羟基磷灰石,以京尼平（Genipin）为交联剂,通过粒子沥滤结合冷冻干燥工艺制备纳米羟基磷灰石/羧甲基壳聚糖复合支架材料。采用扫描电镜观察其微观结构;三点弯曲法测试其力学性能;通过细胞形态分析测试其体外细胞毒性;激光共聚焦显微镜观察其荧光性能。根据设计的引物反转录合成VEGF165,pcDNA片段,构建pcDNA3.1-VEGF165质粒。骨髓间充质干细胞取自兔骨髓,培养、传代,采用电转法将 pcDNA3.1- VEGF165转至 BMSCs 然后与 n-HA/CMCS支架材料复合构建组织工程骨;建立动物模型将其植入兔桡侧,通过大体观察,X射线,HE染色及三点弯曲强度评价其成骨能力及降解速度。 结果：京尼平交联的n-HA/CMCS支架材料微观结构、力学性能与天然松质骨相似,可满足支架材料的要求;与戊二醛做交联剂所得支架相比,本研究所得支架生物毒性更小,更利于细胞的吸附与增殖,并且使用京尼平交联是支架材料具有自发荧光特征;成功构建出 pcDNA3．1-VEGFl65质粒,将其转至 BMSCs,并与n-HA/CMCS 复合构建组织工程骨。大体标本观察表明复合材料植入骨缺损处可见骨缺损处愈合良好,植入材料大部分已转化为自体骨组织仅少许未降解。X射线观察显示实验侧可见明显骨痂生成,骨髓腔形成,骨髓腔基本贯通。HE染色结果表明实验组骨缺损愈合,皮质骨形成,皮质主要由编织骨组成,部分由新生的骨单位构成,髓腔再通。 结论： pcDNA3.1-VEGF165转染BMSCs复合n-HA/CMCS支架材料具有生物相容性好、无毒副作用、促进局部微血管形成、加快骨缺损修复的作用,其降解速度与骨生长速度基本匹配;使用京尼平交联的支架不同于其他骨组织工程支架材料,其具有自发荧光特征。通过激光共聚焦显微镜可以清楚地观察到支架和细胞的界面,细胞的粘附特征,以及支架的微结构和降解时微结构特征变化。综上可知本研究所得复合骨是一种潜在的性能优良的骨修复材料。     

组织工程骨复合骨形态发生蛋白修复兔颅骨缺损

目的 探讨组织工程化骨修复兔颅骨缺损的实用价值及合理应用BMP的方法。方法 将自体成骨样细胞即刻种植在复合BMP的胶原包埋的聚羟基乙酸（PGA）的基质材料和不含BMP的基质材料上，然后将不同的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、实验侧Ⅱ或实验侧Ⅲ。对侧设对照，不作任何植入。将60只新西兰兔分别于术后2，6，8及12wk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 表明实验侧Ⅰ成骨量明显大于实验侧Ⅱ或实验侧Ⅲ（P＜0．01），而对照侧仅为纤维组织修复。结论 组织工程骨可修复自体的兔颅骨缺损，应用外源性BMP可促进骨再生，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。     

PLGA复合Ⅱ型胶原和生长因子诱导组织 工程软骨修复兔关节软骨缺损

 【目的】 观察骨髓基质干细胞(BMSCs)种植到复合胶原和生长因子的聚乙醇酸-乳酸共聚物(PLGA)生物材料上,再种植到兔体内,进一步诱导成组织工程软骨组织的可行性,并观察此组织工程软骨修复兔关节软骨缺损的能力｡【方法】 相分离法制作PLGA,复合Ⅱ型胶原和成软骨生长因子bFGF,TGF-β1｡将P3代的BMSCs种植到复合材料上｡36只新西兰大白兔随机分为实验组､对照组､空白组,分别于肌袋内植入BMSCs/复合生长因子和胶原的PLGA､复合生长因子和胶原的PLGA､复合胶原的PLGA,于术后第4､8､12周取材观察细胞的定向分化及生长情况,包括大体观察､苏木精-伊红染色､甲苯胺蓝染色､Ⅱ型胶原染色､扫描电镜观察｡16只新西兰白兔分2组,上述组织工程骨植入实验兔膝关节软骨缺损处,对照组仅做缺损,12周后取材初步观察修复情况｡【结果】 大体观察可见实验组材料有类软骨样组织生长,而对照组和空白组则仅见纤维组织生长｡各种染色及电镜观察显示:实验组复合物内可见多的成软骨细胞及少量的破骨细胞｡实验组甲苯胺蓝染色和Ⅱ型胶原染色为阳性,对照组和空白组均为阴性｡大体观察兔膝关节软骨缺损得到修复,苏木精-伊红染色显示表面关节软骨形成,与周围正常软骨形成连接｡【结论】 胶原修饰的PLGA生物材料具有较好的细胞相容性;BMSCs种植到复合胶原和生长因子的PLGA生物材料上在兔体内可诱导成为组织工程软骨复合组织,并初步证实有修复兔关节软骨缺损的能力｡     

BMP／BMC／SB修复大块骨缺损实验研究

目的对骨形态生成蛋白、骨髓细胞及煅烧骨所形成的ＢＭＰ／ＢＭＣ／ＳＢ生物复合体修复骨缺损的能力进行探讨。方法在雄性大白兔双侧桡骨中远段各作一１０ｍｍ骨缺损。右侧缺损内植入ＢＭＰ／ＢＭＣ／ＳＢ，左侧植入不含骨膜的自体皮质骨。结果术后８个月，在ＢＭＰ／ＢＭＣ／ＳＢ植入组骨愈合率为８８９％，自体皮质骨为４４４％。在新骨生成及塑形方面，ＢＭＰ／ＢＭＣ／ＳＢ组明显优于自体皮质骨移植组。结论ＢＭＰ／ＢＭＣ／ＳＢ在修复大块骨缺损方面优于自体皮质骨，是一种理想的人工骨材料     

一种组织工程骨修复兔股骨头坏死模型的效果评价

目的观察双相陶瓷生物骨(biphasic ceramic biologic bone,BCBB)、骨形态发生蛋白(bone morphogeneticprotein,BMP)、碱性成纤维细胞生长因子(basic fibroblast growth factor,bFGF)、骨髓基质干细胞(mesenchymal stem cells,MSCs)复合培养形成的组织工程骨修复股骨头坏死(femoral head necrosis,FHN)模型病灶清除区缺损,评价该组织工程骨修复FHN的效果。方法取32只新西兰成年大白兔共64侧股骨头,微波灭活建立股骨头坏死模型,按随机数字表法分为4组,每组16侧。A组:空白对照组;B组:植入BCBB/BMP/bFGF;C组:植入BCBB/BMP/bFGF/MSCs;D组:植入自体松质骨。术后2、4、8、12周分批处死动物,每组每次处死4只。行股骨头大体及解剖观察、X线摄片、组织学观察、钙含量及钙磷比检测、血管免疫组织化学染色。结果股骨头大体及解剖观察:A组8周和12周各有一侧股骨头塌陷;B组2周时纤维结缔组织生长活跃;C、D组12周时植骨区与宿主骨界限不清。②X线评分:12周时,...     

组织工程骨预制及其骨缺损修复作用的研究

目的 探索组织工程化骨预制的方法,研究组织工程化预制骨修复骨缺损的可行性及实用性。方法 实验1：应用骨髓基质成骨细胞(MSO)和脱细胞骨基质(ABM)形成MSO／ABM复合人工骨(MACAB),并将其植入肌瓣内。实验2：将预制8周后的MACAB移植修复骨缺损。术后用X线摄片、组织学检查评价MACAB成骨、血管化情况及其骨缺损的修复作用。结果 MACAB肌瓣内移植成骨效果优于对照组,术后8周已完全血管化。预制骨的骨缺损修复作用优于对照组。结论 在肌瓣内成功地预制了组织工程化骨组织,预制骨(MACAB)修复了骨缺损。     

珍珠层/聚乳酸重组人工骨修复动物骨干缺损的实验研究

目的 探讨珍珠层/聚乳酸重组人工骨(NPCB)在体内的生物相容性、降解情况及成骨特点,评价其性能,为进一步的应用提供实验依据。方法 将NPCB随机植入成年新西兰白兔1.5 cm的桡骨缺损内,并设立不植入任何材料的空白对照,观察NPCB植入后动物的局部反应,检测动物术后1周、4周的血钙值,并与术前1天比较;于术后6、8、12、16周取材,作X线、骨矿含量、大体标本及组织形态学观察,分析不同时期组织反应、骨缺损修复及材料降解情况。结果 NPCB植入后无明显的局部不良反应,术后1周、4周血钙值与术前1天相比无明显差异。植入NPCB的骨缺损内骨矿含量在6~12周时升高幅度明显高于空白对照组,但12周后植入NPCB的骨缺损内骨矿含量出现下降。X线检查、大体标本及组织形态学观察显示NPCB的成骨方式主要是骨传导成骨,至术后16周时骨缺损基本修复,NPCB与宿主骨结合紧密,而空白对照骨缺损断端仅有少量骨修复,形成骨不连。NPCB植入后即开始其降解过程,12周以后材料周围出现较多吞噬有材料颗粒的巨噬细胞和多核巨细胞,16周时仍有部分材料未降解吸收。结论 NPCB具备良好的生物相容性和骨传导能力,可以在体内逐渐发生生物降解。     

Diaphyseal defect repair with nacre/polylactic acid composite artificial bone in rabbits]

OBJECTIVE: To evaluate the biocompatibility, degradation and bone formation activity of a new bone substitute for bone grafting, nacre/polylactic acid composite artificial bone (NPCB). METHODS: Radial bone defects 1.5 cm in length were induced in 32 New Zealand rabbits and immediately filled with NPCB or nothing. The animals' local and whole body responses to the implants were observed after the operation, and the serum calcium levels were detected 1 week and 4 weeks postoperatively. Tissue response, new bone formation in the defects and degradation of the implants were evaluated by X-ray, and examination of the bone mineral content (BMC) in the defects and histomorphological analysis were performed after the rabbits were sacrificed. RESULTS: All the rabbits survived the operation and the incisions healed smoothly. No significant difference was noted in the serum calcium level between 1 day before operation, 1 week and 4 weeks postoperation. BMC in the defects of the rabbits with NPCB grafts increased more rapidly than that in the control group 6-12 weeks after the operation and began to decrease after 12 weeks. Gross, X-ray and histological observations revealed that NPCB possessed osteoconductive activity and new bone ingrowth in the implants was found during the whole experiment. At 16 weeks, the defects grafts were almost completely repaired with NPCB while the defects in the control group remained nonunion. Biodegradation of the implants was observed early at 6 weeks, with numerous macrophage and multinuclear giant cells containing phagocytosed NPCB particles around the implants at 12 weeks, but NPCB remnants were still visible at 16 weeks. CONCLUSION: As a bone substitute, NPCB possesses good biocompatibility, biodegradability and osteoconductive activity.     

Reconstruction of orbital defect in rabbits with composite of calcium phosphate cement and recombinant human bone morphogenetic protein-2

PURPOSE Calcium phosphate cement (CPC) is a biocompatible and osteoconductive bone substitute, and recombinant human bone morphogenetic protein-2 (rhBMP-2) has strong osteoinductibility, therefore we developed a composite bone substitute with CPC and rhBMP-2 and evaluate its reconstruction effect in rabbit orbital defect. METHODS Thirty-six rabbits were randomly divided into two groups and a 5mm×5mm×2mm bone defect in the infraorbital rim was induced by surgery in each orbit (72 orbits in all). The orbital defects were treated with pure CPC or composite of CPC and rhBMP-2. The osteogenesis ability of different bone substitute was evaluated by gross observation, histological examination, histomorphometrical evaluation, compressive load-to-failure testing, and scanning electron microscope (SEM). RESULTS Gross observation showed that both bone substitutes were safe and effective for reconstruction of orbital defect. However, histological examination, histomorphometrical evaluation and SEM showed that CPC/rhBMP-2 group had faster speed in new bone formation and degradation of substitute material than CPC group. Compressive load-to-failure testing showed that CPC/rhBMP-2 group had stronger compressive strength than CPC group at every stage with significant difference (P<0.05). CONCLUSIONS Composite of CPC/rhBMP-2 is an ideal bioactive material for repairing orbital defect, with good osteoconductibility and osteoinductibility.     

Reconstruction of orbital defect in rabbits with composite of calcium phosphate cement and recombinant human bone morphogenetic protein-2

Background Calcium phosphate cement （CPC） is a biocompatible and osteoconductive bone substitute, and recombinant human bone morphogenetic protein-2 （rhBMP-2） has strong osteoinductibility, therefore we developed a composite bone substitute with CPC and rhBMP-2 and evaluate its reconstruction effect in rabbit orbital defect.Methods Thirty-six rabbits were randomly divided into two groups and a 5 mmx5 mmx2 mm bone defect in the infraorbital rim was induced by surgery in each orbit （72 orbits in all）. The orbital defects were treated with pure CPC or composite of CPC and rhBMP-2. The osteogenesis ability of different bone substitute was evaluated by gross observation, histological examination, histomorphometrical evaluation, compressive load-to-failure testing, and scanning electron microscope （SEM）.Results Gross observation showed that both bone substitutes were safe and effective for reconstruction of orbital defect. However, histological examination, histomorphometrical evaluation and SEM showed that CPC/rhBMP-2 group had faster speed in new bone formation and degradation of substitute material than CPC group. Compressive load-to-failure testing showed that CPC/rhBMP-2 group had stronger compressive strength than CPC group at every stage with significant difference （P ＜0.05）.Conclusion Composite of CPC/rhBMP-2 is an ideal bioactive material for repairing orbital defect, with good osteoconductibility and osteoinductibility.     

山羊胫骨大段骨缺损的组织工程骨修复及放射性核素显像监测

目的：探讨组织工程骨对山羊大段骨缺损的修复能力及放射性核素骨显像技术在此过程中的监测效果。方法：将27只中国青山羊，分为组织工程骨组，人工骨组和对照组（每组9只）并分别造成左侧胫骨2cm缺损，对组织工程骨组缺损区植入珊瑚羟基磷灰石（CHAP）和骨髓基质干细胞（BMSc)复合体，人工骨组植入CHAP，对照组则不植入任何填充物，采用放射性核素骨显像于术后2，4，8周监测各组骨修复情况。结果：通过放射性核素骨显像测定的感兴趣区（ROI）计数和T／NT比值显示：对照组在各时间点均未见再管化的表现及明显的成骨活动；人工骨组随着时间的延长其血管再生的数量和成骨的质量呈现出上升的趋势。组织工程骨组上升趋势更为显著。结论：组织工程骨较人工骨具有更佳的修复大动脉大段骨缺损的能力，放射性核素骨显像在修复过程中有比较准确的预测效果。     

壳聚糖-纳米羟基磷灰石复合材料修复兔骨缺损过程中BMP-2的表达

目的 探讨壳聚糖-纳米羟基磷灰石复合材料(CTS-nHA)修复兔骨缺损时BMP-2在其局部的表达.方法 新西兰大白兔18只,随机分为CTS-nHA组、纳米羟基磷灰石(nHA)组、空白组.于兔双侧后肢胫骨近端各制造2个约0.5 cm大小的缺损,分别植入相应的材料或不植入任何材料,于术后2、4、6、10周取标本进行骨生长因子BMP-2和组织学的观察.结果 可直接观察到CTS-nHA表面有较强的BMP-2表达,CTS-nHA组新生骨组织中BMP-2表达的量比nHA组高峰提前,在观察的各时间段CTS-nHA组新生的骨组织均明显高于nHA组和空白组(P＜0.05),至第10周时CTS-nHA组已形成较成熟的板层骨组织,而nHA组网状编织骨间夹杂有较多的骨痂基质.结论 CTS-nHA较强的成骨活性可能与其在体内具有诱导成骨活性有关.     

重组人骨形成蛋白－2与异种骨复合移植的扫描电镜观察

目的：明确含有重组人骨形成蛋白－２（ｒｈＢＭＰ－２）的新型复合异种骨的骨修复能力。方法：将ｒｈＢＭＰ－２与经综合化学处理的新生小羊骨松质（ＣＢ）结合，制备成复合异种骨．将复合异种骨植人兔下颌骨缺损，并以单纯松质骨移植、自体骨移植作为对照组，术后２、４、８、１２周分别取材做扫描电镜观察。结果：复合异种骨移植后，植骨区有大量新骨形成，新骨的量随移植时间延长而逐渐增多。自体骨移植组扫描电镜下表现与复合异种骨组基本相同。而单纯骨松质载体移植后，植入区多为纤维结缔组织，新骨形成少．结论：ｒｈＢＭＰ－２可显著促进复合异种骨内的新骨形成。这种新型复合异种骨可能是一种较理想的植骨材料，可望用于人体植骨