藻酸钙凝胶-成骨细胞-骨粉构建工程化骨修复兔颅骨缺损的实验研究

目的探讨藻酸钙凝胶、成骨细胞、骨粉复合构建的可塑形组织工程骨修补兔颅骨缺损后的形态学变化和成骨效果.方法28只日本大耳白兔,随机分为A(n=20)、B(n=8)两组,手术在兔颅顶骨矢状缝两侧分别各建立一个直径1cm的圆形全层缺损,用两种方法藻酸钙凝胶、成骨细胞、骨粉和藻酸钙凝胶、骨粉分别构建组成可塑形的组织工程骨复合材料,分别填补修复A组兔颅骨左右两侧的缺损,B组为空白对照组,通过大体、组织学、X线观察材料的形态变化、成骨情况,并对X线片和组织学切片进行评分.结果材料植入后,局部未见红肿、积液、渗出等异常反应.①藻酸钙凝胶-成骨细胞-骨粉组修补后12周颅骨缺损基本被硬性组织所修复,镜下见修复材料大多被骨组织替代,骨粉基本被吸收,有块状凝胶残留其中,组织学评分为(5.50±1.00).X线片见兔颅骨缺损处有高密度骨痂影存在,布满整个缺损区,X线片评分为(3.25±0.95).②藻酸钙凝胶-骨粉组修补后12周部分颅骨缺损被硬性组织所修复,镜下见修复材料部分转变成骨组织,骨粉基本被吸收,有凝胶残留其中,组织学评分为(3.25±1.50).X线片见兔颅骨缺损处有高密度骨痂影存在,主要分布在缺损区的边缘部位,X线片评分(2.25±0.25).③空白对照组骨缺损主要被膜样纤维组织修复,在紧邻骨缺损边缘处有硬性组织形成,镜下见修复组织边缘有骨组织存在,中央大部为膜状致密纤维组织,组织学评分为(1.50±0.50),X线片仅见靠近骨缺损边缘的部位存在致密骨痂影,X线片评分为(1.00±0.57).结论藻酸钙凝胶、成骨细胞、骨粉构建的可塑形组织工程骨可根据颅骨缺损的形态进行塑形填补,在体内有良好的成骨能力,可达到对兔颅骨缺损的骨性修复,但部分藻酸盐凝胶吸收缓慢,手术后12周仍不能满意吸收.     

巴沙鱼胶原蛋白支架材料的成骨效果评估

目的:验证一种来源于巴沙鱼皮的胶原蛋白支架材料作为屏障膜在兔颅骨引导骨再生(Guided Bone Regeneration,GBR)术中的成骨效果。方法:取新西兰大白兔12只,分别在其颅顶矢状缝左侧建立一个缺损,右侧建立两个缺损,缺损为圆形,直径8mm,共计36个骨缺损;然后按观察时间随机分为8周、12周两大组,每一大组随机分为3个亚组(n=4);A组缺损中只植入Bio-Oss骨粉,B组植入Bio-oss骨粉+巴沙鱼皮胶原支架材料;C组植入Bio-oss骨粉+Bio-Gide胶原膜。于术后8、12周处死相应组大白兔,切取骨缺损区标本并制作HE染色组织切片,定量分析各组骨缺损区骨组织再生的情况。结果:巴沙鱼胶原蛋白支架材料在GBR技术中能发挥屏障膜作用,引导和促进兔颅骨组织再生,其中B组与C组相比,8周时的成骨效果的差异无统计学意义(P0.05),12周时C组成骨效果略高于B组(P0.05);而A组在8周和12周时的成骨效果均显著低于B、C两组(P0.05)。结论:巴沙鱼皮胶原蛋白支架材料作为屏障膜在兔颅骨缺损修复中起到了引导骨再生的作用。     

自体颅骨粉末修复颅骨缺损的实验研究

目的 建立兔自体颅骨粉末移植修复颅骨缺损的动物模型,进行相关基础问题的研究,以更好地指导自体颅骨粉末移植修复颅骨缺损的临床工作.方法 新西兰大白兔30只,每只大白兔的顶部人工形成3个直径为1 cm颅骨全层缺损孔A、B、C.孔A为对照组;孔B、C作为实验组移植人工形成缺损时收集的骨粉,其中孔B在移植的骨粉上下面放置生物膜.术后4、8、12周各处死10只动物并取材分析.结果 孔A大部分由纤维结缔组织修复.孔 B早期就能迅速地以松质骨完全修复整个缺损,但松质骨后期的生长、改建、成熟过程比较缓慢.孔C新生骨更成熟,骨性修复慢且不完全.移植的骨粉被逐步吸收.早期新骨形成区可见大量的毛细血管分布.同一缺损,术后12周与术后4、8周形成的新骨钙含量差异有统计学意义(P＜0.05),同一时期,术后8、12周孔C形成的新骨钙含量比孔B的高,差异有统计学意义(P＜0.05).结论 新生骨的形成与血管的增生在时间和空间上有着密切的关系.生物膜可以促进移植的骨粉早期迅速形成初级松质骨.     

不同方法保存生物衍生骨修复节段性桡骨缺损的实验研究

目的　探讨不同方法保存的生物衍生骨修复节段性桡骨缺损的效果。　方法　冻干生物衍生骨用两种不同保存液保存 3个月 ,以保存相同时间的冻干生物衍生骨为对照。选择 6 0只新西兰大白兔 ,制作 15 mm长的双侧桡骨节段性骨缺损模型 ,实验根据植入不同方法保存的材料分为 A、 B和 C组。A组植入 1号保存液处理材料 ,B组植入2号保存液处理材料 ,A、B组再根据材料是否复合成骨细胞培养分为 A1 和 A2 、B1 和 B2 组 ,A1 和 B1 组于动物左侧桡骨缺损区植入组织工程生物衍生骨 ,A2 和 B2 组于右侧植入单纯材料。C组分为 C1 和 C2 组 ,于动物左侧桡骨缺损区植入冻干材料 ,右侧为空白对照。术后 4、8和 16周取材 ,摄 X线片、组织学观察、计算机图像分析和生物力学测定。　结果　术后 4、8和 16周各组骨缺损区均有新骨生成 ,成骨量随时间的推移而增加。经 X线片、组织学和生物力学评估 ,各组的成骨能力依次为 :A1 >A2 >C1 >B1 >B2 >C2 有统计学意义 (P<0 .0 0 1,P<0 .0 5 ) ,其中 A1 组成骨能力最强 ,术后 16周骨缺损完全修复 ,骨髓腔再通 ,生物力学性能接近正常骨。　结论　选择适宜的保存液对生物衍生骨支架材料的骨修复能力有一定的促进作用。     

血管襻骨膜内腓骨组合移植修复负重长段骨缺损的实验研究

目的　研究血管袢骨膜内腓骨组合移植修复负重长段粗骨缺损临床应用可行性。　方法　健康新西兰大白兔 72 只,随机分为 3 组。A组:单腓移植组;B组:骨膜外双腓骨组合移植组;C组:骨膜内双腓骨组合移植组。制成胫骨中上段骨缺损 10 0 mm,采用 3 种手术方式,术后 2、4、8、12、16周分别拍X线片及测定血清碱性磷酸酶、骨钙素、骨密度及组织学、生物力学检查。　结果　X线结果显示,C组较A、B组骨痂增加明显,骨小梁排列整齐,移植腓骨明显增粗。术后 4 周血清 ALP:A组 (91 .6±9. 2)、B组 (11.4 9±5 .1)、C组 (136 6±3 9);血清 BGP:A组(3. 90±1. 02)、B组 (4. 69±0. 58)、C组 (5 .84±0. 98);骨密度:A组 (0. 179±0 .03)、B组(0. 286±0 .04)、C组 (0. 301±0. 07),C组较A组、B组差异均有统计学意义(P<0 01)。组织学检查C组较A、B组骨痂形成早、成熟早,骨小梁排列整齐,两腓骨形成一体,髓腔再通。成骨量:A组 (398±4 0)、B组 (41. 7±2 .3)、C组(49. 2±5 .7),C组与A、B组比较,P<0. 05。生物力学测试,移植骨平均最大载荷、最大扭距及剪切应力,C组均大于A、B组。　结论　血管袢骨膜内腓骨组合移植是治疗负重长段粗骨缺损较为理想的手术方式。     

微载体/水凝胶复合支架修复大鼠膝关节骨软骨缺损

[目的]探索以负载软骨细胞的Cytodex-3微载体和藻酸钠水凝胶为材料,制备微载体/水凝胶复合支架,并观察以此修复大鼠膝关节骨软骨缺损的效果。[方法]将大鼠软骨细胞与Cytodex-3微载体置于旋转式三维生物反应器(rotary cell culture systems,RCCS)中,软骨细胞在微载体表面快速大量扩增后,将负载有软骨细胞的微载体均匀的与藻酸钠水凝胶混合,制备微载体/水凝胶复合支架,并以此修复大鼠股骨滑车骨软骨缺损。实验分3组,A组:负载有软骨细胞的Cytodex-3微载体/藻酸钠水凝胶复合支架修复组;B组:单纯Cytodex-3微载体/藻酸钠水凝胶复合支架修复组;C组:空白对照组。术后6、12周取材,据大体、组织学、Micro-CT等检测结果对骨软骨修复效果进行评估。[结果]大体观显示A组的软骨修复效果明显优于B组和C组。组织学分析示A组的修复组织主要以透明软骨为主,而B组和C组主要以纤维组织为主。Micro-CT扫描结果表明各种软骨下骨均得到不同程度的重建,A组效果优于其他两组,比较差异有统计学意义。[结论]负载软骨细胞的微载体/藻酸钠水凝胶复合支架能够高效的修复大鼠股骨滑车骨软骨缺损,这种将微载体与水凝胶结合构建复合支架的方法,为组织工程软骨的制备提供了新的途径。     

创伤性内踝缺损修复重建的生物力学测试

目的测试创伤性内踝缺损修复重建前后的生物力学变化,为临床应用提供理论依据。方法采集12只新鲜冰冻下肢足标本,解冻后模拟外科手术,人工造成内踝骨缺损,并采用腓骨头骨瓣重建内踝,分组进行生物力学测试。内踝缺损实验分组A组:内踝缺损组;B组:内踝正常对照组;C组:腓骨头骨瓣重建内踝组。结果①1000 N负荷时踝关节载荷-应变及刚度、强度变化,A组载荷-应变及刚度、强度变化均与B组相差显著(P<0.05),C组与B组无显著性差异。②1000 N负荷时接触特征测量,A组接触面积小于B组(P<0.05),A组接触压力大于B组(P<0.05)。结论内踝缺损可造成踝关节严重失稳,采用腓骨头骨瓣修复重建能恢复踝关节的稳定性,是行之有效的术式。     

转化生长因子-β1对珊瑚羟基磷灰石修复兔桡骨骨缺损的影响

目的 观察局部注射不同剂量转化生长因子(TGF)-β1对珊瑚羟基磷灰石(CHA)修复兔桡骨骨缺损的影响.方法 48只兔随机分为A、B、C组,每组16只;构建桡骨骨缺损模型;缺损区均植入CHA;A、B、C组分别每日局部持续注射TGF-β1 0、20、200 ng,连续4周;术后2、4、8、16周切取植入物,苏木素-伊红(HE)染色观察组织学改变,并应用Lane-Sandhu评分标准对各组植入物手术后16周进行组织学和X-线影像评分,并检测各组桡骨生物力学性能.结果 手术后16周,A、B、C组影像学评分分别为(1.50、1.91、4.80)、骨愈合质量评分(0.51、0.88、1.70)、骨皮质重塑及改建评分(0.50、0.82、2.39)、新骨形成评分(0.00、1.22、4.56),各项评分组间比较差异均有统计学意义(P<0.05);手术后16周,生物力学检测:A、B、C组最大载荷(N)分别为(180.14、251.17、273.20),各组间比较差异均有统计学意义(P<0.05);刚性(N/mm)(348.83、549.18、689.19),各组间比较差异均有统计学意义(P<0.05).结论 外源性应用TGF-β1可加速CHA修骨缺损的修复,且具有明显剂量依赖性.     

单纯骨软骨镶嵌成形术与联合组织工程方法治疗急性骨软骨缺损的对比研究

目的 对比研究单纯骨软骨镶嵌成形术与联合组织工程方法 及联合未转染基因的BMSCs-藻酸钙修复急性骨软骨缺损的效果. 方法 对携带hTGF-β,的重组腺病毒转染BMSCs(hTGF-β转染组)、采用携带Lac-Z报告基因的重组腺病毒(Adv-βgal)转染BMSCs(Adv-βgal转染组)及未转染BMSCs(未转染空白对照组)进行Westernblot检测hTGF-β1、Col Ⅱ及Aggrecan表达.将雄性6月龄崇明山羊18只,体重22～25 kg,随机分为A、B、C组(n=6).取B、C组自体骨髓进行BMSCs分离、培养,传至第3代.B组细胞行hTGF-β,重组腺病毒转染.3组动物于双后肢股骨内髁负重区采用骨钻制各直径5 mm、长3 mm的缺损,A组采用自体骨软骨柱修复:B组修复材料同A组,并同时将5 mL转染hTGF-β1的BMSCs藻酸钠混合液注入空隙,加入CaCl2产生凝胶;C组:修复方法 同B组,采用未转染hTGF-β1的自体BMSCs藻酸钠混合液.术后观察山羊一般情况,于术后12周及24周取材,行大体及组织学观察,并参照O'Driscoll,Keeley and Salter组织形态学评分标准进行评分;术后24周行免疫组织化学及透射电镜观察. 结果 转染后5 d,hTGF-β1转染组细胞hTGF-β1、Col Ⅱ及Aggrecan表达均显著强于Adv-βgal转染组及未转染空白对照组.术后动物均存活至实验完成,伤口Ⅰ期愈合.大体观察B组修复组织边界模糊,移植修复区域表面光滑;A、C组软骨间空隙有裂隙存在.组织学观察A组软骨间空隙区纤维软骨样组织修复、纤维组织填充或相邻软骨增生;B组修复软骨细胞排列规律,交界区整合良好;C组软骨间的空隙区见纤维软骨样组织,存在裂隙.各时间点B组组织学评分均高于A、C组,C组高于A组,差异均有统计学意义(P<0.05);B组12周与24周差异有统计学意义(P<0.05).术后24周免疫组织化学示B组软骨间修复组织染色以软骨细胞和陷窝周围明显,A、C组呈淡染.透射电镜观察示B组修复组织可见典犁软骨细胞,A、C组见平行或交错排列的胶原纤维束. 结论 骨软骨镶嵌成形术联合组织工程方法 可解决单纯骨软骨镶嵌成形术残留缺损愈合不良及软骨间整合不良的问题.     

预防椎板切除术后硬膜外粘连的实验研究

目的通过动物实验探索预防椎板切除术后硬膜外粘连的方法及其效果。方法64只新西兰兔随机分为A、B、C、D组,每组16只。手术切除L5椎板造成12 mm×6 mm硬脊膜裸露区,探查神经根。A组注入生理盐水1m l,B组充填高分子量透明质酸钠凝胶1 m l,C组用自体L6棘突重建L5椎板,D组用高分子量透明质酸钠凝胶1 m l充填后再进行L5椎板重建。术后2、4、6、8周行大体观察及组织学观察,于6周时行硬膜外瘢痕面积和致密度定量分析。结果①大体观察:A组术区明显粘连,B、C组轻度粘连,D组无明显粘连;②瘢痕面积百分比:C、D组分别为15.89%±1.88%、13.94%±1.89%,显著小于A、B组(22.66%±2.89%、20.70%±2.82%,P<0.05);③瘢痕密度:B、D组分别为42.03%±7.36%、36.50%±9.08%,显著小于A、C组(63.73%±6.06%、52.11%±4.10%,P<0.05)。结论高分子量透明质酸钠凝胶充填和椎板重建术对预防椎板切除术后硬膜外粘连具有协同作用,效果显著。     

活性纳米羟基磷灰石复合胶原/聚乳酸材料修复颅骨极限缺损的实验研究

目的检测重组人骨形成蛋白2(recombinant human bone morphogenetic protein2,rhBMP-2)与纳米羟基磷灰石/胶原/聚乳酸(nano-hydroxyapatite/collagen/polylactic acid,nHAC/PLA)复合后形成的活性nHAC/PLA(active nHAC/PLA,AnHAC/PLA)修复颅骨极限缺损的效果。方法新西兰大白兔48只,体重2.0～2.5kg。制备直径为15mm的颅骨全层缺损模型,随机分成4组,每组12只。阳性对照组:缺损区植入自体髂骨;空白对照组:缺损区不植入任何材料;阴性对照组:缺损区植入nHAC/PLA;实验组:缺损区植入AnHAC/PLA,每块AnHAC/PLA上平均吸附rhBMP-21.431mg。术后8、16周通过比较颅骨缺损区X线阻射面积占总缺损面积百分比、HE染色和Masson's三色法染色观察颅骨极限缺损的修复情况。结果术后8、16周,各组颅骨缺损区X线阻射程度,阳性对照组分别为67.21%±2.06%、86.48%±1.73%,空白对照组分别为5.84%±1.92%、9.48%±2.72%,阴性对照组分别为19.13%±2.51%、35.67%±3.28%,实验组分别为58.84%±2.55%、85.61%±3.36%。其中除16周实验组与阳性对照组以及空白对照组8、16周比较差异无统计学意义(P>0.05)外,其余各组各时间点比较差异均有统计学意义(P<0.05)。组织学观察显示,阳性对照组骨缺损区16周骨小梁较8周增宽,被大量骨组织充填;空白对照组8、16周骨缺损区均被纤维组织充填,无新骨生成;阴性对照16周骨缺损区为剩余材料与纤维组织充填,周边新骨较8周形成增多;实验组8周材料植入区为新生骨替代,16周新生骨呈板层状,缺损区材料残留较少,且周围可见较多成骨细胞。结论nHAC/PLA是rhBMP-2的良好载体,两者复合后制备的AnHAC/PLA具有良好骨形成能力,有望应用于临床上修复较大型骨缺损。     

自体脂肪干细胞复合珊瑚修复犬颅骨标准缺损的初步研究

目的 应用自体脂肪干细胞(adipose-derived stem cells,ADSCs)复合珊瑚构建组织工程化骨,修复犬颅骨标准缺损.方法 体外扩增培养、成骨诱导Beagle犬ADSCs,将第2代细胞接种在珊瑚支架上共同培养.制造实验犬双侧颅骨全层标准缺损(20 mm×20 mm),一侧以细胞材料复合物修复作为实验组(n=7),另一侧以单纯珊瑚材料修复作为对照组(n=7).术后24周分别通过影像学、大体形态观察、生物力学检测、组织学方法检测颅骨缺损的修复效果.结果 成骨诱导的犬ADSCs体外呈现成骨特性,在珊瑚支架上生长良好.3D-CT重建显示术后12周实验组有新生骨痂形成,对照组材料大部分降解;24周时实验组为骨性愈合,对照组为骨不连.24周时实验组缺损修复百分比为(84.19±6.45)%,显著高于对照组的(25.04 ±18.82)%(P<0.01).大体观察见实验组由新生骨痂修复缺损,对照组缺损边缘可见少量骨痂形成,主要为软组织充填;24周生物力学检测修复组织能耐受的最大压力载荷,实验组为(73.45±17.26)N,为犬顶骨最大压力负荷(104.27±22.71)N的70%,两者比较差异有统计学意义(P<0.01),对照组为软组织无法完成上述检测.HE染色见实验组有较多成熟骨呈骨性愈合,对照组为纤维性愈合.结论 自体成骨诱导的ADSCs复合珊瑚形成的组织工程化骨可修复犬颅骨标准缺损.     

Validation of a technique for studying functional adaptation of the mouse ulna in response to mechanical loading

Functional adaptation of the mouse ulna in response to artificial loading in vivo was assessed using a technique previously developed in the rat. Strain gauge recordings from the mouse ulnar midshaft during locomotion showed peak strains of 1680 muepsilon and maximum strain rates of 0.03 sec(-1). During falls from 20 cm these reached 2620 muepsilon and 0.10 sec(-1). Axial loads of 3.0 N and 4.3 N, applied through the olecranon and flexed carpus, engendered peak strains at the lateral ulnar midshaft of 2000 muepsilon and 3000 muepsilon, respectively. The left ulnae of 17, 17-week-old female CD1 mice were loaded for 10 min with a 4 Hz trapezoidal wave engendering a strain rate of 0.1 sec(-1) for 5 days/week for 2 weeks. The mice were killed 3 days later. The response of the cortical bone of the diaphysis was assessed histomorphometrically using double calcein labels administered on days 3 and 12 of the loading period. Loading to peak strains of 2000 muepsilon stimulated lamellar periosteal bone formation, but no response endosteally. The greatest increase in cortical bone area was 4 mm distal to the midshaft (5 +/- 0.4% compared with 0.1 +/- 0.1% in controls [p < 0.01]). Periosteal bone formation rate (BFR) at this site was 0.73 +/- 0.06 microm(2)/microm per day, compared with 0.03 +/- 0.02 microm(2)/microm per day in controls (p < 0.01). Loading to peak strains of 3000 muepsilon induced a mixed woven/lamellar periosteal response and lamellar endosteal bone formation. Both of these were greatest 3-4 mm distal to the ulnar midshaft. At this level, the loading-induced periosteal response increased cortical bone area by 21 +/- 4% compared with 0.03 +/- 0.02% in controls, and resulted in a BFR of 2.84 +/- 0.42 microm(2)/microm per day, compared with 0.01 +/- 0.01 microm(2)/microm per day in controls (p < 0.05). Endosteal new bone formation resulted in a 2 +/- 0.4% increase in cortical bone area, compared with 0.4 +/- 0.3% in controls, and a BFR of 1.05 +/- 0.23 microm(2)/microm per day, compared with 0.22 +/- 0.15 microm(2)/microm per day in controls (p < 0.05). These data show that the axial ulna loading technique developed in the rat can be used successfully in the mouse. As in the rat, a short daily period of loading results in an osteogenic response related to peak strain magnitude. One important advantage in using mice over rats involves the potential for assessing the effects of loading in transgenics.     

黄芪多糖/壳聚糖/聚乳酸为支架的组织工程骨修复牙周组织缺损的实验研究

目的 探讨以黄芪多糖／壳聚糖／聚乳酸（astragalus polysaccharides／chitosan／polylacticacid，AP／C／PLA）为支架的组织工程技术修复水平型牙周组织缺损的可行性。方法成年健康雄性杂种犬10只，体重13±2kg，以犬骨髓基质细胞（marrow stromalcells，MSCs）为种子细胞，分别与AP／C／PLA及C／PLA支架构建组织工程复合物。10只实验犬于双侧下颌第3、4前磨牙颊侧制备水平型牙周缺损模型。将牙周缺损模型随机分为4组（n=10）：A组，缺损直接龈瓣冠向复位缝合，作为空白对照；B组，缺损处植人AP／C／PLA和条件培养基，龈瓣冠向复位缝合，作为培养基对照；C组，缺损处复合植入C／PLA和MSCs，龈瓣冠向复位缝合，作为材料对照；D组，缺损处复合植入AP／C／PLA和Mscs，龈瓣冠向复位缝合，作为实验组。术后8周，分别收集牙周标本行大体观察、X线片及组织学观测。结果 体外诱导培养的MSCs表达1型胶原及碱性磷酸酶，具有成骨细胞活性。各组动物对手术耐受性好，术后观察期内未见支架材料暴露，伤口愈合良好。X线片检查可见，A组牙槽骨密度及高度无明显增加；B组骨密度有一定程度增加，根分叉处增高的牙槽骨量少，邻间牙槽骨无明显增加；C组骨密度增加，根分又处牙槽骨基本恢复原有高度，邻间牙槽骨增加不明显；D组骨密度明显增加，根分叉处和邻间牙槽骨基本恢复原有高度。组织学观察显示，与A组相比，D组形成更多的新生牙槽骨、牙周膜和牙骨质，且新生牙槽骨矿化程度高，骨板排列趋向规则，出现整齐同心圆状的哈佛系统，基本具备骨组织的正常结构；牙槽骨与牙周膜的连接面呈锯齿状，沿根面还可见薄层的牙骨质沉积；新生牙周膜纤维呈束状，排列较密集且呈方向性，类似Sharpey’s纤维。A、B、C、D组新生牙槽骨高度分别为0．83±0．30、1．46±0．55、2．67±0．26及2．90±0.41mm；新生牙骨质高度分别为0．78±0．45、1．30±0．60、2．29±0．18及2．57±0．22mm；新生结缔组织附着高度分别为0．80±0．22、1．33±0．34、2．23±0．42及2．64±0．27mm；各指标D组与A、B、C组比较，差异均有统计学意义（P〈0．05）。结论 以AP／C／PLA为支架材料构建的组织工程骨修复水平型牙周骨缺损可以获得部分牙周组织再生。     

预构骨肌皮瓣修复下颌骨和皮肤复合缺损的实验研究

目的 探讨BMP-2与胶原复合材料在骨骼肌中异位成骨预构骨肌皮瓣,修复自体下颌骨和皮肤复合缺损的可行性. 方法 4～6周龄新西兰白兔24只,体重2.0～2.5 kg,雌雄不拘,随机分成3组,即实验组、对照组和空白组(n=8).将BMP-2与胶原复合,植入兔背阔肌,预构异位新生骨组织,2、4、6周后行X线片、ALP、Von Kossa、CD31免疫组织化学血管标记及组织学观察.6周后,实验组动物于同侧下颌骨体部制备2 cm × 3 cm皮肤缺损,并形成直径8 mm洞穿性骨缺损;以同侧胸背动脉体表投影为皮瓣纵轴,设计含预制新骨组织的背阔肌肌皮瓣,带蒂移位修复下颌骨及皮肤复合缺损.对照组和空白组实验动物下颌骨体部均造成直径8 mm的洞穿性骨缺损,对照组将复合组织瓣中的骨性部分游离移植修复缺损;空白组缺损不予修复.术后6周,各组取材行四环素荧光染色、X线摄片、组织学观察以及新骨计量等,观察骨和皮肤复合缺损修复效果. 结果 BMP-2与胶原复合材料在兔背阔肌中4～6周成骨,胶原材料于植入后3～5周降解,成骨过程以软骨成骨为主,新骨形态为编织骨,可见明显的微血管分布.修复自体下颌骨缺损6周后,实验组皮肤及骨缺损均愈合良好,对照组缺损修复区基本骨化,空白组尚残留大块骨缺损实验组、对照组及空白组新骨计量分别为(1.594 ±0.674)、(0.801 ±0.036)和(0.079±0.010)mm2,组间两两比较,差异均有统计学意义(P＜0.05). 结论 预构的骨肌皮瓣带血管蒂移位修复兔自体下颌骨和皮肤复合缺损具有可行性和明显优势,有望成为一种血管化骨移植的供区预构形式.     

The use of an injectable, biodegradable calcium phosphate bone substitute for the prophylactic augmentation of osteoporotic vertebrae and the management of vertebral compression fractures.

STUDY DESIGN: A biomechanical study comparing two materials for augmentation of osteoporotic vertebral bodies and vertebral bodies after compression fracture. OBJECTIVES: To compare an injected, biodegradable calcium phosphate bone substitute with injected polymethylmethacrylate bone cement for strengthening osteoporotic vertebral bodies and improving the integrity of vertebral compression fractures. SUMMARY OF BACKGROUND DATA: Injection of polymethylmethacrylate bone cement into fractured vertebral bodies has been used clinically. However, there is concern about thermal damage to the neural elements during polymerization of the polymethylmethacrylate bone cement as well as its negative effects on bone remodeling. Biodegradable calcium phosphate bone substitutes have been studied for enhancement of fixation in fractured vertebrae. METHODS: Forty fresh osteoporotic thoracolumbar vertebrae were used for two separate parts of this study: 1) injection into osteoporotic vertebrae: intact control (n = 8), calcium phosphate (n = 8), and polymethylmethacrylate bone cement (n = 8) groups. Each specimen then was loaded in anterior compression until failure; 2) injection into postfractured vertebrae: calcium phosphate (n = 8) and polymethylmethacrylate bone cement (n = 8) groups. Before and after injection, the specimens were radiographed in the lateral projection to determine changes in vertebral body height and then loaded to failure in anterior bending. RESULTS: For intact osteoporotic vertebrae, the average fracture strength was 527 +/- 43 N (stiffness, 84 +/- 11 N/mm), 1063 +/- 127 N (stiffness, 157 +/- 21 N/mm) for the group injected with calcium phosphate, and 1036 +/- 100 N (stiffness, 156 +/- 8 N/mm) for the group injected with polymethylmethacrylate bone cement. The fracture strength and stiffness in the calcium phosphate bone substitute group and those in the polymethylmethacrylate bone cement group were similar and significantly stronger than those in intact control group (P < 0.05). For the compression fracture study, anterior vertebral height was increased 58.5 +/- 4.6% in the group injected with calcium phosphate and 58.0 +/- 6.5% in the group injected with polymethylmethacrylate bone cement as compared with preinjection fracture heights. No significant difference between the two groups was found in anterior vertebral height, fracture strength, or stiffness. CONCLUSION: This study demonstrated that the injection of a biodegradable calcium phosphate bone substitute to strengthen osteoporotic vertebral bodies or improve vertebral compression fractures might provide an alternative to the use of polymethylmethacrylate bone cement.     

Cranial repair using BMP-2 gene engineered bone marrow stromal cells

BACKGROUND: Bone grafts, allografts, and biocompatible artificial bone substitutes all have their shortcomings when used for the repair of cranial bone defects. Tissue engineered bone shows promise as an alternative for the repair of these defects. MATERIALS AND METHODS: Rabbit bone marrow mesenchymal stromal cells (MSCs) were separated from iliac crest aspirates and expanded in a monolayer culture 1 month before implantation. These MSCs were then infected with replication-defective adenovirus-human BMP-2 genes 1 week before implantation. Bilateral critical-size cranial defects were created in the animal with removal of osteoinductive periosteum and dura. MSCs were mixed with alginate UP (ultrapure) to form MSC/polymer construct. MSCs used for the control site were infected with adenovirus beta-galactosidase (beta-gal). After 1 week, 6 weeks, and 3 months, five rabbits from each experimental group were sacrificed and the cranial defect site was examined by histology study. RESULTS: Near-complete repair of the large size cranial defects using the tissue engineered MSC/alginate construct was observed. The H&E stain and von Kossa's staining should better regenerate bone at the experiment site. A statistically significant difference in bone formation was noted by 3D CT imaging at 3 months post-BMP-2 treatment of the cranial defects (0.79 +/- 0.06 versus 0.47 +/- 0.05 cm(2), P < 0.001) but not at 6 weeks (0.36 +/- 0.04 versus 0.33 +/- 0.03 cm(2), P = 0.347). CONCLUSIONS: Near-complete repair of large cranial defects can be achieved using tissue engineered bone. The use of newly developed polymers as well as the integration of the stem cell concept with gene medicine is necessary to attain this goal.     

胸腰椎骨质疏松性骨折自固化磷酸钙骨水泥椎体成形的实验研究

目的探讨自固化磷酸钙骨水泥(calciumphosphatecement,CPC)注射椎体成形术后对胸腰椎骨质疏松性骨折椎体的力学影响。方法自愿捐赠的4具甲醛固定的老年尸体,取胸腰椎骨质疏松标本,平均年龄69岁,男、女各2具。每具标本随机取6个椎体,制备24个单椎体标本,建立前屈方向加载单椎体骨折模型。将CPC粉末与固化液以2.5g∶1ml调和制备CPC骨水泥,对骨折标本行CPC成形强化,每个椎体注射CPC约4ml。分别进行骨折前、成形后屈曲压缩力学检测。结果骨质疏松椎体标本骨折前最大载荷为1954±46N,位移长度为5.60±0.70mm,刚度为349±18N/mm;骨折间隙CPC填塞成形后最大载荷为2285±34N,位移为5.35±0.60mm,刚度为427±10N/mm,各指标骨折前和成形后比较差异均有统计学意义(P<0.05)。CPC加强成形后单椎体的承载能力强度较骨折前提高16.92%,刚度较骨折前提高22.31%。结论椎体内注射CPC能明显恢复骨质疏松骨折椎体的力学性能。     

HA复合rhBMP-2转染的BMSCs对羊胫骨延长骨愈合的影响

目的 评价HA复合rhBMP-2的腺病毒(adenovirus mediated rhBMP-2,Adv-rhBMP-2)转染的羊BMSCs对骨痂延长骨愈合的影响. 方法 成年山羊19只,雌雄不限,体重15～20 kg.于每只羊髂嵴上穿刺抽取骨髓10 mL,常规传代培养BMSCs.取第3代BMSCs,以感染复数200转染腺病毒.取0.25%胰蛋白酶消化转染后3 d的细胞1×108个,与HA充分混匀制备Adv-rhBMP-2/BMSCs/HA.建立山羊右侧胫骨延长模型,术后立即于截骨部位注射自体细胞复合物.按术后注入物质不同随机分成4组A组为Adv-rhBMP-2/BMSCs/HA组(n=6),B组为Adv-rhBMP-2/BMSCs组(n=5),C组为Adv-β-gal/BMSCs/HA组(n=4),D组为空白组(n=4).术后第7天开始行胫骨延长,速度1 mm/d,共延长4周.术后5、8、12周摄X线片观察骨痂生长情况,12周处死动物,取标本分别行骨密度检测、生物力学测定、组织学观察和骨形态计量学分析. 结果 X线片检查示,术后5、8周A、B组骨痂生成量明显多于C、D组,X线片定量评分A、B组明显高于C、D组,差异均有统计学意义(P＜0.05);12周各组均在骨延长部位形成连续骨痂.骨密度测定术后12周A、B、C、D组延长部位骨矿物质含量分别为(4.175 ±1.921)、(2.600 ±0.638)、(2.425±0.826)和(1.175 ±0.574)g,骨矿物质密度分别为(0.612 ±0.196)、(0.630 ±0.159)、(0.450 ±0.166)和(0.266 ±0.113)g/cm2,A、B组显著高于C、D组(P＜0.05).生物力学测定A、B、C、D组最大载荷分别为(490.20 ±155.08)、(350.59±80.48)、(221.95±68.79)和(150.65±92.29)N,弹性模量为(178.24±105.80)、(105.88 ±27.09)、(81.18±48.67)和(50.35±47.64)Mpa,各指标A组显著高于C、D组(P＜0.05).组织学观察见A组骨延长处大量新生骨组织,骨小梁多为纵行网状排列.骨形态计量分析示A、B、C、D组新骨体积分别为72.35%±5.68%、67.58%±7.42%、49.63%±4.87%和38.87%±2.35%,A组新生骨生成量明显比D组多(P＜0.05). 结论 HA复合rhBMP-2修饰的BMSCs制备的组织工程骨可促进羊胫骨延长骨愈合.     

脱细胞牛心包膜材料与胶原膜引导骨再生的对照研究

目的 比较碳化二亚胺[1-ethyl-3（3-diaminopropyol）-carbodiimide，EDAC]交联脱细胞牛心包（acellular bovine pericardium，ABP）与胶原膜引导骨再生的作用和膜材料植入动物体内的转归。方法 健康雄性成年新西兰白兔24只，体重2．6～3．5kg，平均3．1kg。制备兔双侧下颌体7mm×7mm×5mm骨缺损模型，一侧骨缺损覆盖EDAC交联ABP（EDAC交联ABP组），另一侧覆盖胶原膜（胶原膜组）。术后4、8、16及24周各处死6只动物行大体、组织学观察及图像分析检测新生骨面积百分比及膜材料吸收替代百分比。结果 大体观察：术后4、8周EDAC交联ABP组膜材料完整，与缺损区正常骨粘连紧密；胶原膜组膜材料形态消失，骨缺损区轮廓欠清晰。术后16、24周EDAC交联ABP组骨缺损区创面平坦；而胶原膜组凹凸不平。组织学观察：术后4、8周EDAC交联ABP组胶原纤维排列规则，缺损区中央大量新生骨小梁；胶原膜组胶原纤维断裂，缺损区见大量新生骨小梁。术后16、24周，EDAc交联ABP组骨缺损区形成完整的骨桥，而胶原膜组骨缺损内局部长入纤维结缔组织。术后4、8周，两组新生骨面积百分比相近，16周EDAC交联ABP组为81．99％±3．92％，胶原膜组为76．35％±4．29％，组间差异有统计学意义（P〈0．05）。术后4、8、16及24周，EDAC交联ABP组膜材料平均吸收替代百分比分别为16．57％、27．94％、65．61％和85．72％；胶原膜组4周降解超过50％，8周已完全降解吸收。结论 EDAC交联脱细胞牛心包膜材料引导成骨的效率优于胶原膜。