纳米β-磷酸三钙/Ⅰ、Ⅱ型胶原层状支架复合骨髓间充质干细胞修复膝关节骨软骨缺损

摘要 背景：关节软骨损伤修复面临的难题主要表现在再生软骨的结构及生理功能距正常软骨相差较远，无法满足正常生理需要，目前修复方法很多，但效果均不理想。 目的：探讨纳米β-磷酸三钙/Ⅰ、Ⅱ型胶原层状支架-骨髓间充质干细胞复合物修复犬膝关节骨软骨缺损的可行性。 方法：12月龄杂种犬10只，随机分为实验组、缺损对照组，无菌条件下自髂后嵴处抽取骨髓分离培养骨髓间充质干细胞，传至第3代消化、收集，调整细胞浓度为2×109 L-1，与纳米β-磷酸三钙/Ⅰ、Ⅱ型胶原共培养24 h，即制成纳米β-磷酸三钙/Ⅰ、Ⅱ型胶原层状支架-骨髓间充质干细胞复合物。两组犬均制备右膝关节骨软骨缺损，实验组于缺损处植入支架-细胞复合物，缺损对照组不做任何处理。 结果与结论：第12周，实验组缺损内充填以白色半透明组织，表面光滑，触之较软，稍高出周围软骨面，软骨细胞分布较均一，排列无方向性；第24周，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，细胞呈团状，基质异染广泛，与周围正常软骨连接良好。缺损对照组缺损未修复，底部为白色纤维组织。提示骨髓间充质干细胞是修复关节软骨缺损较理想的种子细胞，在新生软骨形成的同时，纳米β-磷酸三钙/Ⅰ、Ⅱ型胶原层状支架逐渐降解吸收，是组织工程修复关节软骨缺损适宜的支架材料。 关键词：纳米；β-磷酸三钙；Ⅰ型胶原；Ⅱ型胶原；骨髓间充质干细胞；软骨细胞；组织工程 doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2010.42.003     

同种异体骨软骨柱移植治疗关节软骨缺损

背景：同种异体骨软骨移植修复关节软骨损伤可以解决自体骨软骨来源有限的问题,但存在免疫排斥问题。 目的：观察以深低温保护剂保护的同种异体骨软骨柱移植修复兔关节软骨缺损的效果,并与自体关节软骨移植作比较。 设计、时间及地点：随机对照动物实验,于2008-05/10在武汉协和医院骨科实验室完成。 材料：24只成年健康新西兰兔中8只用于异体骨软骨柱的制备,16只随机分成同种异体移植组和自体移植组,每组8只。 方法：使用横穿钉套筒提取兔股骨内侧髁骨软骨柱,将骨软骨柱在4 ℃条件下放入盛有10%二甲基亚砜的冻存管中2 h,将冻存管移入程序冷冻仪内以1 ℃/min速率降至-75 ℃,放入-196 ℃液氮罐底部保存3周备用。用横穿钉钻头在兔左膝关节股骨内侧髁垂直于软骨面制造缺损,缺损深4 mm,直径4.45 mm,自体移植组取右膝关节内侧髁骨软骨柱植入到左侧膝关节相应缺损处,异体移植组将经过程序性深低温冷冻保存的同种异体骨软骨柱移植到相应缺损处。 主要观察指标：术后12周观察兔关节活动度、修复组织的质地等情况。以苏木精-伊红染色观察关节软骨组织的病理变化,以半定量改良Wakitani score法进行评估。以免疫组织化学染色观察Ⅱ型胶原分泌情况。 结果：两组实验动物关节活动度正常。异体移植组移植处关节软骨面较光整,与周围正常关节软骨高度一致,结合紧密,颜色接近,与自体移植组相似。两组移植后,兔关节缺损处被透明软骨覆盖,潮线整齐,细胞排列有序,分泌大量基质,异体移植组移植处软骨深层及软骨下骨处可见微小裂隙,未见淋巴细胞和浆细胞浸润。同种自体与异体骨软骨移植组Wakitani score评分结果无统计学差异,总分接近,修复软骨Ⅱ型胶原免疫组织化学染色均强阳性。 结论：冷冻同种异体骨软骨柱移植可修复全层小面积关节软骨缺损,术后近期软骨细胞存活,可分泌软骨基质,未见明显排斥反应,与自体骨软骨柱修复的兔关节软骨缺损在组织学上相近。     

新型生物复合材料聚乙烯醇/纳米羟基磷灰石+聚酰胺66修复关节软骨及软骨下骨缺损☆

背景：聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol hydrogel，PVA)水凝胶目前普遍被认为是关节软骨良好的替代材料，纳米羟基磷灰石(nano-hydroapatite，n-HA)修复骨缺损已取得公认，聚酰胺66(PA66)是一种具有高强度、高韧性和良好稳定性的聚合物，在工程和医学领域已获得广泛应用。 目的：实验仿照关节软骨理化特性，制备新型生物复合材料PVA/n-HA+PA66，观察新型生物复合材料PVA/n-HA+PA66修复兔关节软骨及软骨下骨缺损的效果。 设计、时间及地点：随机分组设计的动物对照实验，于2006-07/2007-07在四川大学华西医院骨科组织工程实验室完成。 材料：成年健康新西兰大白兔72只，在兔股骨关节面上打孔（5 mm×5 mm×5 mm）制备兔关节软骨及软骨下骨缺损模型。PVA/n-HA+PA66生物复合材料由四川大学纳米分析测试中心提供，规格：直径5 mm，高5 mm，圆柱体，上层PVA高度为1.5 mm，乳白色，光滑，质韧，下层n-HA+PA66表面粗糙，质硬，高度为3.5 mm。PVA为多孔网状结构，孔径为5~40 μm，孔隙率为75.3%，含水率为71.6%，n-HA+PA66为多孔网状结构，孔径100~400 μm，孔隙率61.7%。 方法：72只模型兔按随机数字表法分为3组，PVA/n-HA+PA66植入组、单纯PVA植入组、空白对照组，每组24只。PVA/n-HA＋PA66植入组在兔关节软骨及软骨下骨缺损处植入PVA/n-HA＋PA66材料，单纯PVA植入组在缺损处植入PVA材料、空白对照组不做任何处理。 主要观察指标：植入4，8，12，24周后观察兔行为形态、兔膝关节局部组织形态学变化，免疫组织化学染色检测Ⅱ型胶原，扫描电镜观察生物材料与周边软骨及软骨下骨连接界面的反应。 结果：72只兔全部进入结果分析。①术后大体形态观察伤口无感染，关节活动度好。②植入后24周，PVA/n-HA+PA66植入组下层材料与周边组织融为一体，周边软骨未见明显退行性变；单纯PVA植入组PVA与部分周边软骨间隙加大，周边软骨部分退行性变；空白对照组缺损部位大部分已钙化。③植入后24周，PVA/n-HA+PA66植入组PVA周边软骨Ⅱ型胶原阳性染色，PVA边缘及表面Ⅱ型胶原阳性染色增多；单纯PVA植入组PVA与周边组织间隙中Ⅱ型胶原阳性染色有少量增加，PVA表面阳性染色减弱，周边软骨阳性染色减弱；空白对照组缺损处表面组织中Ⅱ型胶原染色减低，周边关节软骨染色减低。④植入后24周，扫描电镜见PVA/n-HA+PA66植入组下层材料网孔中充满大量类骨质成分，上层材料PVA与下层材料嵌合紧密；单纯PVA植入组材料周边骨质有部分退缩，间隙加大；空白对照组缺损处下部由骨质充填，上部为纤维瘢痕样组织，组织结构排列紊乱。 结论: 双相生物复合材料PVA/n-HA+PA66具有良好的组织相容性及良好的替代关节软骨及软骨下骨的功能。     

可注射性壳聚糖/β-甘油磷酸二钠凝胶复合同种异体软骨细胞修复兔膝关节软骨缺损及威灵仙的干预效应

背景：组织工程技术已经成为关节软骨缺损修复的研究热点,生长因子是其中的重要部分,但是,生长因子疗效和安全性还不明确。研究发现,威灵仙能够维持和促进软骨细胞合成蛋白多糖与Ⅱ型胶原,并且能促进软骨细胞增殖及转化生长因子β1 mRNA的表达。 目的：探讨可注射性壳聚糖/β-甘油磷酸二钠凝胶复合软骨细胞凝胶修复关节软骨缺损的可行性及威灵仙的干预效应。 方法：于新西兰白兔膝关节的股骨滑车面用牙科钻制成深度为0.4 mm的软骨缺损,随机分为3组,威灵仙组、普通培养基组造模后注入壳聚糖/β-甘油磷酸二钠复合软骨细胞混悬液1 mL,在凝胶注入后第2天,分别给予关节腔注射威灵仙培养基或普通培养基1 mL,1次/d,连续给药7 d。单纯造模组不作特殊处理。术后6,12周后分别行大体、组织学(苏木精-伊红染色、TB染色)、Ⅱ型胶原免疫组织化学观察,并进行Wakitani评分。 结果与结论：威灵仙组、普通培养基组可见缺损关节面被较好地填充,并形成透明软骨样结构,威灵仙组表面平整度及与周围组织整合程度较普通培养基组好,组织学切片上可见类软骨形成并分泌软骨基质和特异性Ⅱ型胶原。单纯造模组未见修复,可见组织增生退变。威灵仙组修复组织与周围组织整合程度、组织学及Ⅱ型胶原分泌量均好于普通培养基组。威灵仙组、普通培养基组Wakitani评分显著低于单纯造模组(P < 0.01),且威灵仙组分值明显低于普通培养基组(P < 0.05)。结果提示可注射性壳聚糖/β-甘油磷酸二钠凝胶复合同种异体软骨细胞能够修复关节软骨缺损,且威灵仙能够促进其对软骨缺损的修复,威灵仙在组织工程技术修复关节软骨缺损中可能起到类生长因子作用。. 关键词：关节软骨缺损;修复;威灵仙;软骨细胞;壳聚糖;β-甘油磷酸二钠 doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2010.16.005     

藻酸钙凝珠复合自体软骨细胞修复成年兔关节软骨缺损*☆

摘要 背景：软骨缺损的修复一直是骨科界的难题之一，近几年发展起来的应用组织工程学技术修复软骨缺损的方法，逐渐被认为是一种有希望治疗关节软骨缺损的手段。 目的：应用藻酸钙凝珠-自体软骨细胞移植修复兔膝关节软骨缺损，观察损伤近期修复情况。 方法：成年新西兰大白兔30只，左膝取软骨细胞，右膝造模。采用体外培养后的第3代自体软骨细胞复合海藻酸钠凝胶，混入CaCl2溶液中制成串珠状凝珠，体外培养4周。实验组植入海藻酸钙凝珠-自体软骨细胞复合物，对照组植入不含细胞的海藻酸钙凝珠，空白组不做任何处理。 结果与结论：纳入新西兰大白兔30只，除其中1 只术后单侧膝关节僵硬强直外，其余均未见手术后关节活动障碍，所有动物术后无感染，无死亡。苏木精-伊红染色可见，实验组修复组织以透明软骨为主，对照组以纤维软骨修复为主，空白组修复不明显，以纤维软组织修复为主。免疫组织化学染色可见实验组修复组织以表达Ⅱ型胶原为主，对照组Ⅱ型胶原免疫组化着色较淡，Ⅱ型胶原表达量少。空白组修复组织不表达Ⅱ型胶原。结果提示藻酸钙凝珠-自体软骨细胞修复软骨缺损有较好效果，表明自体软骨细胞复合藻酸钙凝珠能为软骨组织工程提供一种很好的思路。 关键词：藻酸钙凝珠；软骨细胞；软骨组织工程；修复；生物材料 doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2010.21.003     

自体骨膜复合骨髓间充质干细胞移植修复兔关节软骨缺损

背景：自体骨髓间充质干细胞及骨膜移植等方法可促进关节软骨缺损的修复,但其各自的成软骨能力有限,治疗效果欠佳。 目的：观察自体骨膜复合向软骨细胞诱导的骨髓间充质干细胞移植修复软骨缺损的疗效。 设计、时间及地点：随机分组对照动物实验,于2005-08/2007-03在山西医科大学第二医院骨科实验室完成。 材料：6~8月龄新西兰白兔18只,按随机数字表法分为3组,即骨膜复合骨髓间充质干细胞组、单纯骨膜组及空白对照组,每组6只12个膝关节标本。 方法：骨膜复合骨髓间充质干细胞组采用胰酶消化法采集骨髓间充质干细胞进行贴壁培养,加入转化生长因子β1向软骨细胞进行诱导分化,同时进行PKH-26细胞膜免疫荧光标记。在全部兔双侧股骨内侧髁造成直径3 mm,深度3 mm的全层软骨缺损,骨膜复合骨髓间充质干细胞组、单纯骨膜组取同侧胫骨上段内侧骨膜,骨膜生发层朝向骨髓腔覆盖软骨缺损,骨膜复合骨髓间充质干细胞组先期缝合3针,向缺损区注入1×109 L-1骨髓间充质干细胞细胞悬液20 μL,植入细胞后缝合最后1针。单纯骨膜组只进行单纯骨膜覆盖缺损处理;空白对照组只钻孔不作任何处理。 主要观察指标：术后6,12周时,对缺损部位进行大体观察、组织学观察、Wakitani评分以及Ⅱ型胶原免疫组化及原位杂交检测。 结果：所有缝合骨膜未发现脱落,骨膜复合骨髓间充质干细胞组6周时,软骨缺损已由透明软骨样修复组织填充,12周时修复组织进一步改建,且修复组织中细胞主要为带有PKH-26荧光标记的植入细胞。单纯骨膜组缺损区修复组织为乳白色,表面光滑稍微凹陷,与周围正常软骨组织之间界限清晰;空白对照组缺损区多数比较凹陷,或缺损部位形状不规则,周围软骨组织断裂。术后6,12周时,骨膜复合骨髓间充质干细胞组Wakitani组织学评分均优于单纯骨膜组和空白对照组(P < 0.05),单纯骨膜组的评分优于空白对照组(P < 0.05)。 同时,骨膜复合骨髓间充质干细胞组修复组织内细胞周围基质Ⅱ型胶原免疫组化及原位杂交染色阳性,证实修复组织内的细胞为植入细胞。 结论：自体骨膜复合向软骨细胞诱导的骨髓间充质干细胞移植可形成透明软骨样修复组织修复关节软骨缺损。     

新鲜自体与异体骨软骨移植修复兔关节软骨缺损的比较

背景：骨软骨移植是修复关节软骨损伤的主要方法之一,但新鲜自体骨软骨移植与新鲜异体骨软骨移植相比效果尚无定论。 目的：探讨新鲜自体骨软骨移植与异体骨软骨移植修复兔关节软骨缺损的方法及疗效。 设计、时间及单位：动物实验观察,于2007-01/2008-05在解放军第四军医大学唐都医院骨科完成。 材料：新西兰大白兔9只,随机分为3组,3只/组,分别实施自体骨软骨移植、异体骨软骨移植、单纯软骨缺损3种手术。 方法：自体移植组：在股骨内侧髁负重关节面取直径3 mm骨软骨缺损,于非负重关节面取4块直径1 mm骨软骨柱移植;异体移植组：在股骨内侧髁负重关节面直径3 mm骨软骨缺损处植入相同直径的异体骨软骨柱;对照组：于股骨内侧髁负重关节面取直径3 mm全层软骨缺损,不做处理。 主要观察指标：术后12周取材,进行大体观察,组织学检查和半定量的改良Wakitani score评分。 结果：大体观察异体移植组修复面较自体移植组稍平整,光镜可见自体和异体移植软骨均已覆盖缺损,与正常软骨高度相当。绝大部分修复面为透明软骨,增殖活跃。软骨下骨、松质骨小梁均与骨床完全骨性愈合。自体移植组软骨浅表区细胞数目及排布更接近正常透明软骨,过渡区及辐射区细胞密度、厚度也明显优于异体移植组,基质染色丰富。 结论：自体与异体骨软骨移植的方法均可完成关节软骨缺损的透明软骨修复,自体骨软骨移植更优。     

应力环境组织培养法保存的人骨软骨移植物中胶原和基质金属蛋白酶组织抑制剂3*★○

背景：应力可以对体内外软骨组织或软骨细胞产生多种影响。 目的：观察应力环境对普通组织培养基体外保存的骨软骨移植物保存质量的影响。 方法：将正常人的骨软骨移植物分成3组：对照组即新鲜移植物，普通组移植物采用普通组织培养法保存，应力组用摇床作为动态加载装置对普通组织培养法保存的骨软骨移植物进行持续周期性应力加载。 结果与结论：储存移植物2周时，Western blot法和透射电镜观察显示，与静态环境下保存相比，动态加载环境使关节软骨细胞外基质中基质金属蛋白酶组织抑制剂3的表达明显提高(P < 0.01)，能更好地保护基质中胶原成分的超微结构。结果证实，应力环境有利于保存人同种异体移植物软骨细胞和胶原的超微结构，动态非接触加载可提供一种更好的库存人同种异体骨软骨移植物的方法。     

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。     

兔陈旧性关节软骨缺损模型的制备

背景：临床所见的骨性关节炎的软骨缺损大多为不规则的、深至软骨下的陈旧性骨缺损，但目前关节软骨缺损动物模型多为新鲜骨缺损。 目的：观察制动时间和缺损大小对兔关节软骨陈旧性缺损的影响。 设计、时间及地点：随机对照动物实验，于2004-04/2006-05在南方医科大学创伤骨科组织工程实验室完成。 材料：6周龄新西兰大白兔6只，随机分为6，12周观测组两组，每组3只 6侧膝关节。 干预：无菌操作下显露两侧股骨髁关节面，用牙科钻打圆形孔，每孔直径4 mm，深度约3 mm，达软骨下骨，术毕下肢固定，笼中自由喂养，后膝伸直位制动12周复制的膝关节陈旧性软骨缺损模型。 主要观察指标：制动6，12周模型取出关节软骨缺损区标本进行大体观察和组织学切片观察。 结果：6只兔均进入结果分析。兔关节软骨及周围组织情况：12周时炎症反应较6周轻，纤维瘢痕化较6周明显；12周时出现增生性改变，尤其是关节周围的肌腱、关节囊、韧带、滑囊等结缔组织较6周时更易形成瘢痕、粘连、纤维化等陈旧性损伤组织学改变。12周后可见自行修复不完全，缺损明显。 结论：构建的兔后膝股骨髁关节面软骨缺损直径4 mm，深度约3 mm，达软骨下骨，符合实验要求，适用于骨性关节炎的基础实验。