同种异体脱钙骨基质的组织工程学特性

摘要 背景：由骨衍生的支架材料无论形态学和力学特征,具有合成材料无可比拟的优势,脱钙骨基质具有和自体骨最接近的三维结构,同时以Ⅰ型胶原为主,胶原是细胞黏附和生长的良好支架。 目的：从组织工程学角度研究同种异体脱钙骨基质的生物学特性,探讨其作为软骨组织工程支架材料的可行性。 方法：据Urist描述的方法制备青紫蓝兔同种异体脱钙骨基质,扫描电镜观察脱钙骨基质的超微结构,测定其孔径、孔隙率和降解率,测定同种异体脱钙骨基质与骨髓间充质干细胞的黏附率,兔体内植入法评价同种异体脱钙骨基质的组织相容性。 结果与结论：脱钙骨基质呈多孔海绵状三维结构,孔径在210~320 μm之间,孔隙率为92%,体外降解12周降解率达90%以上,脱钙骨基质与骨髓间充质干细胞共培养第2,4,6天的黏附率分别为(51.50±2.30)%,(94.13±2.14)%和(87.24± 1.75)%。兔体内植入6周后脱钙骨基质周围界面未引起明显的炎症和排斥反应,并形成软骨样结构和少量骨组织。说明脱钙骨基质具有适宜的三维多孔结构,降解时间和软骨形成时间同步,同种异体脱钙骨基质与种子细胞黏附率高,与细胞组织相容性好,能满足软骨组织工程对支架材料的要求,是理想的软骨组织工程的支架材料。     

壳聚糖和软骨细胞外基质复合组织工程骺软骨支架的性能观察***◇

背景：在组织工程骺软骨构建过程中,采用何种载体承载已经扩增了的软骨细胞越来越受到人们的关注。 目的：探讨软骨细胞外基质与壳聚糖复合构建组织工程骺软骨支架的可行性并对其性能进行初步观察。 设计、时间及地点：体外观察实验,于2007-12/2009-03在解放军总医院骨科研究所完成。 材料：壳聚糖(脱乙酰度90%,Mr10×105)由青岛海汇生物工程公司提供。市售猪关节软骨。 方法：将新鲜的猪关节软骨在液体中粉碎,梯度离心后制备成3%软骨微丝悬液,将其按1︰1的比例与2%的壳聚糖溶液混合,采用冷冻冻干法制备脱细胞软骨基质三维多孔支架。 主要观察指标：对梯度乙醇处理再次干燥后支架材料进行组织学及扫描电镜观察,测定支架孔径和孔隙率、吸水率,并采用MTT 法分析支架浸提液毒性。分离培养兔骨髓间充质干细胞,用转化生长因子β1 成软骨诱导后种植至支架,倒置显微镜、电镜观察细胞在支架上的生长、分化情况。 结果：支架内孔洞相互连通,孔大小(161±31) μm,孔隙率为(90.1±1.6)%,吸水率为(2 361±132)%。组织学观察显示,三维多孔支架甲苯胺蓝染色、番红O染色、Ⅱ型胶原免疫组织化学染色均呈阳性。MTT 法结果显示支架无细胞毒性。细胞在支架表面黏附良好,分布均匀,并有基质分泌。 结论：制备的软骨细胞外基质和壳聚糖复合三维多孔支架结合良好,含有软骨细胞外基质主要成分,无毒,具备合适的孔径和孔隙率,生物相容性良好。     

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。     

骨髓间充质干细胞和软骨细胞共培养种子细胞特征及体内成软骨活性

目的：组织工程技术为解决关节软骨缺损修复这一难题提供了新的思路，但至今尚无一种细胞能完全满足软骨组织工程对种子细胞的要求。探讨以自体骨髓间充质干细胞与软骨细胞共培养为种子细胞修复关节软骨缺损的可行性，并评价修复效果。 方法：实验于2005-03/2006-02在兰州大学骨科研究所组织工程实验室和连云港市东方医院骨科实验室完成。①取浓度为3×108 L-1的第2代骨髓间充质干细胞和软骨细胞，按2:1比例混匀共培养作为种子细胞，观察细胞的增殖和基质合成，绘制细胞生长曲线。②将细胞终浓度为3×108 L-1的共培养细胞加入含有同种异体脱钙骨基质的24孔培养板中进行接种培养2，4，6 d，计算共培养细胞与脱钙骨基质的黏附率。③取54只青紫兰兔制备全层关节软骨缺损模型，随机分为实验组、脱钙骨基质对照组、空白对照组，每组18只。实验组于软骨缺损处植入同种异体脱钙骨基质与共培养细胞；脱钙骨基质对照组植入脱钙骨基质；空白对照组不作任何植入。移植术后6，12周取出膝关节对修复组织进行大体、组织学评分和免疫组织化学观测。 结果：54只青紫兰兔均进入结果分析。①共培养的软骨细胞基质合成丰富，细胞增殖加快。脱钙骨基质与骨髓间充质干细胞和软骨细胞共培养第2，4，6天的黏附率分别为（46.50±1.40）%，（93.25±2.89）%和（88.34±0.76）%。②大体观察结果：实验组缺损修复组织呈软骨样，表面光滑平坦，与周围软骨整合的软骨细胞更为成熟，修复组织与软骨下骨结合牢固。脱钙骨基质对照组、空白对照组的修复组织呈纤维组织和无修复。③组织学评分：实验组优于脱钙骨基质对照组、空白对照组，差异具有显著性意义（P﹤0.01），脱钙骨基质对照组与空白对照组比较差异无显著性意义（P﹥0.05）。④免疫组织化学染色显示实验组修复组织的细胞为透明软骨样细胞，柱状排列，Ⅱ型胶原染色阳性，与周围软骨及软骨下骨整合良好。 结论：自体骨髓间充质干细胞与软骨细胞共培养作为种子细胞，骨髓间充质干细胞能增强软骨细胞的增殖，促进软骨细胞基质合成，缩短软骨细胞培养时间和减少传代次数，可节省大量的软骨细胞，与脱钙骨基质复合后能有效修复关节软骨缺损。     

羟基丁酸-羟基辛酸共聚体/脱细胞软骨基质支架的细胞黏附性

背景：羟基丁酸-羟基辛酸共聚体[poly(hydroxybutyrate-co-hydroxyoctanoate)，PHBHOx]是一种新型的多聚羟基烷酸类材料，具有优良的可塑性、生物相容性、生物可降解性等性能，但同其他酯类材料相似，PHBHOx亲水性能较差，单纯PHBHOx材料支架细胞黏附性能明显不足。 目的：观察羟基丁酸-羟基辛酸共聚体/脱细胞软骨基质支架的细胞黏附性。 方法：取新鲜猪膝关节表面透明软骨，采用非离子型去污剂Triton X-100、低渗Tris-HCl以及Dna酶和Rna酶等进行脱细胞处理。低温粉碎后与PHBHOx以不同比例复合，采用溶剂浇铸-颗粒沥滤技术制备支架。分离培养猪关节软骨细胞，进行细胞-支架黏附实验并通过MTT比色法和扫描电镜观察软骨细胞在支架上的黏附存活情况。 结果与结论：PHBHOx/脱细胞软骨基质支架的细胞黏附率较对照组显著提高，软骨细胞在支架上黏附紧密，生长良好。提示复合脱细胞软骨基质可以明显提高单纯PHBHOx支架的细胞黏附性能。 关键词：羟基丁酸-羟基辛酸共聚体；脱细胞软骨基质；支架材料；细胞黏附性 doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2010.25.007     

天然可降解脱钙骨基质材料复合脂肪干细胞的三维培养

背景：脱钙骨基质是一种常用的组织工程支架材料,脂肪干细胞是近年来发现的一种成体干细胞,二者均可自体取材,二者复合培养的研究还未见报道。 目的：观察脂肪干细胞与脱钙骨基质复合后三维培养的生长、增殖情况。 方法：无菌切取兔腹股沟皮下脂肪垫,采用Ⅰ型胶原酶搅拌消化法分离培养原代脂肪干细胞,系列传代传至第3代,倒置显微镜下观察细胞形态及生长情况,免疫荧光细胞化学染色检测细胞表面抗原的表达。切取兔髂骨,制备脱钙骨基质。取第3代脂肪干细胞,与脱钙骨基质复合后共培养,1周后扫描电镜观察细胞黏附和生长情况,2周后石蜡包埋切片进行苏木精-伊红染色。 结果与结论：自兔皮下脂肪分离培养获得的脂肪干细胞增殖迅速,第3代脂肪干细胞表面抗原CD44呈阳性表达,CD34为阴性;制备的脱钙骨基质为三维立体多孔结构,具有良好的可塑性,并有一定的机械强度。复合培养后电镜扫描、苏木精-伊红染色显示,细胞在脱钙骨基质表面和孔隙内黏附生长良好,并能继续增殖和分泌胞外基质。结果提示脂肪干细胞与脱钙骨基质复合共培养生长增殖良好,并能分泌细胞外基质。 关键词：脱钙骨基质;脂肪源性干细胞;组织工程;培养;生物材料 doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2010.12.004     

兔髂骨生长板细胞和脱钙骨基质共培养构建组织工程生长板

目的: 由创伤、感染等引起的长骨生长板损伤会导致肢体的短缩与成角畸形,组织工程学科的兴起为治疗生长板损伤提供了契机。采用组织工程技术，旨在探索兔髂骨生长板细胞和同种异体脱钙骨基质共培养构建组织工程生长板的可行性。　 方法：实验于2005-06/2006-06在解放军第四军医大学西京医院全军骨科研究所完成。①实验材料：清洁级3周龄新西兰白兔2只，雌雄不限，体质量2.0~2.5 kg。②实验过程：自兔髂嵴处切取部分髂骨生长板软骨经机械剪切和Ⅱ型胶原酶消化后培养生长板软骨细胞，收集传代培养的第3代兔髂骨生长板细胞体外扩增后接种到同种异体脱钙骨基质上，混合培养。③实验评估：于联合培养24 h，第7，14，21天进行扫描电镜、组织学、免疫组化染色，观察细胞在材料中的生长情况。 结果：①体外单层培养的兔髂骨生长板细胞呈多角形，Ⅱ型胶原免疫组化染色阳性。②扫描电镜检查显示体外复合培养24 h,软骨细胞即开始贴附于脱钙骨基质网架上；第7天分布于支架材料上的生长板细胞迅速分化增殖,分泌细胞外基质；第21天细胞长满支架，重叠生长。③苏木精-伊红染色示，复合培养14 d后，生长板细胞很好地贴附于脱钙骨基质网架上，细胞多为球形，胞浆丰富。 结论：同种异体脱钙骨基质和髂骨生长板细胞共同培养可成功构建出组织工程生长板。     

三维支架中骨髓间充质干细胞及软骨细胞和脂肪源性成熟基质细胞的成软骨效应

背景：软骨修复的关键是种子细胞在三维支架中的定向分化,但细胞放入三维支架中很难有透明软骨表现。 目的：考察3种种子骨髓间充质干细胞,软骨细胞和脂肪源性成熟基质细胞在支架中的成软骨特性。 方法：抽取羊骨髓,胰酶消化后获得原代骨髓间充质干细胞细胞、软骨细胞和脂肪源性成熟基质细胞,单层培养扩增。取P1骨髓间充质干细胞,P3软骨细胞和P3脂肪源性成熟基质细胞种植入不同比例(10%,20%,50%,80%,100%)的胶原/透明质酸支架中, 在无血清培养液中三维培养。2周后,用SO染色和免疫组织化学染色分析,观察硫酸软骨素和Ⅱ型胶原合成情况。 结果与结论：种子细胞在三维支架中特定条件下有成软骨效应,骨髓间充质干细胞在含20%透明质酸的胶原/透明质酸支架扩增少于3代有成软骨效应,软骨细胞传代数更高仍然有成软骨效应,但脂肪源性成熟基质细胞成软骨效应能力较弱。结果提示,在同样条件下骨髓间充质干细胞、软骨细胞较脂肪源性成熟基质细胞有更好的成软骨性能。 关键词：骨髓间充质干细胞;软骨细胞;组织工程;软骨;脂肪干细胞 doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2010.16.004     

软骨形态发生蛋白1诱导仔鼠脂肪干细胞裸鼠体内软骨的分化

背景：脂肪干细胞在特定的培养条件下可向软骨细胞分化,软骨形态发生蛋白1是重要的调节软骨细胞分化的生长因子。前期实验已证实了软骨形态发生蛋白1诱导大鼠脂肪干细胞体外可向软骨细胞形态分化,但是能否在体内成软骨呢？ 目的：验证应用软骨形态发生蛋白1体外诱导SD 仔鼠脂肪干细胞,复合自制牛松质骨支架材料植于裸鼠皮下成软骨情况。 设计、时间及地点：随机对照动物实验,于2007-11/2008-05在解放军第四军医大学基础部实验动物中心、解放军第四军医大学西京医院全军骨科实验研究所完成。 材料：7 d龄SD仔鼠16只用于分离培养脂肪干细胞及软骨细胞,20只成年裸小鼠用于进行体内埋植实验,雌雄不限。 方法：体外培养的脂肪干细胞复合于支架上,加入诱导液(基础培养液+ 50 μg/L软骨形态发生蛋白1)继续培养2周作为实验组;将SD仔鼠软骨细胞复合于支架上,常规培养2周作为对照组。20只裸小鼠 ,左侧腋窝皮下均植入实验组细胞-支架复合物,右侧腋窝皮下均植入对照组细胞-支架复合物。8, 12周各处死10只,行甲苯胺蓝和番红O-固绿染色。 主要观察指标：①细胞形态变化及扫描电镜观察细胞-支架复合物。②四甲基偶氮唑盐法测定实验组和对照组细胞各代的增殖情况。③裸小鼠体内埋植实验结果。 结果：扫描电镜示,软骨细胞和经软骨形态发生蛋白1诱导的脂肪干细胞在自制牛松质骨支架上均生长良好,平均孔径约为382 μm。经软骨形态发生蛋白1诱导的第2,3,4,5,6代脂肪干细胞(诱导组)生长良好并保持持续增殖趋势;对照组的软骨细胞从第4代开始生长缓慢。裸小鼠体内埋植12周时,番红O-固绿染色：实验组阳性,细胞呈球形,可见软骨陷窝;对照组阴性,细胞呈梭形。但两组支架都已降解。 结论：软骨形态发生蛋白1体外诱导SD 仔鼠脂肪干细胞,复合自制牛松质骨支架,裸鼠体内可成软骨。     

脱细胞猪小肠黏膜下层支架复合软骨细胞构建组织工程软骨*☆

背景：关节软骨损伤后无论是否施加干预,都难以达到满意的修复效果。 目的：观察以猪自体软骨细胞为种子细胞复合脱细胞猪小肠黏膜下层构建组织工程软骨的可行性。 方法：将培养至第3代的猪膝关节软骨细胞接种于小肠黏膜下层膜上,复合培养48 h,构建细胞-载体复合物,光学显微镜、扫描电镜观察软骨细胞在小肠黏膜下层膜上的生长情况。 结果与结论：苏木精-伊红染色见细胞在小肠黏膜下层基质层表面呈单层或复层生长;免疫组织化学染色结果显示软骨细胞与小肠黏膜下层表面之间形成一条连续阳性表达条带;扫描电镜见软骨细胞在支架孔隙内贴壁良好生长。