凝胶包埋脂肪基质细胞接受振荡载荷模式构筑工程化软骨的研究

目的 观察构建工程化软骨生物学行为,评估扩增软骨种子细胞的方法.方法 软骨诱导化脂肪基质细胞(ADSCs),接种至nβ-TCP/Cs/PCL支架构建工程化软骨:A组(凝胶+振荡培养)、B组(凝胶+静态培养)、C组(振荡培养)、D组(静态培养);每组48块构建物,各阶段每组随机取6块,第1、4、8、12、16、20、24、28天,电镜、共聚焦观察,检测存活率、细胞增殖、Ⅱ型胶原(Col-Ⅱ)、DNA及氨基葡聚糖(GAG)含量.结果 A组细胞生长旺盛、细胞外基质丰富,存活率高于其他组(86.39±5.05,P<0.05),增殖活力、Col-Ⅱ、DNA及GAG含量均高于其他组(0.57±0.12,71.30±2.51,73.21±1.38,81.25±1.29,P<0.05).结论 凝胶包埋及振荡方式能扩增种子细胞及优化软骨构建质量.     

凝胶包埋BMP-2基因及振荡构建工程化骨的生物效应评估

目的 分析构建工程化骨的生物学行为,评估优化构筑工程化骨的方法. 方法 用人骨形态发生蛋白2腺病毒载体(Ad-BMP-2)转染兔脂肪基质细胞,nB-TCP/Cs/PCL支架接种及构建工程化骨,分A组(基因转染加静态培养),B组(凝胶加生长因子加振荡培养)、C组(凝胶加基因转染加振荡培养)和D组(凝胶加生长因子加静态培养);第1、4、8、12、16、20、24、28天,电镜、共聚焦显微镜观察,检测凋亡率、增殖、碱性磷酸酶活性及体内成骨分析.结果 C组细胞生长旺盛,细胞外基质丰富,凋亡率低于其它组(P＜0.05),增殖活力、碱性磷酸酶水平均高于其它组(P＜0.05),工程化骨发育成熟. 结论 凝胶包埋成骨基因与振荡模式为构建工程化骨的理想方法.     

利用灌注式生物反应器体外构建大段组织工程化骨的实验研究

目的 研究体外利用灌注式生物反应器构建大段组织工程化骨的可行性. 方法把在体外培养扩增的第三代人骨髓基质干细胞与大段多孔β-磷酸三钙(β-TCP)支架复合.将细胞/支架复合体放入灌注式生物反应器中,进行连续灌注培养.28 d后,检测细胞的增殖及碱性磷酸酶(ALP)活性,同时对培养后的细胞/支架复合体进行组织学检测及形态学计量,用以评价体外组织工程化骨的构建.以静态培养作为对照组. 结果培养28 d后,灌注培养组的细胞活性明显高于静态培养组.灌注培养组细胞的ALP活性显著高于静态培养组.静态培养组细胞仅在多孔β-TCP支架周缘增殖,形成的新骨量较少.灌注培养组细胞在整个β-TCP支架内增殖,形成的新骨量较多. 结论利用灌注式生物反应器的灌注培养,可以使人骨髓基质干细胞在大段β-TCP载体内增殖并形成新骨,使体外大段组织工程化骨的构建成为可能.     

PRP及RGD联合修饰表面改性后仿生基质对ADSCs生物学行为的调控

目的 评估富血小板血浆(platelet rich plasma,PRP)及精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(Arg-Gly-Asp,RGD)联合修饰表面改性后支架的细胞生物学特征,验证优化界面整合的方法.方法 兔脂肪基质干细胞成骨诱导化,nβ-TCP/Cs/PCL仿生基质Nd:YAG激光处理,表面改性及细胞接种:A组(PRP凝胶加RGD修饰表面改性基质加ADSCs)、B组(RGD修饰表面改性基质加ADSCs)、C组(表面改性基质加ADSCs)、D组(未表面改性基质加ADSCs);第1、4、8、12、16、20、24、28天,显微镜和电镜、共聚焦技术观察和检测细胞的存活率、增殖活力、Westen blot测定碱性磷酸酶及Ⅰ型胶原蛋白表达活性,分析Runx2与OPG表达.结果 A组细胞生长旺盛、细胞外基质丰富,存活率高于其它组(88.16±1.29,P＜0.05),增殖活力、碱性磷酸酶及Ⅰ型胶原水平均高于其它组(0.92±0.13,87.27±3.08,93.27±3.91,P＜0.05),Runx2和OPG表达显著.结论 PRP及RGD修饰联合支架表面改性能促进细胞增殖,为理想的骨整合方法.     

人间充质干细胞在骨组织工程中的应用

目的从数量与功能两方面探讨人间充质干细胞(humanmesenchymalstemcells,hMSCs)作为骨组织工程种子细胞的可行性。方法髂骨穿刺,梯度离心分离获得hMSCs,体外扩增培养;对第3代细胞用地塞米松、β-甘油磷酸、维生素C等成骨诱导培养,检测细胞碱性磷酸酶、骨钙素的表达和钙结节形成情况;诱导细胞与可吸收性复合支架材料体外构建复合体,植入裸小鼠皮下,对照组仅植入支架材料,术后3周取材检测骨钙素、Ⅰ型胶原表达。结果4ml骨髓含3.2×107～6.0×107个单个核细胞,培养3周收获hMSCs2.5×107～4.3×107;成骨诱导后,表达碱性磷酸酶、骨钙素阳性细胞数>50%,对照组<10%;诱导细胞与材料复合后植入体内仍然高表达骨钙素、Ⅰ型胶原。结论hMSCs能够满足体外构建组织工程化骨,对种子细胞数量和功能的要求。     

重组人骨形态发生蛋合7、转化生长因子β1对兔脂肪基质细胞体外成骨潜能的初步实验研究

目的分离兔脂肪基质细胞并诱导培养其成骨表型,为扩增种子细胞提供实验依据。方法获取兔脂肪组织,胶原酶消化得到脂肪基质细胞,进行原代培养,消化传代后诱导培养,设置含重组人骨形态发生蛋白7(rhBMP-7)、转化生长因子β1(TGF-β1)的改良成骨诱导化培养组、常规成骨诱导培养组及对照非成骨诱导培养组,绘制生长曲线并对其成骨表型进行鉴定。结果与常规成骨诱导化方式相比,rhBMP-7、TGF-β1能明显促进的脂肪基质细胞增殖,并促使其向成骨细胞演变,碱性磷酸酶及VonKossa染色强阳性,群体倍增时间为32h;对照组未显示成骨细胞方向分化。结论采用多因子的成骨诱导培养利于脂肪基质细胞的增殖及诱导分化,是扩增组织工程种子细胞的有效方法。     

脂肪干细胞/Ⅰ型胶原凝胶/聚乳酸聚乙醇酸-β-磷酸三钙骨组织工程复合体的构建及其异位成骨研究

目的 构建基于脂肪干细胞、Ⅰ型胶原凝胶以及聚乳酸聚乙醇酸-β-磷酸三钙支架(PLGA-β-TCP)的骨组织工程复合体并对其异位成骨进行研究.方法 设计构建脂肪干细胞-Ⅰ型胶原凝胶/PLGA-β-TCP复合体(A组),同时设立单纯细胞/PLGA-β-TCP材料复合体(B组)、单纯Ⅰ型胶原凝胶/PLGA-β-TCP复合体(C组)以及单纯PLGA-β-TCP支架材料(D组)作为对照.扫描电镜、相差显微镜观察细胞材料复合情况并对脂肪干细胞增殖以及成骨分化进行分析.体外成骨诱导培养2周后移植于自体股部肌袋,8周后取出,依次行放射学、组织学定性及半定量分析.结果 (1)体外成骨诱导2周,A组细胞增殖率慢于B组(P<0.05,n=4),但其细胞总数远高于后者(P<0.01,n=4).A组碱性磷酸酶(ALPase)活性、细胞外基质矿化程度均显著高于B组(P<0.01,n=4).A组细胞悬浮于Ⅰ型胶原凝胶并均匀分布于材料孔隙中而B组细胞仅见黏附于材料表面.(2)移植8周,X线片示A组高密度钙化影形成,B、C、D组未见有阳性结果.A组材料孔隙中均匀充满新生骨组织,可观察到骨小梁样结构.B组仅在少数孔隙中有类骨组织形成,同时伴有结缔组织长入.A组新生骨面积百分比显著高于B组(P<0.01,n=4).结论 通过应用Ⅰ型胶原凝胶来实现脂肪干细胞与PLGA-β-TCP多孔支架材料的均匀复合,能够有效促进脂肪干细胞在材料孔隙中的成骨分化及均质骨组织形成.     

组织工程化骨膜的构建及其在体外的成骨活性检测

[目的]利用兔骨髓间充质干细胞与猪小肠粘膜下层复合构建组织工程骨膜,体外观察其生物学特性并检测成骨活性,为将来体内移植提供实验依据。[方法]以猪小肠粘膜下层基质作为支架材料,与新西兰大白兔骨髓间充质干细胞(BMSCs)或体外成骨诱导培养后的BMSCs,采用沉淀法复合构建两种组织工程化骨膜(M2及M1),用MTT法检测种子细胞在支架材料上的生长情况;扫描电镜(SEM)观察种子细胞在支架材料上的生长、粘附状态;通过ELISA检测碱性磷酸酶活性和骨钙素分泌水平。[结果]种子细胞在SIS上生长良好,M2及M1在含有成骨诱导剂的培养基中培养可分泌一定量骨钙素(11 d达峰值),并表达碱性磷酸酶活性(7 d达峰值)。而且,Ml所分泌骨钙素的量与碱性磷酸酶活性高于M2,差异有统计学意义(P<0.05)。[结论]利用兔骨髓间充质干细胞与猪小肠粘膜下层复合构建组织工程化骨膜能够保持较稳定的生物活性,种子细胞能良好地在支架上附着、生长增殖,并稳定地分泌一定量的骨钙素和碱性磷酸酶,在体外表达较强的成骨活性。     

经骨向诱导的骨髓间充质干细胞在脱钙骨上生长行为的实验研究

目的:建立成骨细胞-脱钙骨支架复合物,观察其诱导成骨能力,从而探寻组织工程化骨的体外构建方法.方法:运用细胞沉淀法将大鼠BMSCs诱导形成的成骨细胞接种于脱钙骨支架,通过扫描电镜(SEM)、免疫荧光观察脱钙骨表面细胞生长情况,通过上清液碱性磷酸酶(ALP)活性及Ⅰ型前胶原羧端肽(PICP)、骨钙素检测观察成骨细胞活性.结果:扫描电镜示成骨细胞在脱钙骨表面生长良好,上清液ALP、PICP及骨钙素表达均明显高于对照组(P＜0.05),并随时间的增长而显著增加(P＜0.05).结论:采用细胞沉淀法成功将成骨细胞接种于脱钙骨支架,成骨细胞在支架材料中增殖旺盛,细胞活性状态良好,具有良好的骨形成能力,脱钙骨支架可作为骨组织工程中载体支架的较优选择.     

骨髓基质细胞体内外成骨的实验研究

目的：探讨骨髓基质细胞（Bone marrow stromal cell,BMSc)向成骨细胞转化的条件,利用骨髓基质细胞构建组织工程化骨组织。方法：采用地塞米松、β-甘油磷酸钠诱导体外培养的兔骨髓基,上差异显微镜和碱性磷酸酶检测基向成骨细胞转化的能力。将骨髓基质细胞与生物活性玻璃陶瓷（Bioactive glass ceramic,BGC)复合后植入免自体肌袋内,观察成骨过程。结果：在适当诱导条件下,骨髓基质细胞可向成骨细胞分化,在体内外表现出明显的成骨能力,地塞米松、β-甘油磷酸钠起着重要的作用。结论：骨髓基质细胞是骨组织工程的良好细胞来源,利用组织工程化方法可构建新生骨组织。     

富含血小板血浆双相接种法构建组织工程骨

目的：传统的细胞接种法接种效率低,影响组织工程骨的成骨质量。本研究预探讨富含血小板血浆双相接种法是否可以提高细胞接种效率、优化组织工程骨的构建。方法：分别用富含血小板血浆、乏血小板血浆重悬BMSCs,灌注于三维多孔PLGA支架中,凝血酶促凝,体外培养。通过扫描电镜观察支架表面的细胞分布;通过检测支架内DNA含量、ALP含量、成骨基因表达情况分析细胞的接种效率、增殖和分化情况,并与传统的接种方法进行比较。结果：富含血小板血浆和乏血小板血浆双相接种法均能提高细胞与三维支架的结合效率;富含血小板血浆还可以促进支架内细胞的增殖,同时不影响细胞的分化。结论：双相接种法可以提高细胞的接种效率;与普通双相接种法相比,富含血小板血浆双相接种法可以进一步优化组织工程骨的构建。     

冻存对组织工程骨膜生物活性的影响

目的 观察冻存复苏过程对组织工程骨膜生物学特性的影响.方法 体外培养新西兰大白兔骨髓间充质干细胞(BMSCs),与猪小肠黏膜下层(SIS)构建组织工程骨膜.冻存后复苏培养,扫描电镜(SEM)观查复苏后种子细胞生长状况、噻唑蓝(MTT)比色法绘生长曲线、钙-钴法检测碱性磷酸酶(ALP)、生物化学法定量分析ALP的表达.结果 冻存复苏后BMSCs仍能在SIS上保持良好的生长状况;组织工程骨膜复苏后成骨诱导培养5d时ALP含量达峰值,10～15d时稳定在较低的量,与对照组比较差异有统计学意义(P<0.05). 结论组织工程骨膜冻存复苏后仍保持较稳定的生物活性.     

Orbital seeding of mesenchymal stromal cells increases osteogenic differentiation and bone-like tissue formation

In bone tissue engineering (TE), an efficient seeding and homogenous distribution of cells is needed to avoid cell loss and damage as well as to facilitate tissue development. Dynamic seeding methods seem to be superior to the static ones because they tend to result in a more homogeneous cell distribution by using kinetic forces. However, most dynamic seeding techniques are elaborate or require special equipment and its influence on the final bone tissue-engineered construct is not clear. In this study, we applied a simple, dynamic seeding method using an orbital shaker to seed human bone marrow–derived mesenchymal stromal cells (hBMSCs) on silk fibroin scaffolds. Significantly higher cell numbers with a more homogenous cell distribution, increased osteogenic differentiation, and mineral deposition were observed using the dynamic approach both for 4 and 6 hours as compared to the static seeding method. The positive influence of dynamic seeding could be attributed to both cell density and distribution but also nutrient supply during seeding and shear stresses (0.0-3.0 mPa) as determined by computational simulations. The influence of relevant mechanical stimuli during seeding should be investigated in the future, especially regarding the importance of mechanical cues for bone TE applications. Our results highlight the importance of adequate choice of seeding method and its impact on developing tissue-engineered constructs. The application of this simple seeding technique is not only recommended for bone TE but can also be used for seeding similar porous scaffolds with hBMSCs in other TE fields.     

不同细胞接种密度体外构建“自组装”工程化软骨的实验研究

[目的]探究以人骨髓间充质干细胞(humanbonemarrowmesenchymalstemcells,hMSCs)为种子细胞体外构建“自组装”工程化软骨对应的合理细胞接种密度.[方法]体外分离与培养hMSCs.用含100ng/ml生长分化因子5(growthdifferentiationfactor5,GDF-5)的软骨诱导液(chondrogenicmedium,CM)定向诱导培养第3代hMSCs,诱导3周后重悬细胞,分别以A组2.5×106/ml,B组5×106/ml,C组1x107/ml,D组2×107/ml四种细胞密度接种于2％琼脂糖包被的24孔板,每组设5个复孔.自组装培养3周后,对标本进行大体观察、组织学及免疫组化检测并进行生化分析,比较不同组标本的软骨生物学特性的差异.[结果]“自组装”培养3周后,各组都形成了软骨样组织团块,团块直径与湿重随细胞接种密度而增加.Bem评分结果显示C、D两组明显高于A、B两组(P＜0.05),且C组与D组间差异无统计学意义,Ⅱ型胶原免疫组化染色检测到C组与D组细胞外基质内有较强的阳性信号弥漫分布,蛋白多糖(GAG)含量C、D两组亦明显高于A、B两组(P＜0.05),且C组与D组间差异无统计学意义.[结论]在一定细胞接种密度范围内,“自组装”工程化软骨的生物学特性呈密度依赖性增加.以1×107/ml接种时,可以获得具有良好生物学特性的“自组装”工程化软骨.     

Bone Morphogenetic Protein-6-loaded Chitosan Scaffolds Enhance the Osteoblastic Characteristics of MC3T3-E1 Cells

The purpose of this study is to investigate the convenience of bone morphogenetic protein-6 (BMP-6)-loaded chitosan scaffolds with preosteoblastic cells for bone tissue engineering. MC3T3-E1 cells were seeded into three different groups: chitosan scaffolds, BMP-6-loaded chitosan scaffolds, and chitosan scaffolds with free BMP-6 in culture medium. Tissue-engineered constructs were characterized by 3-(4, 5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyl-tetrazoliumbromide assay, scanning electron microscopy (SEM), mineralization assay (von Kossa), alkaline phosphatase (ALP) activity, and osteocalcin (OCN) assays. BMP-6-loaded chitosan scaffolds supported proliferation of the MC3T3-E1 mouse osteogenic cells in a similar pattern as the unloaded chitosan scaffolds group and as the chitosan scaffolds with free BMP-6 group. SEM images of the cell-seeded scaffolds revealed significant acceleration of extracellular matrix synthesis in BMP-6-loaded chitosan scaffolds. Both levels of ALP and OCN were higher in BMP-6-loaded chitosan scaffold group compared with the other two groups. In addition, BMP-6-loaded scaffolds showed strong staining in mineralization assays. These findings suggest that BMP-6-loaded chitosan scaffold supports cellular functions of the osteoblastic cells; therefore, this scaffold is considered as a new promising vehicle for bone tissue engineering applications.     

纳米化仿生诱导骨的构建及促进兔横突间融合研究

目的 探讨纳米化仿生诱导骨促进兔脊柱融合的可行性.方法 成骨化兔脂肪基质细胞(ADSCs)接种在纳米级β磷酸三钙/壳聚糖/聚已内酯基质,构建纳米化仿生诱导骨;建立兔腰5～6横突间融合模型,A组纳米化仿生诱导骨,B组自体髂骨,C组脂肪基质细胞移植,D组空白支架,E组rhBMP-2注射.行影像学、组织学、免疫组化、新骨及诱导因子定量分析等检查.结果 A组融合能力最强,融合率100%、新骨面积比(87.32±1.68)%、BMP含量及力学指标(128±19)、(331.56±3.21)N、(526.78±3.19)Nmm均高于其他组,差异有统计学意义(P＜0.05);B、C组次之,E组新骨生长不明显,融合相对延缓.D组未融合.结论 仿生诱导骨能强化骨再生,促进脊柱融合.