骨形态发生蛋白复合纤维蛋白载体修复骨缺损的实验研究

目的：探讨以纤维蛋白作为骨形态发生蛋白的载本修复节段性骨缺损。材料和方法：于３６只新西兰白兔两侧桡骨干处造成１．５ｃｍ缺损，采用四种方法进行处理：Ａ组，植入２５ｍｇ ＢＭＰ与人纤维蛋白制成的复合物；Ｂ组，植入单纯２５ｍｇＢＭＰ：Ｃ组，植入单纯纤维蛋白；Ｄ组，留作空白对照，术后不同时间进行放射学，组织学和放射性核素显像检查。结果：Ａ组骨缺损区在成骨活跃程度，骨再生量和再生髓腔结构等方面均显著优于Ｂ组     

骨髓间充质干细胞复合骨形态发生蛋白和纤维蛋白修复节段性骨缺损

目的 用自体骨髓间充质干细胞(MSCs)、骨形态发生蛋白(BMP)和纤维蛋白的复合物修复骨缺损。方法 抽取兔自体骨髓并分离和大量培养MSCs。在12只MSCs供体兔的两侧桡骨中段造成1.5cm缺损，一侧植入自体MSCs、15mgBMP和纤维蛋白的复合物(B M F)，另一侧植入自体MSCs与纤维蛋白的复合物(M F)。另一组等数量实验兔造成相同缺损后，一侧植入15mgBMP与纤维蛋白的复合物(B M)，另一侧留作空白对照。术后第2，4，8周做放射学、组织学和ECT检查。结果 B M F组在术后2周即产生填满缺损区的骨痂影，8周时骨缺损得到良好修复。B M组所产生骨痂量和修复效果均不如B M F组，但优于M F组。结论 用自体骨髓间充质干细胞复合骨形态发生蛋白和纤维蛋白修复骨缺损是一种切实可行和有效的方法。     

自体骨髓基质干细胞在齿槽裂骨缺损修复中的应用

目的探讨人自体骨髓基质干细胞（human bone marrow stromal cells，hBMSCs）在治疗齿槽裂骨缺损中的可行性。方法2002至2005年，选择齿槽裂骨缺损患者7例（单侧6例，双侧1例），以患者自体骨髓基质干细胞为种子细胞，部分脱钙骨（partly demineralized bone matrix，pDBM）为支架材料构建组织工程骨，治疗齿槽裂骨缺损。从患者髂前上棘穿刺取骨髓，密度梯度离心法分离hBMSCs，经体外成骨诱导和扩增至第3代。将诱导的hBMSCs，复合部分脱钙骨体外培养1周后，手术回植骨缺损区。分别于术后1、3、6、12、24、36个月进行临床外形和三维CT检查随访。结果6例患者头部三维CT检查，结果示术后3个月能形成组织工程化骨，并修复骨组织缺损。术后1～3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。1例患者（双侧齿槽裂）植入物外露感染。结论以自体hBMSCs为种子细胞，部分脱钙骨为支架材料，利用组织工程技术可在人体内形成稳定的组织工程化骨组织，并临床修复齿槽裂骨缺损。     

磷酸钙人工骨结合骨髓基质干细胞移植修复骨缺损的实验研究

目的制备磷酸钙人工骨(calcium phosphats artifieal bone, CPC)与骨髓基质干细胞(bone mesenchymal stem cells, BMSCs)复合物，通过动物实验研究其对骨缺损的修复作用。方法分离、扩增兔的BMSCs，并以CPC为载体制备cPc／BMSCs复合物，植入兔桡骨15mm骨缺损处。于术后不同时间处死动物，通过X线摄片、组织学染色分析和放射性核素监测，观察新骨形成和材料降解情况。同时以单纯的CPC及空白对照组作为对照研究，评价CPC／BMSCs复合物对骨缺损的修复能力。结果CPC／BMSCs复合物可再生新骨组织并完好地修复桡骨缺损，且其修复能力明显优于单纯的CPC。结论以CPC为载体的自体骨髓细胞移植能有效的修复骨缺损。     

组织工程化骨修复四肢骨缺损的初步临床研究

目的探索以人自体骨髓基质干细胞(Human bone marrow stromal cells,hBMSCs)为种子细胞构建的组织工程骨用于修复四肢骨缺损的可行性。方法选择9例四肢骨缺损病例(良性骨肿瘤5例、骨缺损4例)。经病人髂前上嵴,穿刺抽取10mL骨髓,用密度梯度离心法分离得到hBMSCs,用成骨诱导培养液定向培养、扩增,应用第3代的hBMSCs与珊瑚复合,继续在体外培养1周后,手术植入骨缺损区。分别在术后2个月、6个月、12个月和24个月进行临床观察和X线检查。1例病人在二次手术时,在原骨缺损区取出少量新生组织活检,进行组织学观察(HE染色)。结果患者术后X线检查显示,组织工程骨在原位形成新骨,能较好地修复骨缺损。活检标本HE染色显示,局部形成正常松质骨组织。结论以自体hBMSCs为种子细胞,利用组织工程技术制成的自体组织工程骨可以修复四肢骨缺损,并且能够修复较大的骨缺损,但组织工程骨的临床成骨效果与植骨床血供密切相关,目前所使用的组织工程骨植骨方法具有一定的适应证。     

骨形态形成蛋白复合纤维蛋白载体修复全厚关节软骨缺损的实验研究

目的：用骨形态形成蛋白（BMP）复合纤维蛋白载体修复创伤性全厚关节软骨缺损,方法：60只新西兰家兔,体重2．5－3kg,雌雄不限,随机分为5组,每侧股骨髌髁关节面低速电钻钻一直径为4mm全厚关节软骨缺损,一侧缺损填充BMP／FS,对照侧缺损填充单纯FS,单纯BMP和空白组,膝关节不做固定,允许笼中自由活动,术后2,4,8,12周空气栓塞分批处死动物,大体观,组织学切片HE染色,S－100蛋白免疫组化染色和透射电镜观察实验结果,结果：术后4周,BMP／HF填充的部分关节软骨缺损由类透明软骨修复,术后8周,实验组缺损大部分由类透明软骨修复,而对照组则由纤维软骨或纤维组织修复,术后12周,实验组修复组织主要是透明软骨或类透明软骨,修复面较平整光滑,与周围组织愈合良好,但部分修复软骨面变薄,纤维化。结论：BMP／FS复合物促进了关节软骨的早期修复,并且最终的修复组织更接受正常的关节软骨,但术后12周修复的关节软骨出现退行性改变。     

不同荧光蛋白标记技术对兔骨髓基质干细胞体外增殖的影响

目的探讨不同荧光蛋白标记方法对兔骨髓基质干细胞体外增殖能力的影响。方法从兔骨髓中分离培养骨髓基质干细胞,分别采用逆转录病毒和质粒转染两种方式进行增强型绿色荧光蛋白和红色荧光蛋白标记,G418筛选培养3周后,测定细胞生长曲线和贴壁率的变化。结果逆转录病毒载体pLEGFP-N1、真核表达载体pDsRed2-C1均可以成功标记骨髓基质干细胞,G418筛选培养后,细胞表达明显的荧光蛋白,其阳性率增加。pLEGFP-N1标记组细胞倍增时间为(34.9±1.2)h,pDsRed2-C1组为(36.1±1.4)h,未标记组为(33.8±0.5)h,3组数据间无统计学差异(P>0.05)。结论荧光蛋白标记对骨髓基质干细胞体外增殖无明显影响,合理应用不同荧光蛋白及其表达载体将成为深入研究组织工程种子细胞的有力工具。     

组织工程方法修复羊腭裂骨缺损的实验研究

目的 观察应用自体骨髓基质干细胞(BMSCs)复合珊瑚修复山羊全长腭裂骨缺损的效果.方法 体外成骨诱导山羊BMSCs复合珊瑚修复山羊全长腭裂骨缺损,以单纯珊瑚植入缺损作为对照组.于术后2、12、24、32周行头颅CT扫描并三维重建,术后24、32周行大体取材、苦味酸-品红染色和Micro-CT骨密度分析.结果 成骨诱导BMSCs在珊瑚支架生长良好.三维CT显示早期实验组骨痂较多,对照组可见珊瑚明显降解,术后24、32周腭裂骨缺损被修复,修复比例分别达(88.52±10.95)％、(90.52 ±8.12)％,组织学显示实验组有大量成熟骨,骨基质和胶原形成良好,对照组缺损不能愈合(P＜0.05),Micro-CT显示新生骨密度(759.48± 96.45 )mg HA/cm3、( 823.93±112.07) mg HA/cm3,接近正常骨(P＞0.05).结论 山羊BMSCs成骨诱导后与珊瑚复合能修复完全性腭裂骨缺损,组织工程技术可用于修复腭裂骨缺损.     

新型骨组织工程β-TCP／CPPF／PLLA支架复合BMSCs修复节段性骨缺损的影像学研究

目的：将自体骨髓基质细胞（Bone marrow stromal cells,BMSCs）接种到β-TCP／CPPF／PLLA支架上,进行体外复合培养,构建组织工程人工骨,植入兔桡骨大段骨缺损模型中,评估BMSCs／β-TCP／CPPF／PLLA复合体促进成骨的作用。方法：用新西兰大白兔40只,随机分为BMSCs／β-TCP／CPPF,PLL复合物组（A组）、β-TCP／CPPF／PLLA支架组（B组）、空白对照组（C组）共三组,建立兔桡骨双侧大段骨缺损模型,相应植入自体细胞材料复合物和单纯支架材料,空白对照组不作任何处理。术后4、8、12、16周处死动物,摄X线片观察骨缺损修复情况。结果：X线检查结果：A组术后2周可见缺损处有散在的、少量的模糊状骨痂生成,术后4周可见明显的骨生成影像,成云雾状,均匀分布在骨缺损区,术后8周整个缺损区均可见到骨痂生成,成骨现象较4周更加明显,部分髓腔已通,术后12～16周,缺损区已完全为新生的骨组织充填,骨髓腔已完全再通,修复区比正常的桡骨较细。B组、C组术后2～16周,虽有不同程度的成骨现象,但没有完全修复骨缺损区,B组较C组修复明显。X线评分结果：A组在各时期均明显高于B组,差异具有显著性（P〈0．01）。结论：自体BMSCs与β-TCP／CPPF／PLLA复合物移植能修复大节段的骨干缺损。     

A new source for cardiovascular tissue engineering: human bone marrow stromal cells

Objective: Vascular-derived cells represent an established cell source for tissue engineering of cardiovascular constructs. Previously, cell isolation was performed by harvesting of vascular structures prior to scaffold seeding. Marrow stromal cells (MSC) demonstrate the ability to differentiate into multiple mesenchymal cell lineages and would offer an alternative cell source for tissue engineering involving a less invasive harvesting technique. We studied the feasibility of using MSC as an alternative cell source for cardiovascular tissue engineering. Methods: Human MSC were isolated from bone marrow and expanded in culture. Subsequently MSC were seeded on bioabsorbable polymers and grown in vitro. Cultivated cells and seeded polymers were studied for cell characterization and tissue formation including extracellular matrix production. Applied methods comprised flow cytometry, histology, immunohistochemistry, transmission (TEM) and scanning electron microscopy (SEM), and biochemical assays. Results: Isolated MSC demonstrated fibroblast-like morphology. Phenotype analysis revealed positive signals for alpha-smooth muscle actin and vimentin. Histology and SEM of seeded polymers showed layered tissue formation. TEM demonstrated formation of extracellular matrix with deposition of collagen fibrils. Matrix protein analysis showed production of collagen I and III. In comparison to vascular-derived cell constructs quantitative analysis demonstrated comparable amounts of extracellular matrix proteins in the tissue engineered constructs. Conclusions: Isolated MSC demonstrated myofibroblast-like characteristics. Tissue formation on bioabsorbable scaffolds was feasible with extracellular matrix production comparable to vascular-cell derived tissue engineered constructs. It appears that MSC represent a promising cell source for cardiovascular tissue engineering.     

基因强化组织工程骨联合显微外科方法修复长段骨缺损的实验研究

目的评价骨形态发生蛋白2（BMP-2）基因强化的组织工程骨联合显微外科方法修复长段骨缺损的效果。方法分离培养兔骨髓基质干细胞，经BMP-2基因转染后复合异种骨支架体外构建基因强化的组织工程骨（GEB）。建立兔双侧桡骨缺损（2．5cm长）模型，采用5种方法修复。A：GEB加带血管蒂骨膜移植；B：GEB加血管束植入；C：GEB加游离骨膜移植；D：GEB；E：单纯支架。术后4、8、12周行X线、组织学、生物力学测定和微血管墨汁灌注等观察血管形成及成骨情况。结果A组血运建立最快，B组血管束早期即发出分支向移植骨内长入，C组4周时游离骨膜成活并发出微小血管，D组在BMP-2基因诱导下成骨速度和质量优于E组，12周时骨缺损部分修复，但中央区成骨不良，而E组12周时形成骨不连，缺损区内被纤维组织填充。在细胞成活率、生物力学性能、VEGF表达水平等方面，均表现为A〉B〉C〉D〉E，差异有统计学意义（P〈0．05）。结论BMP-2基因强化的组织工程骨联合显微外科方法修复长段骨缺损，既提供了血运，又提供了有效的成骨诱导因子，是治疗长段骨缺损较为理想的方法。其中，带血管蒂骨膜联合移植修复效果最佳；血管束植入法血供重建较快，方便临床应用。     

组织工程心脏瓣膜的初步构建

目的探讨用体外培养的犬骨髓基质干细胞（MSC）和由聚4-羟基丁酸酯（P4HB）制作的心脏瓣膜支架构建组织工程心脏瓣膜（TEHv）的可行性。方法取年轻健康犬髂前上嵴的骨髓，分离培养出骨髓基质干细胞，通过苏木素-伊红（HE）染色、Mallory染色、Masson染色及免疫组织化学鉴定细胞，取第3代细胞种植在P4HB构建的心脏瓣膜支架上，培养2周后，用扫描电镜观察。结果MSCs经20～25d的培养后，梭形细胞已达到90％以上融合；经HE染色、Mallory染色、Masson染色及免疫组织化学证实培养出来的细胞为MSCs。扫描电镜下，未种植细胞的瓣膜呈蜂窝状，孔径在89～150btm之间，适宜MSCs的爬行；种植细胞后，瓣膜表面有大量MSCs黏附，且爬行长入蜂窝状孔径内。结论MSCs和以P4HB为材料的瓣膜支架构建TEHV具有可行性。     

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。     

Establishment of a bilateral femoral large segmental bone defect mouse model potentially applicable to basic research in bone tissue engineering

Background

To understand the cellular mechanism underlying bone defect healing in the context of tissue engineering, a reliable, reproducible, and standardized load-bearing large segmental bone defect model in small animals is indispensable. The aim of this study was to establish and evaluate a bilateral femoral defect model in mice.

Materials and methods

Donor mouse bone marrow mesenchymal stem cells (mBMSCs) were obtained from six mice (FVB/N) and incorporated into partially demineralized bone matrix scaffolds to construct tissue-engineered bones. In total, 36 GFP⁺ mice were used for modeling. Titanium fixation plates with locking steel wires were attached to the femurs for stabilization, and 2-mm–long segmental bone defects were created in the bilateral femoral midshafts. The defects in the left and right femurs were transplanted with tissue-engineered bones and control scaffolds, respectively. The healing process was monitored by x-ray radiography, microcomputed tomography, and histology. The capacity of the transplanted mBMSCs to recruit host CD31⁺ cells was investigated by immunofluorescence and real-time polymerase chain reaction.

Results

Postoperatively, no complication was observed, except that two mice died of unknown causes. Stable fixation of femurs and implants with full load bearing was achieved in all animals. The process of bone defect repair was significantly accelerated due to the introduction of mBMSCs. Moreover, the transplanted mBMSCs attracted more host CD31⁺ endothelial progenitors into the grafts.

Conclusions

The present study established a feasible, reproducible, and clinically relevant bilateral femoral large segmental bone defect mouse model. This model is potentially suitable for basic research in the field of bone tissue engineering.     

滑膜间充质干细胞及其在组织工程中的应用

目的对滑膜间充质干细胞(synovium-derived mesenchymal stem cells,SMSCs)的研究进展及在组织工程中的应用进行综述。方法查阅近年SMSCs相关文献,从分离培养方法、基本特性及在组织工程中的应用三方面进行综述。结果 SMSCs具有分离方法简便、增殖能力及多分化能力较强的特点,已有研究将其应用于软骨、肌腱、韧带及骨组织工程领域。结论 SMSCs是MSCs家族的新成员,可能会成为组织工程领域新的种子细胞,还需要进一步深入研究。     

组织工程骨对羊节段性骨缺损的修复

目的探讨自体骨髓间充质干细胞(MSCs)复合生物活性陶瓷材料β磷酸三钙(TCP)修复羊跖骨节段性缺损的能力。方法将24只成年中国美利奴绵羊随机分成3组，制备单侧跖骨21mm长节段性缺损，缺损分别采用相应方法修复：材料 细胞组，缺损区植入β-TCP MSCs复合体(n=10)；单纯材料组，缺损区植入单纯β—TCP(n=10)；空白组，缺损区不作处理(n=4)。术后1、3和6月处死动物并取材，做大体形态学、组织学、X线检查。结果术后6月检查结果显示，在材料 细胞组，骨生成能力明显强于单纯材料组；而空白组仅在骨折断面处生成少量松质骨，骨缺损不能修复。结论生物活性陶瓷β—TCP与MSCs结合能明显提高骨生成速度，在修复长骨干节段性缺损方面具有潜在的临床应用价值。     

组织工程软骨的体外实验研究

目的 :研究软骨细胞在纤维胶内体外生成组织工程化软骨的可行性。方法 :将 4 - 10× 10 7cells/mL细胞 /毫升的软骨细胞植入纤维胶 ,在体外培养 2个月后进行组织学、免疫组织化学分析。结果 :细胞在纤维胶内产生大量的软骨特异性Ⅱ型胶原和蛋白多糖。结论 :纤维胶内的软骨细胞可在体外培养的环境下生成大量透明软骨基质。     

成骨细胞、血管内皮细胞复合组织工程骨修复骨缺损的实验研究

目的采用异种骨脱细胞基质（heterogenous bone acellular matrix，HBACM）复合细胞构建组织工程骨并植入动物体内，观察其对骨缺损的修复作用。方法培养与鉴定兔成骨细胞（osteoblast，0B）、血管内皮细胞（vascular endothelial cell，VEC）以及两种细胞的混合细胞。使用猪肋骨制备HBACM，并分别与0B、VEC以及两种细胞的混合细胞共同培养制备组织工程骨。27只新西兰大白兔随机分为三组，切除兔双前肢桡骨制成骨缺损动物模型，左侧植入HBACM与各组细胞复合培养的组织工程骨，右侧植入HBACM为对照。分别于术后3、6、12周取材，观察骨折愈合情况。结果大体形态观察和X线检查表明，组织工程骨修复骨缺损的速度和程度为：联合培养细胞组〉OB组〉VEC组〉单纯HBACM组。BrdU标记细胞示踪检测结果显示：6周时，HBACM上仍可检测到体外培养的标记细胞，并可见新生软骨形成。常规组织学检查可见12周时组织工程骨与正常骨之间的髓腔再通，骨折愈合。Ⅰ型胶原免疫组化研究发现三组均表达Ⅰ型胶原，VEC组略弱。组织切片图像分析示血管面积联合培养细胞组〉VEC组〉OB组，差异有统计学意义。结论联合培养细胞作为组织工程骨种子细胞可以缩短骨折愈合时间、促进骨缺损的修复。     

骨髓基质成骨细胞-松质骨基质复合人工骨修复颅骨缺损的实验研究

目的 观察松质骨基质－骨髓基质成骨细胞复合工人骨在骨缺损区的成骨作用，探索该组织工程化人工骨修复颅骨缺损的可行性。方法 成年新西兰兔骨髓细胞体外培养、诱导后，接种于藻酸盐－松质骨基质中，形成松质骨基质－藻酸盐－骨髓基质成骨细胞复合人工骨，修复自体颅骨缺损。分别植入松质骨基质和骨髓基质成骨细胞作为对照。植入4周和8周后行X线摄片和组织学检查，观察骨形成情况。结果 复合人工成骨量优于单纯植入松质骨基持或骨髓基质成骨细胞组，并明显优于空白对照。结论 松质骨基质－骨髓基质成骨细胞复合人工骨髓修复颅骨缺损效果良好，可以作为临床大型骨缺损修复的途径之一。