慢病毒介导骨形态发生蛋白-7基因的干细胞用于组织工程骨构建的实验研究

目的 建立能够稳定表达骨形态发生蛋白-7(BMP-7)的骨髓基质干细胞(BMSCs),观察其成骨分化,并与纳米羟基磷灰石胶原(nHAC)材料复合培养体外构建组织工程骨的可行性.方法 实验分4组:BMP-7和eGFI基因转染组(A组)、eGFP基因转染组(B组)、常规成骨诱导组(C组)、未转染组(D组).用G418筛选获得阳性细胞后接种于nHAC支架体外复合培养.荧光显微镜下观察eGFP表达,判断转染效率;以逆转录-聚合酶链反应(RTPCR)、ELISA检测目的基因表达,四唑盐(MTT)实验检测细胞活力,碱性磷酸酶(ALP)活性和Gomori染色榆测成骨情况;扫描电镜观察细胞在支架材料中的黏附、生长状况.结果 慢病毒24 h对BMSCs的转染率约为90%.RTPCR检测到A组在1300 bp处出现特异性条带,其他组结果阴性;ELISA检测24 h BMP-7蛋白含量为(150.2±18.3)pg/mL,种植支架复合培养8周后BMP-7含量为(76.6±7.4)pg/mL;MTT实验显示细胞活性与未转染组比较差异无统计学意义(P>0.05);ALP活性以16 d最强;扫描电镜见细胞种植nHAC支架后黏附、生长良好.结论 BMP-7可在BMSCs内稳定表达,并诱导其向成骨分化;与nHAC复合培养可构建组织工程骨.     

骨形态发生蛋白对人工关节周围诱导成骨的影响

术后假体松动是影响人工关节置换患者假体使用寿命,导致翻修术的主要原因,现已开展的加强人工关节稳定性的研究中,假体表面涂层加强关节稳定性越来越受到关注,骨形态发生蛋白(BMP)-2的应用成为目前研究的热点之一.建立一个稳定的局部缓控释体系将使提高人工关节早期稳定性成为可能,对于促进患者早负重,缩短术后恢复期起到一定作用....     

不同浓度重组人BMP-7促进骨髓间充质干细胞复合组织工程支架材料TCP-COL体外构建组织工程软骨的研究

目的观察比较不同浓度重组人BMP-7对骨髓间充质干细胞复合组织工程支架材料TCP-COL体外构建组织工程软骨的影响。方法用梯度离心法获取人骨髓间充质干细胞（hMSCs）,将扩增的第3代hMSCs以1×10~7/ml的细胞浓度接种在支架材料TCP-COL上,分为三组进行培养：对照组（成软骨诱导液培养）,BMP-7（50）组（成软骨诱导液基础上加入50ng/ml的BMP-7）,BMP-7（100）组（成软骨诱导液基础上加入100ng/ml的BMP-7）。培养2周后进行扫描电镜观察（SEM）,苏木素伊红染色（HE）,阿尔新蓝染色,Ⅱ型胶原免疫组织化学染色（IHC）,荧光定量PCR（RT-PCR）,糖胺多糖定量（GAG quantification assay）研究。结果扫描电镜与苏木素伊红染色结果显示细胞在TCP-COL生物支架中分布均匀且紧密粘附在材料表面。阿尔新蓝染色,Ⅱ型胶原免疫组织化学染色,二型胶原（F=76.931,P〈0.05）,糖胺多糖（F=63.158,P〈0.05）荧光定量PCR,糖胺多糖定量（F=8.981,P〈0.05）结果显示BMP-7能有效促进人骨髓间充质干细胞复合支架材料TCP-COL体外成软骨,且100mg/ml的浓度应用效果大于50mg/ml。但在COL1基因的表达上,BMP-7（50）组和BMP-7（100）组都显著大于对照组（F=34.823,P〈0.05）。结论 BMP-7能有效促进人骨髓间充质干细胞复合支架材料TCP-COL体外成软骨,且100mg/ml的浓度应用效果大于50mg/ml,但应注意其促进骨质增生的作用。TCP-COL是一种有应用前景的生物支架材料。     

引导骨再生技术对血管化组织工程骨修复兔股骨缺损过程中骨形态发生蛋白-2成骨及表达的影响

目的 探讨引导骨再生(GBR)技术对血管化组织工程骨修复兔股骨缺损过程中局部骨形态发生蛋白-2(BMP-2)的成骨量及表达的影响,以明确GBR技术在血管化组织工程骨应用中的作用. 方法 将兔自体骨髓基质干细胞经诱导后与β-磷酸三钙材料复合,植入制备的兔股骨缺损处并在材料侧槽中植入股动静脉束,其中实验组9例,血管化组织工程骨用可吸收性GBR屏障膜包裹;对照组9例,单纯植入血管化组织工程骨,分别于术后4、8、12周通过形态学检测新生骨量,ELISA法检测骨缺损局部BMP-2的表达量. 结果 随着时间进展各组成骨量逐渐增加(实验组4、8、12周时新生骨的相对面积比分别为7.31%±0.55%,35.23%±3.07%,76.09%±3.71%,对照组4、8、12周时新生骨的相对面积比分别为17.26%±1.17%,54.50%±4.26%,82.57%±4.11%,差异均有统计学意义(P<0.05);且同一时间点实验组成骨量低于对照组,差异有统计学意义(P<0.05);术后4、8、12周时实验组骨缺损局部BMP-2 OD值分别为0.334±0.012,0.245±0.008,0.172±0.009,对照组骨缺损局部BMP-2 OD值分别为0.389±0.008,0.289±0.008,0.189±0.009;术后4周时两组骨缺损内BMP-2表达量均达峰值,此后即开始出现不同程度的下降;术后4、8、12周时骨缺损局部BMP-2表达量实验组均低于对照组,差异均有统计学意义(P<0.05). 结论 GBR屏障膜会降低血管化组织工程骨修复兔股骨缺损局部的成骨量,并减少骨缺损过程中局部BMP-2的表达量.     

骨形态发生蛋白-2/骨髓基质干细胞微囊复合磷酸钙骨水泥的蛋白表达

目的 探讨携带骨形态发生蛋白-2(BMP-2)/Tet-on基因的骨髓基质干细胞(BMSCs)微囊与磷酸钙骨水泥(CPC)多孔支架复合后分泌BMP-2及胶原蛋白的能力. 方法 以携带BMP-2/Tet-on基因的腺病毒转染大鼠BMSCs,应用微胶囊技术包裹BMSCs.采用食盐造孔法使CPC形成多孔支架.实验分为3组(每组4个样本):实验组在CPC多孔支架上复合BMSCs-海藻酸钠-聚赖氨酸-海藻酸钠(APA)微囊复合体,阳性对照组直接培养含BMP-2/Tet-on基因的BMSCs,单纯APA-CPC组在CPC支架上接种空壳微胶囊.培养第3、6、9、12天取3组培养基用酶联免疫吸附测定法(ELISA)测定BMP-2的浓度.实验组固定后做硬组织切片染色观察胶原蛋白的分泌情况. 结果 培养第3、6、9、12天,实验组BMP-2浓度平均分别为(4713.98±178.50)、(3288.85±194.38)、(1292.25±300.11)、(337.19±84.49) μg/mL,阳性对照组BMP-2浓度平均分别为(4663.87±242.99)、(3250.67±293.72)、(1276.74±157.10)、(293.65±92.48) μg/mL,单纯APA-CPC组BMP-2浓度平均分别为(105.14±10.93)、(91.42±18.00)、(89.63±12.99)、(108.72±23.90) μg/mL,同一时间点3组间比较差异有统计学意义(P＜0.05),其中实验组、阳性对照组分别与单纯APA-CPC组比较差异均有统计学意义(P＜0.05),而实验组与阳性对照组比较差异无统计学意义(P＞0.05).实验组硬组织切片染色后可观察到淡黄色类骨质、绿色胶原纤维. 结论 微囊化BMSCs在CPC中可以存活并预期表达BMP-2和胶原蛋白,可以进行下一步体内实验.     

负载人骨形态发生蛋白-7基因的兔脂肪干细胞向成骨细胞分化的实验研究

目的 探讨人骨形态发生蛋白-7(hBMP-7)基因修饰对兔脂肪干细胞(ADSCs)成骨能力的影响. 方法 原代培养兔脂肪干细胞,免疫组织化学方法检测细胞表面抗原CD44、CD49d、CD106的表达,对细胞进行鉴定;阳离子脂质体介导hBMP-7基因转染ADSCs,绿色荧光蛋白表达观察转染效率、逆转录-聚合酶链反应(RT-PCR)检测目的基因hBMP-7的表达;ALP定量测定,Western blot检测Ⅰ型胶原、骨钙素的表达,以评价转基因ADSCs向成骨细胞分化的情况. 结果 从兔脂肪组织中分离出来的ADSCs CD44、CD49d表达呈阳性,CD106表达呈阴性.RT-PCR检测筛选后的ADSCs稳定表达hBMP-7.转染后7、10、14 d ALP定量测定转染组明显高于未转染组,差异有统计学意义(P<0.05);成骨标志物Ⅰ型胶原、骨钙素的表达转染组明显高于未转染组.结论 从脂肪组织中分离出的ADSCs是一种较好的组织工程种子细胞.hBMP-7重组质粒转染ADSCs后表达目的蛋白,并诱导ADSCs向成骨细胞分化.     

负载重组人骨形态发生蛋白-2壳聚糖纳米微球的制备及异位成骨活性研究

目的 制备负载重组人骨形态发生蛋白-2(rhBMP-2)的壳聚糖纳米微球,并考察其成骨活性. 方法 应用离子交联法制备空白壳聚糖纳米微球和rhBMP-2壳聚糖纳米微球,应用透射电镜观察微球的形态,激光粒径分析仪测定其粒径的分布,检测其载药量、包封率及累积释药率.取24只SD大鼠,随机分为4组,每组6只.以无菌手术分别在大鼠左侧股部建立肌袋.A组大鼠肌袋内植入rhBMP-2壳聚糖纳米微球(含rhBMP-2 1 mg),B组大鼠肌袋内植入rhBMP-2 1 mg,C组大鼠肌袋内植入空白壳聚糖纳米微球,D组大鼠肌袋内不做任何处理.评估rhBMP-2壳聚糖纳米微球的成骨活性.结果离子交联法制备的壳聚糖纳米微球球形规整、分散均匀,微球平均粒径为230.0 nm,分布较集中,包封率为66.87％±4.58％,载药率为(33.44±2.29) μg/mg.A、B、C、D组的ALP活性平均分别为(1.94±0 35)、(1.48±0.56)、(0.20±0.07)及(0.18±0.06) kat/g,差异有统计学意义(F=42.959,P=0.000),A、B组明显高于C、D组,且A组高于B组.4组钙含量平均分别为(5.20±1.42)、(3.80±1.40)、(0.19±0.08)、(0.20±0.08)μg/mg,差异有统计学意义(F=39.242,P=0.000),A、B组明 显高于C、D组,且A组高于B组. 结论 离子交联法可成功制备出均一的rhBMP-2壳聚糖纳米微球,该微球具有良好的载药性能和缓释性能,且其骨诱导活性优于单纯rhBMP-2.     

骨形态发生蛋白-2壳聚糖微球复合组织工程支架修复兔股骨髁部骨缺损的实验研究

目的 探讨重组人骨形态发生蛋白-2(rhBMP-2)壳聚糖缓释微球复合聚乳酸-聚羟乙酸/磷酸三钙(PLGA/TCP)支架修复骨缺损的可行性和有效性.方法 取健康成年新西兰大白兔45只,在40只实验动物股骨髁部制备0.6 cm×1.0 cm骨缺损.实验分4组:A组:缺损组,B组:用PLGA/TCP空白支架修复骨缺损,C组:用等量rhBMP-2复合PLGA/TCP支架修复骨缺损,D组:用rhBMP-2壳聚糖微球复合PLGA/TCP支架修复骨缺损,每组10只动物.另5只动物为正常对照组(E组).应用X线、Micro-CT和组织病理学等方法检测术后4、12 周各实验组骨缺损修复效果.结果 术后4周X线片示:A组无新骨形成.B组有少量新生骨影像形成,C、D组骨缺损部位均有新骨影像形成.术后12周,Micro-CT结果显示:D组骨密度、骨体积分数、骨小梁厚度、骨小梁数目等指标均优于B组和C组,差异均有统计学意义(P<0.05),A组末检测到上述指标.术后4剧,D组可见大量骨组织形成,有部分成熟的骨小梁,PLGA/TCP支架大部分被降解.吸收.术后12周,D组支架和微球完全降解.骨缺损被成熟骨取代;B、C、D组骨长入率分别为5.78%±1.21%、37.26%±6.45%、74.25%±8.91%,3组之间比较差异均有统计学意义(P<0.05).结论 复合rhBMP-2壳聚糖微球的PLGA/TCP支架具有良好的骨缺损修复效果,临床应用前景较好.     

转染人骨形态发生蛋白-2基因的羊骨髓间充质干细胞的异位成骨研究

目的评价腺病毒介导的人骨形态发生蛋白-2(hBMP-2)基因转染羊骨髓间充质干细胞(MSCs)后的成骨活性。方法实验分为3组:(1)hBMP-2转染细胞组,(2)半乳糖苷酶基因(βgal)转染细胞组,(3)未转染细胞组。从羊骨髓中分离培养MSCs,基因转染后利用免疫沉淀和Westernblot方法检测BMP-2的表达,并在体外进行碱性磷酸酶(ALP)和VonKossa染色、ALP定量测定、透射电镜观察。分别将细胞悬液注入裸鼠股后部肌内,分期进行X线和组织学检查。结果Westernblot检测发现只有hBMP-2转染细胞组的MSCs表达并分泌hBMP-2。该组于转染后第12d,ALP活性达高峰,与其它两组比较,差异有显著性意义;于16d后出现钙结节,而其它两组未见。透射电镜观察见hBMP-2转染细胞组的细胞内粗面内质网、线粒体和溶酶体增多。裸鼠肌内注射细胞悬液后3周,hBMP-2转染细胞组即有异位成骨,6周时明显增多,其它两组仅见纤维组织形成或微量成骨。结论hBMP-2基因转染能诱导羊MSCs分化为成骨细胞,并在裸鼠体内诱导成骨。     

组织工程骨修复兔颅骨缺损中骨形态发生蛋白的表达

目的 探讨组织工程骨修复骨缺损,内源性骨形态发生蛋白（BMP）在组织工程骨再生过程中的分布及作用,方法 将自体成骨样细胞即刻种植在胶原包埋的聚羟基乙酸（PGA）基质材料上, 然后将该复合体或单纯基质材料移植到兔颅骨的一侧全层骨缺损区,作为实验侧Ⅰ或实验侧Ⅱ。对凤对照,不作任何植入。18只新西兰兔分别于术后3、8及14天处死,标本行组织学及BMP免疫组织化学检查,切片上,确定骨缺损区中央,距骨断端2mm、5mm为A、B、C三区,利用真彩色计算机图像分析系统在各区间测量BMP值。结果 术后3天,实验侧Ⅰ基质间存在BMP阳性细胞,8天时,实验侧Ⅰ新骨形成明显优于实验侧Ⅱ及对照侧。14天时,实验侧Ⅰ可见骨小梁形成,对照侧为纤维组织修复。BMP定量分析中,实验侧（Ⅰ、Ⅱ）三区的BMP值高于对照侧,但实验侧的浓度梯度差值小于对照侧。结论 即刻种植于PGA基质材料上的成骨样细胞在体内可合成和分泌BMP,利用组织工程技术将内源性BMP局限于骨缺损区,提高内源性BMP浓度并改善其分布,可能是组织工程骨诱导骨再生机制之一。     

骨形态发生蛋白-2基因转染兔骨髓基质干细胞及复合纳米羟基磷灰石体外构建组织工程骨的研究

目的 探讨腺病毒介导的人骨形态发生蛋白-2表达载体(Ad-BMP-2)转染兔骨髓基质干细胞(rBMSCs)后复合到纳米羟基磷灰石(Nano-HA)体外构建仿生人工骨的可行性. 方法 采用GatewayTM技术构建腺病毒载体,溶胶-絮凝法制备Nano-HA,用Ad-BMP-2转染体外培养的rBMSCs,免疫组化、RT-PCR和蛋白印迹方法检测转染后细胞的BMP-2表达.将转染48 h的细胞均匀接种到Nano-HA支架上,第3、5天取细胞载体复合物扫描电镜观察细胞贴附、生长状况,消化收集贴附支架的细胞,蛋白印迹检测贴附支架细胞BMP-2的表达.结果 转染后BMP-2基金在mRNA水平和蛋白水平均有高表达;扫描电镜见转染细胞在支架材料分布均匀,黏附良好,转染后及复合后Western Blot检测BMP-2表达较高.结论 利用转基因技术,用含目的基因的腺病毒载体转染靶细胞复合到Nano-HA,细胞载体复合物稳定长效地分泌生长因子,体外成功地构建了仿生人工骨.     

人骨形成蛋白4基因修饰的组织工程化骨促进脊柱融合的研究

目的 探讨人骨形成蛋白4(hBMP-4)基因修饰的组织工程化骨促进兔脊柱融合的能力,为自体骨寻找理想的移植替代材料.方法 重组hBMP-4基因腺相关病毒(AAV-hBMP-4)和重组增强型绿色荧光蛋白(EGFP)基因腺相关病毒(AAV-EGFP)分别按实验确定的最佳感染复数(MOI)值转染兔骨髓间充质干细胞,复合Ⅰ型胶原海绵,构建出表达hBMP-4基因的组织工程化骨及表达对照基因EGFP的人工骨.采用新西兰兔后外侧脊柱融合模型,自身侧侧对照进行实验.14只实验动物随机分为2组,A组右侧为hBMP-4植入侧,左侧为自体骨对照侧.B组右侧为hBMP-4植入侧,左侧为EGFP对照侧.融合术后12周处死动物,评价不同移植物促进脊柱融合的情况.结果 术后2组各6只新西兰兔符合标准.术后第12周X线片、三维CT及扪诊检查示hBMP-4侧共11例达到骨性融合(11/12),自体骨侧5例融合(5/6),EGFP侧仅2例融合(2/6).大体标本观察hBMP-4及自体骨侧新生骨增生明显;EGFP侧成骨量少.结论 hBMP-4基因修饰的组织工程化骨在动物体内可以有效地促进成骨,提高脊柱融合率,可望成为一种理想的自体骨移植替代物.     

组织工程化异体骨复合BMP和自体骨髓治疗股骨头缺血性坏死

目的探讨非细胞型组织工程化异体骨复合骨形态发生蛋白(BMP)和自体骨髓植入治疗青壮年股骨头缺血性坏死的疗效。方法首先进行股骨头髓芯减压,彻底刮除死骨。将异体松质骨混合bBMP和自体骨髓植入死骨刮除区,部分脱钙冻干异体腓骨植入髓芯减压孔道,直接支撑股骨头病变区软骨下骨。采用该方法治疗64例(78髋)股骨头缺血性坏死患者。结果所有患者均获随访,随访时间3个月～6年,平均44个月。随访3年以上28例(36髋),其中18例(22髋)FicatⅠ、Ⅱ期病例,患髋无明显疼痛及功能受限,CT显示形成密度较高的新骨,病变范围及程度无发展。4例(6髋)FicatⅠ、Ⅱ期病例,患髋症状无加重,但病变进展了一期。6例(8髋)FicatⅢ期病例,2例无明显疼痛及活动受限,4例因症状无明显改善而行人工关节置换术。结论异体腓骨可提供直接的机械支撑力,阻止股骨头病变发展和塌陷;BMP可诱导骨髓和异体骨以增强其成骨能力。异体骨复合BMP和自体骨髓可作为治疗青壮年FicatⅠ、Ⅱ期股骨头缺血性坏死的一种选择。     

腺病毒骨形态发生蛋白2绿色荧光蛋白基因转染兔骨髓基质干细胞成骨及示踪作用

目的 观察腺病毒介导的人骨形态发生蛋白绿色荧光蛋白基因(Ad-GFP-hBMP-2)转染对骨髓间质干细胞(bMSCs)成骨能力的影响.方法 取日本大耳白兔4只自双侧股骨远端抽取骨髓培养bMSCs.以Ad-GFP-hBMP-2基因(实验组)及Ad-GFP(对照组)基因转染bMSCs后,用ALP检测试剂盒检测两组细胞的ALP活性;原位杂交检测两组细胞I型胶原的表达;Western blot 检测细胞中BMP-2的表达.将转染后24 h的bMSCs接种到裸鼠体内,术后第4、8、12周观察成骨情况.结果 转Ad-GFP-hBMP-2基因组和Ad-GFP组各时间段ALP分泌量差异分别有统计学意义(P<0.01);实验组I型胶原原位杂交实验组为阳性.实验组成骨阳性率为90%,对照组为40%.结论 bMSCs经Ad-GFP-hBMP-2基因转染后能高效表达BMP-2并诱导成骨.腺病毒介导人BMP-2转基因可以提高bMSCs的成骨能力.     

骨形态发生蛋白-2活性多肽修饰的重组胶原矿化骨对骨髓基质干细胞生物学行为的影响

目的 探讨骨形态发生蛋白-2(BMP-2)活件多肽修饰的重组胶原矿化骨复合材料对骨髓基质干细胞(BMSCs)增殖、黏附及分化等生物学行为的影响. 方法制备重组胶原矿化骨支架材料,将BMP-2活性多肽通过交联剂共价结合到材料上,扫描电镜观察支架材料表面微观形貌;取第3代BMSCs接种到材料上,以未结合多肽的重组胶原矿化骨作为对照,采用MTT法检测BMSCs在材料表面的增殖;沉淀法检测BMSCs在材料表面的黏附率;扣描电镜观察比较BMSCs在材料表面的生长形态;通过检测细胞中的碱性磷酸酶活性及钙含量,观察BMSCs在材料表面的分化情况. 结果扫描电镜结果显示:支架材料旱多孔状;X射线光电子能谱法证实BMP-2活性多肽成功共价结合到材料表面;BMP-2活性多肽修饰的重组胶原矿化骨复合材料表面BMSCs的黏附和向成骨细胞方向分化能力均高于对照组,差异有统计学意义(P＜0.05),而BMSCs的增殖能力与对照组相比,差异无统计学意义(P＞0.05). 结论BMP-2活性多肽可以显著改善重组胶原矿化骨复合材料的细胞相容性和生物活性,经BMP-2活性多肽修饰的重组胶原矿化骨复合材料是一种理想的骨组织工程支架材料.     

骨髓间质干细胞复合脱钙骨基质和骨形态发生蛋白行兔腰椎横突间融合

 目的 探讨骨髓间质干细胞复合脱钙骨基质和骨形态发生蛋白进行兔腰椎横突间融合的效果。
方法 体外分离、培养骨髓间质干细胞,复合于脱钙骨基质材料,以骨形态发生蛋白进行成骨化诱导。日本大耳白兔60只,随机分为三组,A组以骨髓间质干细胞+脱钙骨基质+骨形态发生蛋白、B组以脱钙骨基质、C组以自体髂骨行L_5,6横突间融合。术后8周取腰椎标本,评估植入材料融合情况;行DR片灰度分析,计算成骨密度及成骨面积;行CT扫描三维重建观察横突间融合形态。HE染色分析横突间融合组织结构。
结果 大体可见A组及C组植入材料与宿主横突融合,融合组织质地硬,形态不规整;B组横突间植入材料大部分被吸收。DR片示A组与C组横突间呈高密度影,成骨密度不均;B组未达到骨性融合。CT示A组与C组融合标本有明显的连续骨痂通过横突间区;B组未见连续骨痂。A组成骨密度和成骨面积均高于B组,与C组无差异。组织学观察示A组与C组大量软骨形成,靠近横突处新生骨小梁形成;B组横突间连接主要为纤维组织。
结论 骨髓间质干细胞复合脱钙骨基质和骨形态发生蛋白行兔腰椎横突间融合,其成骨能力接近自体髂骨,优于单纯应用脱钙骨基质。