体内构建组织工程骨的示踪观察：CM-DiI长效示踪骨髓间充质干细胞的可行性研究

目的探索组织工程骨体内成骨时,CM-DiI长效示踪骨髓间充质干细胞的可行性,为种子细胞的体内转归研究提供标记方法。方法分离比格犬BMSCs,成骨诱导至第2代,用荧光染料CM-DiI进行细胞标记。荧光倒置显微镜观察标记后的细胞形态,MTT比色法测定标记前后BMSCs的增殖状况,检测标记前后Ⅰ型胶原（Col-Ⅰ）、骨形态发生蛋白（BMP-2）、骨钙素（BGLAP）和骨黏连蛋白（SPARC）的表达。最后,CM-DiI荧光标记后的BMSCs与β-TCP复合共培养后植入比格犬背部皮下,8周后取材,荧光显微镜下观察BMSCs体内转归,HE染色观察异位成骨情况。结果CM-DiI标记后早期细胞呈现红色荧光,48 h后荧光增强,72 h内荧光强度无明显减弱。BMSCs在CM-DiI标记前后细胞形态基本一致,两组间细胞的增殖率无明显差别;标记后RT-PCR检测Col-Ⅰ、BMP-2、BGLAP、SPARC表达,显示标记后的BMSCs亦可向成骨方向分化。扫描电镜检测到标记后细胞在β-TCP上增殖良好,细胞基质分泌丰富。细胞-支架复合物植入比格犬皮下,8周后荧光显微镜观察到标记细胞仍存在,且HE染色可见支架孔隙中有类骨基质沉积。结论CM-DiI对BMSCs的生长增殖、成骨分化无明显影响,对体内组织工程骨中BMSCs的示踪时间可长达8周,可用作体内细胞的长效示踪剂。     

兔骨髓间充质干细胞在组织工程中的应用

以干细胞工程为代表的现代组织工程学是近年迅速发展起来的一个新领域。本文就兔骨髓间充质干细胞的取材、分离培养、细胞表型、诱导分化、应用现状和存在的问题进行综述。     

骨髓间充质干细胞复合纤维蛋白封闭剂体内构建可注射性组织工程软骨

目的 探讨利用人骨髓间充质干细胞（marrow mesenchymal stem cells，MSCs）与可注射性纤维蛋白封闭剂（fibrinsealant，FS）复合，在裸鼠体内构建组织工程软骨的可行性。方法 体外分离扩增健康人MSCs，以含有转化生长因子β1（transforming growth factor β1，TGF—β1）、地塞米松、维生素C的培养基进行成软骨诱导，诱导第7、14天分别检测软骨细胞特异的生物学特性。将诱导7d的MSCs与FS复合，接种于裸鼠背部皮下作为实验组，同时设单纯只注射FS或MSCs的支架对照组和细胞对照组。分别于接种后6、12周取材进行大体观察，行HE、阿尔新蓝染色和Ⅱ型胶原免疫组织化学染色评价其成软骨能力。结果 MSCs以特定的培养基诱导后由纺锤形变为多角形，并表达软骨细胞分泌的基质。复合物接种6和12周后，实验组均可形成软骨样组织块，6周时形成的组织块较小而质地柔韧，陷窝清楚，可检测到阳性阿尔新蓝及Ⅱ型胶原表达；12周形成的组织块较大，质地较硬，表面光滑，软骨细胞位于成熟的陷窝中，阿尔新蓝及Ⅱ型胶原免疫组化阳性染色较6周增强。两个对照组均无软骨样组织块形成。结论 MSCs复合FS可以作为一种较优良的可注射性组织工程软骨的构建方法。     

绿色荧光蛋白标记基因体内示踪骨髓间充质干细胞的分化

目的利用绿色荧光蛋白（green fluorescent protein,GFP）标记技术,观察组织工程骨在体内形成过程中种子细胞的变化与转归。方法Adeno-X^TM-GFP扩增和纯化后,测定病毒滴度,感染新西兰大白兔骨髓间充质干细胞（mesenchymal stem cells,MSCs）,倒置相差显微镜观察细胞形态变化,并在荧光显微镜下观察GFP表达情况。确认标记成功后,将其与未标记的兔MSCs共同成骨诱导培养3周后,接种于磷酸钙骨水泥（calcium phosphate cement,CPC）-纤维蛋白胶（fibrin glue,FG）复合支架材料,构建组织工程骨作为实验组,回植于供体兔皮下。单纯CPC-FG复合支架材料植入对称部位作为对照。术后1、2、3周行碱性磷酸酶（alkaline phosphatase,ALP）活性测定;4周,激光共聚焦显微镜下对GFP进行示踪观察和型胶原、骨钙素（osteocalcin,OC）免疫组织化学检测成骨细胞功能蛋白,Masson染色观察新骨形成。结果Adeno-X^TM-GFP经扩增和纯化后,病毒噬菌斑形成,测得病毒滴度为3×108pfu/ml。Adeno-X^TM-GFP感染MSCs后96h,可见GFP表达,感染率达50%～70%,细胞分裂增殖基本正常。术后1、2、3周,实验组ALP活性分别为12.546±1.091、16.567±0.659和20.443±0.706,对照组分别为0.453±0.113、0.243±0.018和0.308±0.056,差异有统计学意义（P〈0.05）。4周,实验组大体可见组织工程新骨形成,对照组未见新骨形成;组织学显示实验组新生骨小梁围绕材料孔隙形成,CPC-FG复合支架材料部分降解;实验组型胶原、OC免疫组织化学结果阳性,对照组未见阳性染色;实验组可见新生组织内有GFP标记的细胞。结论组织工程骨组织结构与松质骨小梁类似,新生组织表达GFP,提示组织工程骨组织的形成来源于接种的细胞。     

转染人骨形态发生蛋白在兔骨髓间充质干细胞的表达

目的：采用基因转移技术将人骨形态发生蛋白7（hBMP-7)基因转染兔骨髓间充质干细胞（BMSc ),检测外源基因的表达。方法：常规分子生物学技术构建hBMP-7逆转录病毒载体,制备含目的基因的重组逆转录病毒液,感染兔骨髓间充质干细胞,使用原位杂交以及免疫组织化学的方法检测hBMP-7在BMSc中的表达。结果：原位杂交和组化检测经hBMP-7基因转染的BMSc中出现阳性结果,未转染的BMSc中未见阳性结果出现。结论：采用逆转录病毒介导的方法可以将hBMP-7转染至BMSc中,并有外源性基因的表达。     

转染人骨形态发生蛋白在兔骨髓间充质干细胞中的表达

目的采用基因转移技术将人骨形态发生蛋白7(hBMP-7)基因转染兔骨髓间充质干细胞(BMSc),检测外源基因的表达.方法常规分子生物学技术构建hBMP-7逆转录病毒载体,制备含目的基因的重组逆转录病毒液,感染兔骨髓间充质干细胞,使用原位杂交以及免疫组织化学的方法检测hBMP-7在BMSc中的表达.结果原位杂交和免疫组化检测经hBMP-7基因转染的BMSc中出现阳性结果,未转染的BMSc中未见阳性结果出现.结论采用逆转录病毒介导的方法可以将hBMP-7转染至BMSc中,并有外源性基因的表达.     

兔自体骨髓间充质干细胞体内复合移植的成骨研究

目的 观察兔自体骨髓间充质干细胞（MSCs)体内复合移植的成骨能力，以寻求理想的MSCs载体。方法将10只新西兰大白兔随机分成A、B两组，从自体骨髓中分离出MSCs，体外培养并扩增后分别与相同大小的小牛脱钙骨（DBCB），自固化磷酸钙人工骨（CPC）复合移植于两组大白兔左侧骶棘肌中，同时右侧骶棘肌分别植入相同大小的DBCB，CPC作空白对照；16周后取出标本，观察成骨情况并行组织学检查。结果 A组5例：MSCs DBCB侧均发现有新骨组织形成，单纯DBCB侧3例被完全吸收，降解，2例大部分吸收，降解；B组5例；MSCs CPC侧和单纯CPC侧均未见骨组织形成，植入物也无明显吸收，结论 自体骨髓MSCs在适合载体负载下可在体内自动分化成骨，DBCB是MSCs的良好载体之一。     

胎盘间充质干细胞与骨髓间充质干细胞分离培养和生物学特性研究

目的探讨兔胎盘间充质干细胞(placenta-derived mesenchymal stem cells,PMSCs)和兔骨髓间充质干细胞(bone marrow-derived MSCs,BMSCs)体外分离培养、增殖,对其生物学性状进行比较观察。方法取足月待产新西兰大耳白兔1只,采用密度梯度离心法及贴壁培养技术从兔胎盘对PMSCs进行分离、纯化和传代培养。取2周龄新西兰大耳白兔1只,采用直接贴壁法从后肢骨髓中对BMSCs进行分离、纯化和传代培养。用倒置相差显微镜观察两种细胞形态。免疫组织化学染色对第3代细胞表面标志(CD44、CD105、CD34、CD40L)进行鉴定。将BMSCs与PMSCs第2代细胞分别与生物衍生骨进行复合培养5d,每条材料接种(1.0~1.5)×106个细胞,苏木素染色观察细胞与材料复合培养情况。扫描电镜观察两种细胞分别与材料复合培养3d和8d的情况。结果在倒置相差显微镜下观察,两种细胞均为贴壁生长,形态为均一成纤维细胞样。PMSCs增殖力强,细胞的增殖能力随传代次数的增加而有所下降,细胞体外培养10代后,生长速度减慢。两种细胞均表达CD44、CD105,不表达CD34、CD40L。复合培养5d,PMSCs和BMSCs在生物衍生骨表面生长,大量黏附,细胞积聚成团,相互连接成网状,孔隙内也可见细胞生长和增殖,并分泌基质。扫描电镜观察:复合培养3d,可见较多量的细胞在生物衍生骨上黏附,呈梭形或多角形;8d两种细胞均已大量增长,呈层状排列,细胞连接紧密,分泌大量基质,细胞周围有较多的网状胶原形成。结论PMSCs与BMSCs有相似的生物学特性,可作为组织工程的另一成体干细胞来源。     

骨髓间充质干细胞复合脱细胞血管基质构建组织工程血管的初步研究

目的：探讨骨髓间充质干细胞复合脱细胞血管基质构建组织工程血管的可行性。方法：采用胰蛋白酶、乙二胺四乙酸和曲拉通X-100对兔主动脉进行脱细胞处理，制备成脱细胞血管基质；体外分离和扩增人骨髓间充质千细胞，并将其作为种子细胞种植于脱细胞血管基质上，复合构建组织工程化人工血管。结果：制备的脱细胞血管基质由胶原、弹力纤维等组成，未见细胞成分残留；体外扩增的人骨髓间充质干细胞种植于脱细胞血管基质上可生长增殖。结论：骨髓间充质干细胞与脱细胞血管基质支架材料复合可成功构建组织工程血管，有望为血管缺损的修复提供一种全新的技术方法和手段。     

骨髓间充质干细胞复合组织工程化脱细胞真皮基质构建组织工程皮肤

目的：体外培养扩增SD大鼠骨髓间充质干细胞（bone marrow mesenchymal stem cells,BMSCs），复合组织工程化脱细胞真皮基质构建组织工程皮肤，为进一步临床应用奠定基础。方法：将SD大鼠骨髓间充质干细胞进行体外培养扩增后，以生长状态良好的骨髓间充质干细胞接种于制备好的组织工程化脱细胞真皮支架上，进行体外联合培养，构建组织工程皮肤。观察细胞生长情况及组织工程皮肤结构。结果：体外培养的SD大鼠骨髓间充质干细胞生长良好，传代扩增容易，组织工程化脱细胞真皮基质去细胞完全，骨髓间充质干细胞在脱细胞真皮基质中生长良好，可体外构建组织工程皮肤。结论：利用体外扩增培养的骨髓间充质干细胞及制备的组织工程化脱细胞真皮基质可以体外联合构建组织工程皮肤。     

体外构建与体内构建组织工程骨的血管化研究

目的比较骨髓基质干细胞(BMSCs)与生物衍生骨体内、体外复合所构建的组织工程骨修复山羊胫骨大段骨-骨膜缺损的血管化进程以及血管化与成骨的关系,以探讨修复大段负重骨缺损的最佳途径。方法22只山羊制备成胫骨中段20mm的骨-骨膜缺损,随机分为2组,分别植入BMSCs与生物衍生骨体外构建和体内构建的组织工程骨,常规钢板螺钉内固定,在2、4、6、12周时间点分别用墨汁灌注透明标本、血管面积图像分析和X线片观察血管化过程及成骨情况。结果体外构建组与体内构建组血管化进程无明显区别,各时间点血管面积差异无显著性意义(P>0.05),12周均能达到完全血管化,但X线片见体外构建组新骨形成较快,缺损区密度高,体内构建组以上各变化较前者慢大约2～4周。结论BMSCs与生物衍生骨体外构建和体内构建的组织工程骨均能快速血管化并成骨,但是体内构建方式成骨较体外构建慢。     

组织工程骨作为颅颌面美容衬垫物的实验研究

目的:研究nHAC及nHAC 自体BMSCs在下颌皮质骨表面贴附式植骨的成骨能力及使下颌骨增厚的效果。方法:制备nHAC 自体BMSCs材料,将nHAC及nHAC 自体BMSCs分别植入新西兰兔下颌骨颊侧皮质骨表面,术后3月、12月通过大体、X线、组织学、组织荧光学观察来研究其下颌骨增厚的能力。结果:nHAC 自体BMSCs在皮质骨表面、材料内部及骨膜下均有良好的成骨,使下颌骨增厚的程度与植入的材料厚度大致相同,nHAC在皮质骨表面有良好的骨引导作用,材料表面吸收明显,导致牙槽骨增宽的幅度较小。nHAC 自体BMSCs组对下颌骨的增厚程度与植入材料的厚度相近,nHAC组比植入材料的厚度要低约1/3。结论:以nHAC做为支架材料的组织工程骨植入下颌皮质骨表面后可以有效地增加下颌骨厚度,有望做为皮质骨表面的衬垫材料。     

钛网-珊瑚复合支架的组织工程骨研究

目的 建造用钛网增强的组织工程骨,使其在结构、力学特性上更接近正常骨组织,以满足承力部位植骨的需要。方法 将钛网制备成直径8mm,长12mm的圆柱状,填入直径2-3mm的珊瑚颗粒,成为复合支架材料;在复合支架中植入骨髓来源的成骨细胞,体外继续培养2天后,植入裸鼠背部皮下组织中,2个月后取材,通过大体标本观察、X线片检查、磨片的组织学检查,观察支架中新骨的形成情况及与钛网的愈合情况。结果 取材后大体标本观察,新形成的组织为均匀的暗红色,表面光滑,钛网位于其中;X线片检查结果表明复合支架中有大量X线阻射影,均匀一致,与钛网间无间隙;磨片的组织学检查证实,在支架中有大量成熟的新骨形成,并与钛网愈合良好。结论 钛网可与组织工程骨相互愈合,用于承力部位植骨,将有广阔的应用前景。     

经诱导的大鼠成肌细胞应用于组织工程化人工骨的实验研究

[目的]探讨骨形态发生蛋白诱导的大鼠成肌细胞应用于组织工程化人工骨修复大鼠胫骨缺损的效果。[方法]32只体重在200~250 g的雄性SD大鼠随机分成4组,每组8只。A组:聚乙烯管内植入诱导2周的成肌细胞复合透明质酸钠。B组:聚乙烯管内植入成肌细胞复合透明质酸钠。C组:聚乙烯管内植入透明质酸钠。D组:聚乙烯管内注入生理盐水。术后12周,进行X线观察、大体观察、组织学观察(HE染色)以及四环素和钙黄绿素标记。[结果]术后12周时大体观察发现,A、B组骨缺损处可见大量类骨样组织填充,未触及反常活动,C、D组可见少量胶冻样组织及类骨样组织填充,无反常活动。X线观察可见A和B组骨痂吸收,髓腔再通,C、D组有少量新骨痂,髓腔未通。组织学观察可见A和B组有大量新生骨小梁,四环素和钙黄绿素染色可见黄绿色荧光。[结论]初步结果显示经诱导的大鼠成肌细胞可作为骨组织工程的种子细胞,用于修复骨缺损。     

Enhanced healing of goat femur‐defect using BMP7 gene‐modified BMSCs and load‐bearing tissue‐engineered bone

Segmental defect regeneration is still a clinical challenge. In this study, we investigated the feasibility of bone marrow stromal cells (BMSCs) infected with adenoviral vector containing the bone morphogenetic protein 7 gene (AdBMP7) and load‐bearing to enhance bone regeneration in a critically sized femoral defect in the goat model. The defects were implanted with AdBMP7‐infected BMSCs/coral (BMP7 group) or noninfected BMSCs/coral (control group), respectively, stabilized with an internal fixation rod and interlocking nails. Bridging of the segmental defects was evaluated by radiographs monthly, and confirmed by biomechanical tests. Much callus was found in the BMP7 group, and nails were taken off after 3 months of implantation, indicating that regenerated bone in the defect can be remodeled by load‐bearing, whereas after 6 months in control group. After load‐bearing, it is about 5 months; the mechanical property of newly formed bone in the BMP7 group was restored, but 8 months in control group. Our data suggested that the BMP7 gene‐modified BMSCs and load‐bearing can promote bone regeneration in segmental defects. © 2009 Orthopaedic Research Society. Published by Wiley Periodicals, Inc. J Orthop Res 28:412–418, 2010     

体外构建与体内构建组织工程的比较研究

目的比较骨髓基质干细胞(MSCs)与生物衍生骨体内、体外复合构建的组织工程骨修复山羊胫骨大段缺损能力,以探讨修复缺损最佳途径。方法制备山羊胫骨中段20mm的骨骨膜缺损,分别植入体内、体外构建的组织工程骨、自体骨及单纯生物衍生骨,分别行组织学、X线观察、骨密度测定和生物力学测试。结果体外构建组材料降解较快,成骨迅速,16周时已可见髓腔再通;体内构建组以上各变化较前者慢2～4周;而单纯生物衍生骨对照组材料降解、新骨形成均较慢;6周时,各组弯曲应力值差异无显著性(P>0.05),12、16周时体外构建组高于体内构建组(P<0.05),体内构建组高于单纯生物衍生骨对照组(P<0.05)。结论体内、体外构建的组织工程骨成骨迅速、量大,排斥反应小;但是体内构建方式成骨较体外构建慢。     

AMPK在组织工程骨促骨再生研究中的应用及进展

组织工程骨(tissue engineered bone,TEB)由于其材料范围广泛,骨传导性及骨诱导能力极佳,在大段骨缺损的治疗及骨再生领域显示出广阔的前景。TEB与骨缺损处的血管再生过程极其复杂,需要种子细胞及细胞产生的各种生长因子的参与,而间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSCs)取材方便,伦理争议及免疫原性低,且具有成骨及成血管分化等能力,已作为骨缺损修复治疗中的新方式,可改善目前现有治疗方法的缺点及提高临床治疗效果。AMP活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase,AMPK)是真核生物中调节细胞能量稳态及多种代谢相关激素的重要分子,可被多种途径激活而发挥生理调控作用。近年来,研究发现它与骨再生及骨微环境形成等生理过程密切相关,通过作用于MSCs、成骨细胞、破骨细胞及血管再生等发挥促成骨效应,也有不少研究者利用AMPK与MSCs联合治疗骨损伤的再生修复,在TEB促骨再生中产生积极影响。另外,该文也总结出AMPK参与骨再生作用机制可能与活性氧、细胞自噬及沉默信息调节因子1等信号通路有关。笔者就AMPK在TEB促骨再生中的研究及机制作一综述,旨在为骨缺损修复、骨再生靶向治疗及相关分子机制研究提供理论依据和新的思路。     

组织工程骨联合外固定修复大鼠股骨节段性骨缺损

目的 观察以外固定器固定,骨髓间充质干细胞 (BMSCs) 联合双相磷酸钙(BCP)修复大鼠股骨节段性骨缺损的效果.方法 A组:BMSCs与BCP复合植入缺损区;B组:BCP植入缺损区;C组:空白组.定期摄X线片,术后12周取材.结果 A组随时间延长X线评分递增,12周时平均为4.17分,B组为1.18分,C组为1.08分,差异有统计学意义(P<0.05).组织学检查见A组缺损区有大量的新生骨生成,而B、C组无新生骨生成.A组的抗压刚度和扭转刚度分别为(8.09±2.42)N/mm、(1.89±0.72)Nmm/deg;B组为(1.75±0.90)N/mm、(0.40±0.21)Nmm/deg,差异有统计学意义(P<0.05).结论 组织工程骨联合外固定可以修复节段性骨缺损.

Abstract：

Objective To evaluate the efficacy of bone mesenchymal stem cells (BMSCs) combined with biphasic calcium phosphate (BCP) repair of segmental bone defect, which was stabilized with an adaptable external fixation system.Methods In group A, the femoral defect was filled with BCP combined with BMSCs; In group B, the femoral defect was filled with BCP, and in group C, defects were left empty. Animals were sacrificed 12 weeks post-operation.Results In group A, radiographic scores were average 4.17, significantly (P<0.05) greater than in group B (1.18) and group C (1.08). Histological evaluations displayed the bridging of the defect in group A, with remarkable new bone formation. In contrast, group B and group C showed no formation of new bone. The mechanical testing revealed that axial stiffness was (8.09±2.42) N/mm and torsional stiffness was (1.89±0.72) Nmm/deg in group A, and those in group B were (1.75±0.90) N/mm and (0.40±0.21) Nmm/deg respectively. There was significant difference in biomechanical tests between group A and group B (P<0.05).Conclusion External fixator combined with tissue engineered bone can repair segmental bone defect.     

大鼠骨髓间充质干细胞复合n-HA/PLA支架异位成骨的实验研究

[目的]研究大鼠骨髓间充质干细胞(BMSCs)复合纳米羟基磷灰石/聚乳酸(n-HA/PLA)支架材料体内异位成骨情况.[方法]取SD大鼠股骨胫骨骨髓,进行贴壁培养BMSCs,将第3代BMSCs接种到n-HA/PLA支架材料上,加入成骨诱导液,3d后置人大鼠体内,设为实验组;将单纯支架材料置入组为对照组.4、8、12周时取材进行大体和组织学观察.[结果]8、12周时实验组可见类骨质成分形成,并且支架材料维持置入时形状,对照组无类骨质形成.[结论]BMSCs复合n-HA/PLA构建组织工程骨有很好的异位成骨能力,且能在体内维持良好塑型.     

玻璃化冻存骨髓基质干细胞的实验研究

目的：骨髓基质干细胞（BMSCs）是构建组织工程化骨主要的种子细胞,实现BMSCs的深低温保存对骨组织工程具有重要意义。目前,玻璃化冻存是最有发展前景的冻存方法,因此希望通过改进玻璃化液和预处理条件来提高BMSCs的玻璃化冻存效果。方法：采用不同组成及浓度的玻璃化液在不同的预处理条件下对第2（P2）代成骨诱导的犬骨髓基质干细胞（cBMSCs）进行玻璃化冻存实验,通过复苏后的细胞存活率来选择一种理想的玻璃化液及适合的预处理条件,并在此基础上再与常规冻存的实验结果进行比较,同时考虑冻存过程对细胞成骨活性的影响。结果：将VS226作为玻璃化液,在0℃／5min的预处理条件下玻璃化冻存P2代成骨诱导的cBMSCs,与常规冻存后的细胞存活率相比无统计学差异,且冻存过程对此细胞的成骨能力没有影响。结论：采用VS226来玻璃化冻存BMSCs,可实现为骨组织工程提供大量种子细胞的目的。