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.     

Ad-BMP-2/GFP转染兔骨髓间充质干细胞前后生物学特性的研究

目的：对Ad－BMP－2／GFP转染兔骨髓间充质干细胞（ BMSCs ）前后的生物学特性进行观察。方法采用密度梯度离心结合贴壁培养法分离获取第10代兔BMSCs,应用流式细胞仪检测细胞表面抗原CD44、CD45、CD29的表达,用携带BMP2和GFP基因的腺病毒转染细胞。分别通过倒置荧光显微镜下观察转染前后细胞形态改变,MTT 法分析转染前后细胞增殖的情况,体外Ⅰ型胶原免疫组化染色和钙结节茜素红染色以观察转染前后细胞的成骨分化情况,Western Blot 检测转染前后细胞内目的蛋白表达。结果密度梯度离心结合贴壁培养法能获取高纯度第10代兔BMSCs ,流式细胞仪检测显示CD44、CD29阳性,CD45阴性。 Ad－BMP－2／GFP转染兔BMSCs后在荧光显微镜下观察到绿色荧光,细胞形态向成骨方向分化,在短时间内能促进兔BMSCs 的增殖（P＜0．05）,Ⅰ型胶原免疫组化染色、茜素红染色均呈阳性,Western Blot显示细胞内稳定表达BMP－2目的蛋白。结论 Ad－BMP－2／GFP能成功转染兔骨髓间充质干细胞并能改变其生物学特性。     

骨髓基质干细胞体外分化软骨细胞的实验研究

目的 探讨转化生长因子-β1(TGF-β1)和碱性成纤维细胞生长因子(b-FGF)对兔骨髓基质干细胞(BMSC)体外增殖、分化为软骨样细胞的影响。方法 24只兔等分为4组,抽取骨髓,分离基质干细胞,体外连续传代培养,A组为基础培养液,B、C、D组分别加入TGF-β1、b-FGF、TGF-β1和b-FGF,观察细胞生长情况及形态特征,阿新蓝染色,Ⅱ型胶原mRNA表达情况。结果B组细胞形态变化、C组增殖速度、D组增殖速度及形态变化均较A组加快。阿新蓝染色:原代阴性,传代细胞,A、c组淡染或阴性,B组呈蓝色,D组呈深蓝色。Ⅱ型胶原mRNA表达:A、c组未检出,B组阳性,D组有较强阳性表达。结论 兔BMSC在体外适当条件下可分化为软骨样细胞,TGF-β1能诱导BMSC向软骨方向分化,b-FGF不仅能促进BMSC的增殖,且能延长其生存时间。     

双向诱导的骨髓基质干细胞体外成骨与成血管的实验研究

目的 探讨双向诱导的骨髓基质干细胞(BMSCs)形成内皮细胞、成骨细胞与BMSCs共存体系的体外成骨与成血管的能力.方法 采用密度梯度离心法分离培养兔BMSCs.贴壁细胞分为四组:A组(单纯的BMSCs组)、B组(成骨诱导的BMSCs组)、C绀(内皮诱导的BMSCs组)和D组(双向诱导的BMSCs组).通过倒置相差显微镜观察细胞形态学变化,并采用流式细胞仪检测诱导前后的细胞表面抗原,采用茜素红染色观察钙结节,基质胶成血管法观察四组细胞体外成血管的能力.结果 ①经流式细胞学检测,分离培养的BMSCs主要表达CD90、CD105和CD44;BMSCs向内皮细胞诱导1周后,细胞表面抗原CD34和CD133的表达升高,而CD90和CD105的表达减少,相比诱导前差异有统计学意义(P<0.05);BMSCs继续向成骨细胞诱导1周后,细胞表面抗原CD44和HLA-DR升高,相比诱导前差异有统计学意义(P<0.05).②茜素红染色结果显示D组的钙结节大于B组,而A组和C组未见钙结节形成.③体外血管新生试验中,C组的管道数目与面积大于D组,差异有统计学意义(P<0.05),而A组与B组未见管道形成.结论 BMSCs双向诱导形成内皮细胞、成骨细胞与BMSCs共存体系,在体外共培养过程中不仅可以形成钙结节,而且可以形成微血管,有利于骨组织和血管联合构建,是一种良好的构建组织工程骨的种子细胞.     

混合共培养条件下骨髓间充质干细胞与脂肪间充质干细胞成骨性能分析

目的探讨混合共培养条件下骨髓间充质干细胞(bone mesenchymal stem cells,BMSC)和脂肪间充质干细胞(adipose-derived mesenchymal stem cells,ADSC)成骨分化潜能变化。方法无菌条件下获取BMSC和ADSC,纯化后倒置显微镜下观察细胞形态,对两种细胞分别进行成脂肪诱导、成软骨、成骨诱导,分别利用油红O染色、甲苯胺蓝染色、茜素红染色进行鉴定。实验分四组:A组:BMSC+ADSC未诱导(BMSC︰ADSC=1︰1);B组:BMSC诱导组;C组:ADSC诱导组;D组:BMSC+ADSC诱导组(BMSC︰ADSC=1︰1)。诱导组采用成骨诱导液进行成骨诱导,体外培养14d后Real-time PCR检测骨钙素(osteocalcin,OCN)及Runt相关转录因子2(Runx-2)基因表达情况,以及通过Western-blot法检测OCN及Runx-2蛋白表达情况。结果两种细胞在体外诱导后油红O染色、甲苯胺蓝染色、茜素红染色均为阳性,q-PCR结果显示D组OCN及Runx-2表达量明显高于A、B、C组(P0.05),Westernblot结果显示OCN及Runx-2蛋白表达量D组明显高于其他三组P0.05)。结论 BMSC与ADSC在体外混合共培养条件下可促进干细胞的成骨性能。     

组织工程骨神经化构建及其修复兔大段骨缺损的实验研究

目的构建功能化组织工程骨是目前骨组织工程研究过渡到临床应用的重要方向。通过组织工程骨的神经化构建,在体内外实验的基础上探讨神经因素在骨组织工程中的作用。方法5～6月龄健康新西兰大白兔54只,雌雄不限,体重2～3kg,从骨髓中分离培养BMSCs;制备兔外周感觉神经匀浆和运动神经匀浆,按1∶10(V/V)加入LG-DMEM培养基,培养第2代BMSCs。对照组以LG-DMEM培养基培养。通过MTT实验、ALP染色和Ⅰ型胶原免疫细胞化学染色鉴定,观察感觉、运动神经匀浆在体外对BMSCs增殖和成骨分化的影响。将体外经成骨诱导的BMSCs复合β磷酸三钙(βtricalcium phosphate,β-TCP)制备组织工程骨,植入兔体内修复15mm股骨与骨膜缺损。将兔随机分为3组,每组18只,A组在β-TCP生物支架材料的侧槽中植入感觉神经束,B组植入运动神经束,C组为单纯组织工程骨;分别于术后4、8、12周通过X线片、骨密度检测和免疫组织化学染色观察神经化组织工程骨的成骨效应。结果MTT法检测示,各组吸光度(A)值随培养时间延长均逐渐增加,从6d开始,感觉神经组和运动神经组的A值均低于对照组(P0.01);8d和10d时,感觉神经组A值低于运动神经组(P0.05)。培养7d后,感觉神经组和运动神经组ALP染色阳性细胞数均明显少于对照组;培养14d后,感觉神经组和运动神经组的细胞未见Ⅰ型胶原阳性表达,对照组的细胞Ⅰ型胶原表达呈阳性。兔大段骨缺损修复区的术后X线片及Yang评分提示,随着时间延长,各组Yang评分逐步升高,8周后A组评分高于B、C组(P0.01),B、C组间差异无统计学意义(P0.05)。术后12周骨密度检测显示A组骨缺损修复良好,骨密度值高于B、C组(P0.01),B、C组间差异无统计学意义(P0.05)。术后12周组织工程骨成骨局部的免疫组织化学染色显示,S-100在A组表达量较高,B组表达量较少,C组偶见表达;降钙素基因相关肽在A组表达量高,B、C组表达量较少。结论感觉、运动神经匀浆抑制BMSCs增殖和成骨分化,神经化组织工程骨的成骨和塑形与感觉神经作用更为密切。     

慢病毒介导骨形成蛋白-2基因转染骨髓间质干细胞修复大鼠颅骨骨缺损

目的 观察携带人骨形成蛋白-2(hBMP-2)基因的慢病毒(lentivirus)转染骨髓间质干细胞构建的组织工程化骨对大鼠颅骨极量骨缺损的修复效果. 方法 300～350g雄性 SD大鼠取股骨骨髓体外培养扩增骨髓间质干细胞(BMSC),以lentivirus载体介导hBMP-2基因转染BMSC,诱导其向成骨细胞分化.将细胞接种于经纤维连接蛋白修饰的β-磷酸三钙(β-TCP),共同培养10d.30只大鼠均造成颅骨极量缺损(直径8mm)模型,分为Lev- BMP2转染细胞+β-TCP组(A组:n=10);BMSC +β-TCP组(B组:n=10);β-TCP组(C组:n=10)于第4、8、12、20周从影像学及组织学角度观察比较颅骨缺损修复情况.结果 无论X线摄片及组织切片均表明,A组颅骨骨缺损修复优于同期的B组和C组.在各时间点A组和B组在植骨区均有新骨形成,而C组仅见边缘区成骨.术后20周新生骨小梁相对体积(TBV,%)A组为(60.83±11.49),B组为(40.37±9.02),C组为(18.37±6.02),差异有统计学意义(P<0.01). 结论 Lev- BMP2转染BMSC复合β-TCP构建的组织工程化骨对大鼠颅骨极量骨缺损有较好的修复效果.     

小鼠皮肤表皮和真皮细胞共移植诱导毛囊再生实验研究

目的探讨绿色荧光蛋白(green fluorescent protein,GFP)标记的C57小鼠皮肤表皮和真皮细胞共移植诱导裸鼠毛囊重建的实验研究。方法取C57-GFP新生及成年小鼠分离表皮与真皮,分别制备成年小鼠原代真皮-表皮混合细胞(按1∶1比例混合)、成年小鼠原代真皮细胞、新生小鼠第3代真皮细胞,荧光显微镜观察细胞激发绿色荧光情况,免疫细胞化学检测培养的新生小鼠第3代真皮细胞毛囊干细胞标志。取Balb/c裸鼠,分别将成年小鼠原代真皮-表皮混合细胞(A组)、成年小鼠原代真皮细胞(B组)、新生小鼠第3代真皮细胞(C组)及生理盐水(D组)移植至裸鼠皮下,术后4、5、6周行大体观察,6周时取移植部位皮肤行GFP免疫组织化学染色观察各组毛囊形成情况。结果荧光显微镜观察示,分离、培养的C57-GFP新生及成年小鼠表皮及真皮细胞均能激发绿色荧光;免疫细胞化学检测培养的第3代真皮细胞中毛囊干细胞标志,显示波形蛋白、α-平滑肌肌动蛋白强阳性,表明细胞多为真皮鞘细胞;部分细胞表达毛乳头细胞标志CD133、多能聚糖及毛囊隆突部标志角蛋白15。裸鼠皮下移植实验:大体观察示A组可见接种部位皮下呈灰黑色,但未见毛发穿出皮肤表面;B、C、D组裸鼠皮肤均无着色。免疫组织化学染色示,A组形成新的、完整的毛囊结构或参与形成毛囊;B组GFP阳性细胞多表达于毛囊真皮鞘、外根鞘;C组GFP阳性细胞主要分布于毛囊真皮鞘、外根鞘、毛乳头,在汗腺中也有表达;D组GFP染色呈阴性。结论小鼠皮肤的表皮和真皮细胞在裸鼠体内相互作用可形成完整的毛囊结构,而仅移植新鲜分离或培养的真皮细胞则主要参与毛囊形成,无法形成完整的毛囊结构。     

兔骨髓基质干细胞体外分离培养及生物学特性研究

目的：研究兔骨髓基质干细胞（bone marrow-derived mesenchymal stem cells,BMSC）体外分离、诱导培养及增殖特点,探讨其生物学特性。方法：抽取兔骨髓,密度梯度离心结合贴壁培养法分离BMSC,诱导培养液定向诱导传代细胞向成骨细胞分化。倒置显微镜下观察细胞生长及增殖情况,流式细胞仪检测细胞表面标志物的表达,免疫组织化学观察Ⅰ型胶原表达,并检测碱性磷酸酶活性及细胞矿化作用。结果：体外培养的兔BMSC贴壁生长,10～14天后形成克隆。细胞形态为均一的长梭形并呈漩涡状排列,流式细胞仪检测CD34,CD45阴性,CD44阳性。免疫组化可检测到Ⅰ型胶原表达,碱性磷酸酶活性明显增高,并且出现矿化结节。结论：密度梯度离心结合贴壁培养BMSC,操作简单,细胞易于成活,诱导条件下成骨能力肯定,适合作为骨组织工程的种子细胞。     

Ⅰ型胶原凝胶包埋脂肪干细胞复合PLGA-β-TCP支架修复兔自体桡骨缺损

目的 采用Ⅰ型胶原凝胶悬浮包埋兔脂肪干细胞并复合PLGA-β-TCP支架修复自体桡骨缺损。方法 使用Ⅰ型胶原凝胶悬浮兔脂肪干细胞并与PLGA-β-TCP复合构建脂肪干细胞-Ⅰ型胶原凝胶/PLGA-β-TCP复合体(ASCs-COL/PLGA-β-TCP)(A组),同时设立单纯细胞/PLGA-β-TCP材料复合体(ASCs/PLGA-β-TCP)(B组)、单纯Ⅰ型胶原凝胶/PLGA-β-TCP复合体(COL/PLGA-β-TCP)(C组)、单纯PLGA-β-TCP支架材料(D组)以及空白缺损(E组)作为对照,体外成骨诱导培养2周后植入桡骨1.5cm缺损部位。30只兔(60侧)采用两因素随机区组设计每只兔两侧骨缺损植入组别。分别于术后8、16、24周处死兔,取材,进行相关分析。结果 术后8周,大体观察、放射学、组织学检测示A组桡骨断端连续性基本恢复。术后16周,A组骨断端连续性完全恢复,髓腔未通。术后24周,A组髓腔再通,改建塑形趋于完成,材料基本降解。自术后16～24周,A组残存材料比例低于其他3组(P＜0.05,n=4);与A组比较,在整个观察周期内,B、C、D组均无明显成骨现象,E组保持骨缺损状态(P ＜0.05,n=4)。结论 通过应用Ⅰ型胶原凝胶悬浮包埋脂肪干细胞进而与PLGA-3-TCP多孔支架材料复合构建新型仿生骨组织工程复合体,可修复兔桡骨1.5 cm缺损。