骨形态发生蛋白2及碱性成纤维生长因子2对大鼠骨髓间充质干细胞膜片增殖和成骨分化的影响

文题释义： 细胞膜片技术：是在体外接种培养高密度的细胞，使其相互融合生长至100%而形成的透明致密膜状物。该技术不需要胰酶消化即可收集细胞，因此保留了大量的胞外基质、细胞间连接以及细胞-基质连接等结构。目前细胞膜片技术已成为组织工程领域的研究热点，已被推广应用于牙周膜、角膜、心脏、软骨、食管等多种组织器官修复。 成骨细胞：主要由内外骨膜和间充质始祖细胞分化而来，在复杂的骨形成过程中发挥着主要的功能，承担着骨基质的合成、分泌和矿化。骨髓间充质干细胞具有多向分化潜能，能定向分化为成骨细胞，其成骨分化过程可受多种因素的影响，如细胞因子的调控、遗传因素和激素水平等。背景：现阶段骨形态发生蛋白2和碱性成纤维生长因子2对骨髓间充质干细胞膜片增殖、成骨分化的影响和作用机制还尚未可知，如何将生长因子与组织工程细胞膜片技术相整合，最终将其用于骨缺损修复具有重要意义。 目的：探讨单独及联合应用骨形态发生蛋白2和碱性成纤维生长因子2对骨髓间充质干细胞膜片增殖和成骨分化的影响。 方法：体外分离培养鉴定SD大鼠骨髓间充质干细胞并构建细胞膜片，选用不同质量浓度的骨形态发生蛋白2和碱性成纤维生长因子2单独及联合诱导骨髓间充质干细胞膜片，CCK-8法结合碱性磷酸酶活性检测确定2种因子促进膜片增殖和成骨分化的最佳有效质量浓度；然后对骨髓间充质干细胞膜片进行成骨诱导，通过大体及显微镜观察、Vonkossa染色、茜素红染色、RT-PCR检测相关成骨标志物来评估诱导效果。 结果与结论：单独应用骨形态发生蛋白2可增强骨髓间充质干细胞膜片的碱性磷酸酶活性，最佳质量浓度为100 μg/L(P < 0.001)，单独应用碱性成纤维生长因子2能加速骨髓间充质干细胞膜片的增殖，最佳质量浓度为20 μg/L(P < 0.001)，而联合应用既可以促进膜片增殖又能提高其碱性磷酸酶活性(P < 0.001)；经成骨诱导后，4组膜片在形态学上无明显差异，均能诱导骨髓间充质干细胞膜片的成骨分化，其中联合组钙结节最明显(P < 0.001)，可显著促进膜片晚期成骨分化并抑制其早期成骨分化，具有明显的协同促进作用(P < 0.001)。结果表明，骨形态发生蛋白2和碱性成纤维生长因子2联合应用时具有协同作用，既可以促进骨髓间充质干细胞膜片增殖，又能显著增强其成骨诱导能力。ORCID: 0000-0003-1918-579X(何惠宇) 中国组织工程研究杂志出版内容重点：干细胞；骨髓干细胞；造血干细胞；脂肪干细胞；肿瘤干细胞；胚胎干细胞；脐带脐血干细胞；干细胞诱导；干细胞分化；组织工程     

个体化假体复合组织工程技术修复兔下颌骨缺损

目的研究快速成型（RP）技术辅助下制作的个体化假体复合珊瑚羟基磷灰石（CHA）、重组人骨形成蛋白2（rhBMP-2）修复兔下颌骨缺损的成骨效果。 方法以27只新西兰大白兔为实验对象，随机数字表法平均分成3组（每组9只），全部建立下颌骨连续性缺损模型，并在兔下颌骨缺损区分别植入个体化假体+自体骨（A组）、个体化假体+CHA（B组）、个体化假体+CHA+rhBMP-2（C组）。分别于术后4、12、24周3个时间点处死动物取材，进行大体标本观察，以及骨钙素（OC）、Ⅰ型胶原（COL-1）的免疫组化观察，分别比较各组修复骨缺损的能力，并对实验数据进行重复测量设计资料的单因素方差分析。 结果术后24周各组实验兔外形均对称，通过OC及COL-1的吸光度检测，骨缺损区均有大量新骨形成，A组（0.537 ± 0.010）、C组（0.530 ± 0.010）可见大量骨小梁及编织骨结构，缺损区的新骨OC、COL-1的免疫组化观察基本一致，差异无统计学意义（t = 0.007，P>0.05）；但A组强于B组（0.415 ± 0.009，t = 0.122，P<0.001）；C组也强于B组（t = 0.121，P<0.001），差异均有统计学意义。 结论在兔下颌骨缺损修复中，通过RP技术和组织工程技术相结合，CHA复合rhBMP-2后成骨能力明显增强，成骨效能肯定，为后期的临床应用提供可靠的实验基础。     

携载rhBMP-2微球的新型可注射自凝固复合人工骨的制备及特性研究

[目的]制备一种具有良好降解性和成骨活性、可注射的自凝固新型骨修复材料。[方法]制备携载rhBMP-2的聚乳酸与聚乙醇酸共聚物（PLGA）微球，并将其与rhBMP-2／磷酸钙骨水泥（CPC）复合，制备出rhBMP-2／PLGA微球／CPC复合人工骨。探讨了材料的特性，包括形貌、固化时间、抗压强度及反映材料体外降解速度的指标一体外降解液Ca、P浓度变化，测定复合材料rhBMP乏的释药速度及体外诱导MSCs细胞成骨分化的能力。[结果]与单纯CPC-rhBMP-2相比，复合材料的固化时间少量增加，抗压强度下降明显。体外降解速度及体外释药明显提高，释放的rhBMP-2具有骨诱导活性。[结论]rhBMP-2／PLGA微球／磷酸钙骨水泥新型复合人工骨是具有良好应用前景的骨修复材料。     

骨形成蛋白2基因修饰的老年大鼠骨髓间充质干细胞成骨分化能力的研究

目的观察年龄因素对骨髓间充质干细胞(marrow mesenchymal stem cells, MSCs)成骨分化能力的影响;了解基因治疗对老年大鼠MSCs成骨分化能力的影响. 方法 1月龄(幼年组)、9月龄(成年组)及24月龄(老年组)雄性Wistar大鼠各6只,取MSCs经体外分离、培养及携带骨形成蛋白2(bone morphogenetic protein 2,BMP-2)基因的腺病毒载体(Ad-BMP-2)转染后,定量检测BMP-2、碱性磷酸酶(alkaline phosphate,ALP)表达,以及成骨细胞标志性蛋白:Ⅰ型胶原、骨涎蛋白(bone sialoprotein,BSP)和骨桥素(osteopontin, OPN)的表达.将转染的各组MSCs分别与磷酸三钙(tricalcium phosphate, TCP)复合后植入裸鼠体内,3周后取材,比较各组诱导异位成骨能力. 结果 ELISA检测表明BMP-2基因修饰的MSCs可以有效表达BMP-2,且表达量在各年龄组间差异无统计学意义(P>0.05);各组ALP于诱导后第9天达高峰,但组间差异均无统计学意义(P＞0.05);诱导后第7天,RT-PCR半定量检测示各组均有成骨细胞特征性蛋白,即:Ⅰ型胶原、OPN及BSP的明显表达,表达量在各组间差异无统计学意义(P>0.05);BMP-2基因转染的MSCs与TCP复合后可诱导裸鼠体内异位成骨,各组成骨量差异无统计学意义(P>0.05). 结论 BMP-2基因修饰的老年大鼠MSCs可以恢复成骨分化能力,基因治疗可能为老年性骨骼疾病提供一种新的治疗途径.     

重组人骨形态发生蛋白4基因腺相关病毒载体对兔骨髓基质干细胞生物学行为的影响

目的应用重组人骨形态发生蛋白4基因腺相关病毒载体(AAV-hBMP4)转染兔骨髓基质干细胞(BMSCs),观察其对BMSCs生物学行为的影响,从而为骨组织工程寻找理想的病毒载体及种子细胞。方法全骨髓法培养兔BMSCs,按感染复数(MOI)值不同设定为四组,分别转染兔BMSCs,观察病毒量对细胞形态的影响。选取影响最小的MOI值,进行后续实验。转染兔BMSCs,MTT法描记细胞生长曲线,观察AAV对细胞增殖活性的影响。以重组增强型绿色荧光蛋白基因的腺相关病毒载体(AAV-EGFP)为参照,行流式细胞仪检测,计算转染效率。AAV-hBMP4与对照病毒AAV-EGFP分别转染细胞,观察细胞形态,行碱性磷酸酶(ALP)染色、Von Kossa染色及ALP含量测定,观察成骨活性。兔肌袋实验观察异位成骨情况。结果MOI值为5×10~4 vg/cell时,AAV对细胞形态影响最小,以此值进行后续实验。AAV转染后,细胞增殖活性良好,转染效率为55％～65％。AAV-hBMP4转染后,细胞形态呈现典型的成骨改变,ALP染色及Von Kossa染色均出现成骨的特征性改变,而AAV-EGFP组无上述改变。细胞上清ALP含量测定显示,实验组ALP含量显著增高,与对照组比较差异有统计学意义(t=218．65,P＜0．01)。兔肌袋实验术后4周组织学检测可见大量钙盐沉积,矿化结节形成。结论AAV-hBMP4转染效率高,对BMSCs的增殖活性影响小,AAV-hBMP4转染的BMSCs可望成为组织工程化骨的理想种子细胞。     

牛骨形成蛋白在骨不连中的临床应用

应用牛骨形成蛋白（ｂｏｖｉｎｅＢｏｎｅＭｏｒｐｈｏｇｅｎｅｔｉｃＰｒｏｔｅｉｎ简称ｂ－ＢＭＰ）成功的治愈１３例骨不连病人。经过１３个月～２９个月随访观察，效果较好。本组病人术前平均已做过１．５次手术。１３例病人中，有１２例被１次治愈。１例病人再次行内固定加用牛骨形成蛋白的植入也被治愈。骨形成蛋白的应用方式，采用同锻石膏复合后植入骨不连处。平均每个病人植入１００ｍｇＢＭＰ，１３例病人平均治愈时间为４．７个月。术后没有任何并发症。     

无名异接骨冲剂对骨痂局部骨形态发生蛋白含量的影响

为探讨无名异接骨冲剂加速骨折愈合的作用机理，选用５５只新西兰大白兔，随机选择５只作为正常组；另５０只在无菌条件下造成双桡骨标准骨折模型。将５０只骨折兔随机平均分为实验组和对照组，实验组用无名异接骨冲剂每天４ｇ／ｋｇ溶于２０ｍｌ蒸馏水中分早晚两次灌胃；对照组用２０ｍｌ蒸馏水灌胃。于骨折后第１，２，３，４及５周用断颈法每次每组处死５只兔，取骨痂进行抗骨形态发生蛋白（ＢＭＰ）单克隆抗体免疫组化染色，并用ＣＭＩＡＳ型图像分析仪对ＢＭＰ含量进行定量分析。结果发现：实验组骨折局部ＢＭＰ含量明显高于正常组（Ｐ＜０．０１）；第１，２周实验组明显高于对照组（Ｐ＜０．０１）；实验组ＢＭＰ高峰出现在第２周，而对照组出现在第３周。认为，无名异接骨冲剂能促进成骨细胞合成ＢＭＰ，使ＢＭＰ峰值提前，从而加速骨折愈合。     

Histological study of effect of bone morphogenetic protein derived from bovine tooth on periosteum in rats

Summary In this study, we examined histologically the effect of a bone morphogenetic protein (BMP) derived from bovine tooth on the periosteum. Supraperiosteal injection of crude BMP into femurs of Wistar rats (28 day old) resulted in periosteal cell proliferation with subsequent bone and cartilage formation. Moreover, proliferating periosteal cells migrated into injected BMP, and formed both cartilage and bone. These observations show that exogenous BMP stimulates mesenchymal cells of the periosteum to proliferate and differentiate into osteoblasts, and therefore BMP may be one of factors which are involved in differentiation of osteoblasts in the periosteum.     

复合珊瑚羟基磷灰石人工骨的研制及其成骨效应

目的 自行研制复合珊瑚羟基磷灰石人工骨并评估其成骨效应。方法 取南海澄黄滨珊瑚碳酸钙在特定条件下经过“热液交换反应”，制成单纯珊瑚羟基磷灰石(coralline Hydroxyapatite，CHA)人工骨，并将其与基因重组骨形态发生蛋白(rhBMP2)和几丁糖复合制成了三种复合珊瑚羟基磷灰石(composite Coralline Hydroxyapatite，CCHA)人工骨，将此三种不同配型的复合人工骨和单纯CHA人工骨分别植入四组24只SD大白鼠肌肉内。手术后2、4、6、8周取材进行组织学观察，计数高倍单位视野内的成骨细胞数量和炎性细胞数量。采用SPSS8.0统计软件处理系统分析。结果 术后各时期取材结果显示：B组(CHA rhBMP2)和D组(CHA rhBM2P 几丁糖)的单位视野内成骨细胞数量明显多于A组(单纯CHA)和C组(CHA 几丁糖)：而C组和D组的单位视野内炎性细胞数量明显少于A组和B组。即D组人工骨的单位视野内的成骨细胞数量多、炎性细胞少。结论 rhBMP2-几丁糖／CHA复合人工骨不但具有显著的成骨诱导作用，还具有炎症反应轻及持续的诱导成骨作用，是一良好的骨移植替代物。     

Global gene profiling reveals a downregulation of BMP gene expression in experimental atrophic nonunions compared to standard healing fractures.

Nonunion is a challenging problem that may occur following certain bone fractures. However, there has been little investigation of the molecular basis of nonunions. Bone morphogenetic proteins (BMPs) play a significant role in osteogenesis. However, little is known about the expression patterns of BMPs in abnormal bone healing that results in nonunion formation. These facts prompted us to investigate and compare the gene expression patterns of BMPs and their antagonists in standard healing fractures and nonunions using rat experimental models. Standard closed healing fractures and experimental atrophic nonunions produced by periosteal cauterization at the fracture site were created in rat femurs. At postfracture days 3, 7, 10, 14, 21, and 28, total RNA was extracted from the callus of standard healing fracture and fibrous tissue of nonunion (n=4 per each time point and each group). Gene expression of BMPs, BMP antagonists, and other regulatory molecules were studied by methods including Genechip microarray and real-time quantitative RT-PCR. Gene expression of BMP-2, 3, 3B, 4, 6, 7, GDF-5, 7, and BMP antagonists noggin, drm, screlostin, and BAMBI were significantly lower in nonunions compared to standard healing fractures at several time points. Downregulation in expression of osteogenic BMPs may account for the nonunions of fracture. The balance between BMPs and their endogenous antagonists is critical for optimal fracture healing.