丝素蛋白/牛骨形态发生蛋白及骨髓间充质干细胞复合新型组织工程骨脊柱融合的生物力学实验

背景：植入材料的载体作用、细胞因子的缓释作用以及植入后利于血管、软骨、骨的长入,适当的孔隙度及材料内部的三维结构都是影响支架材料选择的因素。目的：拟运用丝素蛋白、牛骨形态发生蛋白及骨髓间充质干细胞来构建新型组织工程骨,通过脊柱融合实验对其进行生物力学分析。材料：清洁级4周龄雄性新西兰大耳白兔70只,丝素蛋白由苏州大学材料工程学院提供,牛骨形态发生蛋白由中国医学科学院提供。方法：取10只兔体外扩增骨髓间充质干细胞,接种复合于丝素蛋白/牛骨形态发生蛋白复合物上,构建组织工程骨。剩余60只兔随机分成5组：丝素蛋白/牛骨形态发生蛋白/骨髓间充质干细胞组、丝素蛋白/骨髓间充质干细胞组、丝素蛋白/牛骨形态发生蛋白组、单纯丝素蛋白组、空白对照组,12只/组。各组均咬除L5棘突建立植骨床,前4组植入对应移植物进行椎板间融合,空白对照组仅去皮质骨,不给予任何外植物。主要观察指标：X射线、三维CT及手触法检测脊柱融合情况;苏木精-伊红染色观察移植物骨组织生成情况;在轴向压缩、前屈、后伸、侧屈4种不同生理运动情况下生物力学性能测试结果。结果：①植入12周时,丝素蛋白/牛骨形态发生蛋白/骨髓间充质干细胞组100%融合,丝素蛋白/牛骨形态发生蛋白组、丝素蛋白/骨髓间充质干细胞组、单纯丝素蛋白组融合率分别为83.3%,25.0%,16.7%,空白对照组为0。②丝素蛋白/牛骨形态发生蛋白/骨髓间充质干细胞组丝素蛋白完全降解,新生骨组织已进入塑形期,向板层骨发展;丝素蛋白/牛骨形态发生蛋白丝素蛋白完全降解,新生骨组织以编织骨为主;丝素蛋白/骨髓间充质干细胞组骨岛数目较前增多,未见连续性新生骨;单纯丝素蛋白组新生骨增加不明显;空白对照组始终未见新生骨生成。③丝素蛋白/牛骨形态发生蛋白/骨髓间充质干细胞组、丝素蛋白/牛骨形态发生蛋白组体内植入的融合脊柱具有明显的稳定性,刚度、强度较好,与其余3组比较差异有显著性意义。结论：丝素蛋白是一种良好的细胞外基质材料,通过丝素蛋白体外构建的组织工程化骨植入体内进行脊柱融合是可能的。

Biomechanics of neotype tissue engineered bone in spinal fusion with bone marrow mesenchymai stem cells and bovine bone morphorgenetic protein/silk fibroin