BMP-2明胶/壳聚糖水凝胶缓释系统复合羟基磷灰石/二氧化锆泡沫陶瓷与诱导多能干细胞来源MSCs的体外研究

目的构建BMP-2明胶/壳聚糖水凝胶缓释系统,与诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPS)来源MSCs复合种植至羟基磷灰石(hydroxyapatite,HA)/二氧化锆(zirconium dioxide,ZrO2)生物多孔泡沫陶瓷材料,体外共培养,探索缓释系统对iPS-MSCs成骨分化的作用。方法运用油包水相溶液制备BMP-2明胶/壳聚糖水凝胶微球,检测微球的药物包封率、载药率和体外缓释速率。建立HA/ZrO2多孔生物泡沫陶瓷材料复合iPS-MSCs及BMP-2明胶/壳聚糖水凝胶缓释系统共培养体系,作为实验组;以未复合BMP-2明胶/壳聚糖水凝胶缓释系统的细胞-支架复合物作为对照组。两组培养3、7、10、14 d,检测细胞的ALP分泌量,RT-PCR检测核心结合因子α1(core binding factorα1,Cbfa1)、Ⅰ型胶原和锌指结构转录因子(Osterix,OSX)基因表达水平;培养14 d时行免疫组织化学染色观察Ⅰ型胶原表达,并通过扫描电镜观察细胞爬行及黏附状态。结果 BMP-2明胶/壳聚糖水凝胶缓释系统具有较好的药物包封率及载药率,可延长BMP-2的活性时间。共培养体系体外培养各时间点实验组ALP分泌量及Cbfa1、Ⅰ型胶原、OSX基因相对表达量均显著高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。免疫组织化学染色观察示,实验组荧光数量明显多于对照组,即Ⅰ型胶原表达水平高于对照组;细胞能较均匀地分布于材料上,细胞形态良好。扫描电镜观察示缓释系统能较好地黏附于细胞之间。结论 iPS-MSCs具有促成骨分化能力,在BMP-2明胶/壳聚糖水凝胶缓释系统作用下其促成骨能力显著增强。iPS-MSCs与缓释系统结合后能良好黏附于材料上,且细胞活性较好。

In vitro study of bone morphogenetic protein 2 gelatin/chitosan hydrogel sustainedrelease system composite hydroxyapatite/zirconium dioxide foam ceramics and induced pluripotent stem cells derived mesenchymal stem cells

CHAI Le;QUAN Renfu;HU Jintao;HUANGXiaolong;L0Jianlan;ZHANG Can;QIU Rui;CAI Bingbing(Zhejiang University of Traditional Chinese Medicine,Hangzhou Zhejiang,310053,P.R.China;Department of Spine Surgery,]iangnan Hospital of Zhejiang Chinese Medicine College,Hangzhou Zhejiang,311200,P.R.China)