组织工程椎间盘的体外初步构建及其生物学性能研究

【摘要】：下腰痛(low back pain,LBP)是当今社会中的一种常见疾病。在美国,仅次于上呼吸道感染而居第2位,是导致劳动力丧失的主要原因之一;亚洲国家如中国因为体力劳动者较多,发病率更高。腰椎间盘突出症等椎间盘退变性疾病(disc degenerative disease,DDD)是引起LBP最常见的原因。随着我国老龄化进程的发展,DDD越来越成为严重影响人们工作生活的疾病。 目前治疗椎间盘退变性疾病的方法包括保守治疗和手术治疗。保守治疗包括物理治疗和药物治疗等,手术治疗主要包括髓核摘除术和脊柱融合术。手术治疗虽然通过摘除病变的椎间盘组织或者牺牲脊柱局部节段的活动度来换取症状的解除,然而并没有从根本上解决椎间盘退变所带来的生物学功能丢失。近年来的同种异体椎间盘移植和人工椎间盘置换虽然展现出良好的应用前景,然而与这些技术相关的许多并发症和缺陷依然需要克服,远期效果尚难以令人满意。 近年来随着组织工程学的迅速发展,使得外科学进入“再生修复”时代。组织工程化椎间盘有望重建退变椎间盘的功能,为退行性椎间盘疾病开辟了一条崭新的生物治疗之路。 在前期试验中,课题组基于自主设计构建的仿生髓核组织工程细胞支架--Ⅱ型胶原/透明质酸-硫酸软骨素支架(collagenⅡ/hyaluronate/chondroitin-6-sulfate,CHCS),体外成功构建了组织工程髓核,并显示了良好的生物学性能;同时课题组自主设计了具有良好结构和性能的组织工程纤维环支架--脱矿脱细胞骨基质环(demineralized bone matrix gelatin,DBMG),并对组织工程化纤维环进行了初步研究。 本课题旨在前期组织工程椎间盘系列研究成果的基础上,拟采用组织工程技术整合前期已获得的CHCS支架和脱矿脱细胞骨基质环,构建包含有纤维环和髓核两部分、全新的组织工程化椎间盘支架材料,以体外培养的兔髓核细胞和纤维环细胞为种子细胞,分别接种于椎间盘支架中髓核及纤维环支架上,体外初步构建组织工程椎间盘,并对其理化性能及生物学性能进行研究分析。通过系列研究与研究的不断深入,为修复和功能重建退变的椎间盘奠定理论和实验基础。 我们的实验结果如下:应用脱矿脱细胞、冷冻干燥、化学交联等组织工程技术整合CHCS支架和脱矿脱细胞骨基质环,体外初步构建了包含有纤维环和髓核两部分、全新的组织工程化椎间盘支架材料。以体外培养的兔髓核细胞和纤维环细胞为种子细胞,分别接种于支架材料的髓核及纤维环部分,体外初步构建组织工程椎间盘。体外培养1周后,植入无胸腺裸鼠皮下。经体内培养12周,组织工程复合椎间盘的大体形态和组织学观察结果与天然椎间盘组织相似。形态学观察结果表明了进展性的组织形成,同时纤维环和髓核区域得到良好的整合。生化成分的检测结果表明,DNA、蛋白多糖和羟脯氨酸的含量随时间显著增加,在12周时与天然椎间盘的含量相似。胶原的基因表达分析结果也表明组织工程复合椎间盘与天然椎间盘相似。研究结果表明,组织工程复合椎间盘具有与天然椎间盘相似的组织形态和生化特性,为组织工程椎间盘的临床应用提供了一种可能。