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自体骨髓基质细胞定向诱导成骨分化修复节段性骨缺损的实验研究

顾祖超  
【摘要】: 由于创伤、炎症及肿瘤等因素造成的四肢长骨节段性骨缺损在临床上非常常见,通常导致患者功能障碍、生活质量下降。大段骨缺损的修复与功能重建是骨科一大难题,也是近年的研究热点之一。目前临床所用修复大段骨缺损的主要方法包括自体带血管骨移植、同种异体骨移植和骨外固定技术等。这些方法及材料各有优缺点,总体来说,效果还不太理想。旨在体外复制组织或器官的组织工程学技术为四肢长骨节段性骨缺损的再生与修复治疗提供了新的思路和方法。 目前骨组织工程研究在种子细胞、支架材料、组织工程化骨体外构建与修复腔隙性骨缺损和临界性骨缺损(critical defect)等方面取得了显著进展。然而组织工程化骨的制备及移植修复骨缺损技术尚处于动物实验阶段,这一技术从动物实验过渡到临床应用并进行大段骨缺损修复,还有以下几个方面的重要问题需要解决:1、种子细胞的来源;2、结构与性能优化的三维支架材料制备;3、促组织工程化骨血管化;4、组织工程骨修复大节段骨缺损的可行性。为此,我们针对以上问题,以兔尺骨干大节段骨缺损为动物模型,研究了骨组织工程种子细胞的生物学特性、支架材料性能、组织工程骨的血管化过程及修复大节段骨缺损的有效性。 首先,通过骨髓穿刺获取MSCs,并进行成骨诱导,以获取种子细胞。结果显示:1、以3×10~5个细胞/cm~2的密度接种MSCs,12-14天长满单层,传代细胞的倍增时间为33.6小时,成骨诱导细胞倍增时间为34.6小时;2、成骨诱导后10-12天细胞形成钙化结节,表达碱性磷酸酶、Ⅰ型胶原和骨钙素;3、超微结构显示MSCs为幼稚细胞,成骨诱导后则表现为成熟细胞,分泌活动旺盛;4、MSCs可向成骨细胞和脂肪细胞分化。 第三军医大学博士研究生论文自体骨髓基质细胞定向诱导成骨分化修复节段性骨缺损的实验研究 其次,采用熔铸颗粒沥取法制备CPP钾LLA和cPP妙LLA/Conagen 两种支架材料,并进行了性能评定。结果显示:1、两种支架材料均成纤维 网状结构,具有高孔隙率;2、两种支架材料的细胞相容性良好;3、 CPP钾LL叼Collagen的细胞粘附能力优于CPP牌LLA;4、成骨细胞 一CPP钾LLA/Coflagen复合体在体内皮下具有异位成骨能力,而成骨细胞 一CPP胭LLA复合体及单纯支架材料无异位成骨能力。 最后,应用兔尺骨大节段缺损动物模型,研究了组织工程骨自体移植 的体内血管化过程、组织学表现及修复骨组织的生物力学情况。结果显示: l、修复后4周缺损区为新生骨样组织充填,12周时己接近正常骨组织;2、 修复组织4周时血循环相当丰富,12周血管形态接近正常皮质骨形态;3、 随修复时间延长,修复组织的力学性能逐渐增强。 综上所述,我们可以得出结论:1、MSCs的增殖能力强,在诱导条件 下可向成骨细胞分化,表达碱性磷酸酶、I型胶原和骨钙素,适合作为骨 组织工程的种子细胞;2、CPP钾LL叼Collagen具有良好的生物相容性和 生物降解性,具有良好的促细胞粘附能力;3、成骨细胞一 CPP班LLA/Coflagen复合体自体移植修复大节段骨缺损的成骨能力肯定; 4、血管化过程与复合体的孔隙度和孔径大小有关;5、修复组织具有较好 的力学性能。


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