BMSCs与PLGA支架构建组织工程化骨软骨复合组织

目的:探讨同种异体骨髓间充质干细胞(bone mesenchymal stem cells,BMSCs)体外分离培养后种植到孔径和孔隙率不同且复合不同胶原和生长因子的PLGA支架上再种植到大鼠肌袋内构建组织工程化骨软骨复合组织的可行性。方法:制作复合BMP-2和Ι型胶原PLGA支架与复合bFGF、TGF-β1和Ⅱ型胶原PLGA支架后把两者用生物蛋白胶粘合形成复合支架,把体外培养扩增的BMSCs种植到复合支架上,植入实验组A组、对照组B组、空白组C组SD大鼠肌袋内,于术后4、8、12周取材,分别行大体观察、HE染色、甲苯胺蓝染色、Ⅱ型胶原免疫组化、ALP染色、扫描电镜、透视电镜观察。结果:实验组大体标本成骨区呈白色类骨样组织,质硬,成软骨区呈乳白色类软骨样组织,质较硬,两区融合;扫描电镜观察可见成骨细胞、破骨细胞及软骨细胞,透视电镜尚可见细胞浆内有大量的线粒体和内质网,并见大量胶原分泌,与对照组、空白组有明显区别,组织学评分表明A组较B、C两组差异具有统计学意义(P0.05)。结论:BMSCs体外分离扩增后种植到孔径和孔隙率不同且复合不同胶原和生长因子的PLGA支架上再植入动物肌袋可构建骨软骨复合组织。     

缓释双生长因子三层支架体内长期促骨软骨缺损再生的研究

外伤或关节使用过度或重度关节炎都会导致关节表面的软骨以及软骨下骨形成难以恢复的损伤．尽管目前临床上的治疗技术在某些方面取得成功，但仍存在治疗的局限性，如自体移植存在供区并发症、移植的组织不完全整合和易降解、骨髓刺激会产生纤维软骨、质量不佳等．为提高骨软骨缺损的治疗效果，前期研究制备了局部缓释生长因子rh BMP-2和rh TGF-β3的丝素蛋白/脱软骨细胞外基质/纳米羟基磷灰石复合三层支架，并在兔子体内短期植入后获得良好的骨软骨修复效果，但并未进行长期体内研究．本研究在兔子双膝滑车沟处建立直径5 mm、深度3 mm的缺损，并将具有局部缓释生长因子rh BMP-2和rh TGF-β3的复合三层支架进行缺损区植入，且以天然膝关节滑车沟处骨软骨为对照组，修复34周后通过大体观察、组织学染色、免疫组织化学染色、Micro-CT扫描以及力学测定，评价支架对骨软骨缺损长期的修复情况．大体观察、组织学染色、免疫组织学染色扫描结果表明，支架组再生软骨具有与天然组相似的表面平整度和完整度、细胞排列形态以及黏多糖含量；但Ⅱ型胶原染色和软骨纳米压痕结果表明，支架组再生软骨Ⅱ型胶原含量以及力学性能明显低于天然...     

骨/软骨类器官构建策略及应用前景

骨/软骨损伤是骨科临床中的常见病和多发病,其治疗是骨科临床难题,更是再生医学研究热点.目前,骨组织工程被广泛应用于骨/软骨修复,其中生物活性支架材料搭载种子细胞可促进骨/软骨修复,但该技术在骨/软骨新生过程中缺乏多维度、多层次的机制解析和有序调控,无法有效诱导空间化骨/软骨微环境特征,成骨/软骨活性不足,临床修复效果有限.因此,亟须开发新的研究工具和技术,以较小成本和简单方式模拟骨/软骨结构和生理功能,复制其病理特点,用于发病机制研究和促进骨/软骨再生修复.近年来,类器官技术的迅猛发展为再生医学研究提供了独特的解决方案.骨/软骨类器官是近几年涌现出的概念,在国内的研究亦刚刚起步.系统地介绍了骨/软骨类器官的发展历程、构建策略、评价表征、机制探索以及临床前应用等方面的前沿进展,旨在为对该领域感兴趣的学者提供参考,推动骨/软骨类器官临床应用,提升骨/软骨损伤修复效果,为促进骨/软骨损伤组织有序再生修复提供全新干预策略.     

软骨组织工程研究

骨及关节软骨损伤在临床多见,由于其自身的特点,软骨自发的再生和自我修复能力十分有限.随着软骨组织工程技术的发展,应用组织移植修复软骨缺损成为共同关心的研究课题.本文分别就软骨组织工程的供体来源、细胞外基质、支架材料及生长因子等方面进行综述探讨.     

不同浓度掺镁透钙磷石骨水泥修复骨质疏松家兔骨缺损及BMP-2表达的研究

健康家兔36只,进行骨质疏松造模后随机分为空白对照组、透钙磷石组(DCPD组)、掺镁6.67%组、掺镁26.67%透钙磷石组,在家兔双侧前腿桡骨中段制作骨缺损,术后每组动物分别于4、8、12周各处死3只,观察组织切片中BMP-2表达情况与X线片显示骨缺损修复状况。免疫组化结果显示同组不同时期比较,4周时BMP-2表达最高,8周时较4周时减弱,12周时阳性表达最弱。同一时期组间比较掺镁6.67%组阳性表达最强。在骨质疏松家兔桡骨骨缺损修复中,掺镁6.67%透钙磷石组成骨效果较其他组显著,同时期组间比较BMP-2阳性表达最强。     

MPC骨水泥纤维蛋白胶复合BMP人工骨支架材料对山羊松质骨缺损的修复

研制MPC/CPC骨水泥纤维蛋白胶复合BMP新型人工骨的制备及人工骨修复骨缺损的性能.通过对成年山羊双侧股骨髁部分别制备1处直径10mm、深15mm松质骨缺损,制备MPC/CPC/FG/BMP(A组)、MPC/CPC/FG(B组)、CPC/FG(C组)人工骨支架材料,分别植入各组实验观察材料,分别于6周、12周进行影像学、组织学、形态计量学观察骨缺损修复情况.说明新型MPC骨水泥纤维蛋白胶复合BMP新型生物活性人工骨支架材料在促进成骨、加快磷酸钙骨水泥降解速度上优于MPC/CPC/FG、CPC/FG的人工骨,同时新型MPC骨水泥复合纤维蛋白胶的成骨和促骨水泥降解作用优于单纯CPC复合FG的人工骨.     

缓释骨形态发生蛋白-2促进骨修复的生物相容性载体研究进展

骨形态发生蛋白-2(bone morphogenetic protein-2,BMP-2)属于转化因子,是一种多功能生长因子,在细胞增殖、分化迁移和重建方面具有重要作用。在临床骨缺损修复中,BMP-2是参与体内骨修复至关重要的促进因子。一方面,由于BMP-2在体内的稳定性不强;另一方面,如果无载体保护,其在移植处的释放扩散形式呈"爆炸式"。而骨生长分化是一个动态的过程,因此需要建立一个可控的缓释载体。介绍了目前已应用的4种BMP-2控制释放载体,包括水凝胶和微囊、层层自组装(layer-by-layer self-assembly,LbL)、表面微处理的钛金属以及静电纺丝纤维。     

新型同种异体骨修复骨缺损动物实验研究

目的 探究新型同种异体骨修复骨缺损效果。方法 用雄性新西兰兔构建骨损伤动物模型,将60只兔随机分为实验组、对照组和空白对照组。麻醉,逐层切开,暴露股骨外侧面,在股骨近心端之外缘、大转子下缘1 cm处,用直径4 mm球头精密研磨机制备深度约为1 mm的骨缺损。同样的方法处理对侧股骨。在实验组和对照组每只兔的左股骨缺损区填充皮质骨粒,右股骨缺损区填充松质骨小块,轻压填紧,尽量使材料与孔密合,分层缝合。空白组动物进行上述同样手术,不填充任何材料。上述各组动物分别于术后1、4、8和12周,行影像学(X线)及病理组织学检查。结果 术后1周,3组动物骨缺损修复情况无差别;术后4、8和12周时,实验组动物骨组织修复速度优于对照组,显著优于空白对照组。结论 该型同种异体骨能够刺激间充质细胞分化为成骨细胞,推进骨细胞的形成及骨痂成熟,是较为理想的骨移植材料。     

成骨细胞诱导骨髓基质细胞体外成骨的初步研究

目的:探讨在不使用细胞因子或化学药物的情况下,成骨细胞(Osteoblast,OB)与骨髓基质细胞(Bone Marrow Stromal Cells,BMSCs)混合培养时,成骨细胞提供的成骨微环境能否在体外诱导BMSCs向成骨细胞分化,并复合支架形成成熟的骨组织.研究成骨细胞诱导BMSCs有效成骨的最小比值(指成骨细胞与骨髓基质干细胞数量的比值).方法:SY别培养SD乳鼠的成骨细胞与SD大鼠的BMSCs,将成骨细胞和BMSCs以1:9、2:8、3:7、1:0的不同比例进行混合培养,通过测定第3、6、9天培养液上清中的碱性磷酸酶(ALP)的含量,研究成骨细胞促BMSCs有效成骨的最小比值.将两种细胞以该最小浓度比混匀接种于涂附Ⅰ型胶原壳聚糖材料支架上(直径9 mm,高3mm)作为混合培养组,相同终浓度的单纯成骨细胞和单纯BMSCs分别接种于相同支架作为阳性对照及阴性对照.另设置低比值成骨细胞对照组(仅含有共培养组中相同的成骨细胞数,但不含有共培养组中的BMSCs).全部标本均于体外培养8周后取材,通过大体观察、组织学及免疫组织化学等相关检测对新生骨进行评价.结果:成骨细胞和BMSCs以3:7的比例进行混合培养时已可实现有效成骨.3:7比例的混合培养组及阳性对照组(成骨细胞组)体外培养8周后大体观察和苏木素-伊红染色(HE)、ALP染色基本相同,均表达骨特异性细胞外基质Ⅰ型胶原,形成了较成熟的骨组织.阴性对照组(单纯BMSCs组)和低比值成骨细胞组,原细胞支架复合物变小、变形.低比值成骨细胞组在局部形成了少量的骨组织,阴性对照组(单纯BMSCs组)未能发现骨样组织形成.结论:在不使用细胞因子或化学药物的情况下,成骨细胞提供的成骨微环境能够在体外诱导BMSCs向成骨细胞分化并形成成熟的骨组织.混合细胞中成骨细胞与BMSCs的比例为3:7时是有效成骨的最小比值.     

运动训练对静电纺丝荷载间充质干细胞修复大鼠软骨损伤的影响

[目的]研究有氧运动训练在荷载有脂肪充质干细胞(ADSCs)的纳米静电纺丝材料修复大鼠关节软骨损伤中的作用与影响.[方法]分离培养大鼠ADSCs,体外扩增,流式鉴定,荷载于聚碳酸亚丙酯/聚己内酯/左旋聚乳酸-磷酸四钙(PPC/PCL/g-TTCP)纳米静电纺丝载体上,植入到大鼠膝关节软骨缺损处.实验大鼠随机分为2组:1)正常对照组;2)运动训练组.训练组采用中等强度的水平跑台运动(12 m/min的速度,持续30 min).术后第3周开始训练,每周训练5 d,每天训练2次,训练8周后,对修复组织进行苏木素-伊红(HE)和Ⅱ型胶原等染色和组织学检查,采用Wakitani评分系统进行软骨修复评分,采用Graphpad Prism 6.01进行统计分析.[结果]PPC/PCL/g-TTCP与大鼠ADSCs具有很好的相容性,可以成功荷载和诱导成骨分化;在运动训练组的关节软骨修复评分指标中,细胞形态,基质染色强度,表面规整度,修复软骨相对厚度以及移植物与宿主整合度5项指标评分均显著优于对照组;Ⅱ型胶原和HE染色显示运动训练组软骨细胞增生明显,Ⅱ型胶原阳性细胞占比显著提高.[结论]中强度运动训练可以显著提高荷载ADSCs的纳米静电纺丝对大鼠关节软骨损伤的修复水平.     

Electrospun Nanofibers of Hydroxyapatite/Collagen/Chitosan Promote Osteogenic Differentiation of BMSCs

Bone tissue engineering, aiming at developing bone substitutes for repair and regeneration of bone defects instead of using autologous bone grafts, has attracted wide attention in the field of tissue engineering and regenerative medicine. Developing biomimetic biomaterial scaffolds able to regulate osteogenic differentiation of stem cells could be a promising strategy to improve the therapeutic efficacy. In this study, clectrospun composite nanofibers of hydroxyapatite/collagen/chitosan （ HAp/Col/CTS ） resembling the fibrous nanostructure and constituents of the hierarchically organized natural bone, were prepared to investigate their capacity for promoting bone mesenchymal stem cells （BMSCs） to differentiate into the osteogenic lineage in the absence and presence of the osteogenlc supplementation, respectively. Call morphology, proliferation and quantified specific osteogenic protein expression on the electrospun HAp/Coi/CTS scaffolds were evaluated in comparison with different controls including dectrospun nanofibrous CTS, HAp/CTS and tissue culture plate. Our remits showed that the nanofibrous HAp/Col/CTS scaffolds supported better spreading and proliferation of the BMSCs than other substrates （ P 〈 0.01 ）. Expressions of osteogenesis protein markers, alkaline phosphatase （ALP） and Col, were significantly upregulated on the HAp/Col/CTS than those on the CTS （P 〈0.01） and HAp/ CTS （P 〈 0. 05 ） scaffolds in the absence of the osteogeulc supplementation. Moreover, presence of osteogeulc supplementation also proved to enhance osteogeule differentiation of BMSCs on HAp/ Col/CTS scaffolds, indicative of a synergistic effect. This study highlights the potential of BMSCs/HAp/Col/CTS cell-scaffold system for functional bone repair and regeneration applications.     

兔膝骨关节炎模型的建立及评价

目的 通过兔软骨缺损制备兔膝骨关节炎模型并进行评价。方法 将动物按体质量和性别随机分成3组：假手术组,模型组和阳性对照氨基葡萄糖组,每组12只。造模4周后开始灌胃给药,每天1次,连续给药4周。末次给药后,将动物处死,ELISA试剂盒检测血清及关节液中IL-1β和TNF-α水平,对关节软骨和滑膜进行HE染色,并对关节软骨进行Mankin’s评分以评价其损伤情况。结果 与假手术组相比,模型组血清、关节液中IL-1β、TNF-α水平明显升高,而给予氨基葡萄糖可降低血清、关节液中IL-1β、TNF-α水平。HE染色见模型组软骨结构改变、缺损,滑膜有炎细胞浸润;软骨评分明显高于假手术组。给予氨基葡萄糖可以减轻软骨缺损,减少滑膜炎细胞浸润,降低软骨评分。结论 关节软骨钻孔可建立兔膝骨关节炎模型,反映其主要特征,并能通过给予阳性对照药减轻损伤和炎症反应。该模型可用于治疗关节炎药物的评价和筛选。     

用于软骨下骨修复的镁基支架

骨关节炎（osteoarthritis，OA）作为一种可以导致残疾的退行性疾病，常累及软骨下骨。受损的关节软骨和软骨下骨很难自愈，用于功能修复的组织工程支架是一种有前途的治疗方法。近年来，镁合金因其良好的机械和生物学性能被视为可降解多孔支架有希望的候选者。然而，目前对于适用于软骨下骨缺损修复的镁基支架的结构设计和优化方案还没有定论。归纳了镁合金用于骨软骨支架的研究进展，包括多孔支架的制造方法；添加合金元素和表面改性的优化策略；参数化与非参数化的结构设计；镁基支架的机械、降解和生物学性能及其影响因素。讨论了未来研究的潜在方向。旨在为多孔镁基支架的开发和临床应用提供参考。     

射频能量在治疗关节软骨退变中对软骨细胞影响的实验研究

实验研究射频消融能量大小与关节软骨细胞损伤效应之间的关系。建立牛膝关节软骨退变模型，模拟膝关节镜环境，射频消融气化仪在15W、40W、70W的不同能量设置条件下，处理牛膝关节退变软骨1min，同时设置对照组，共分4组，每组6份标本，随后行软骨组织块培养，HE染色，FDA／PI双荧光染色。随着射频消融能量的增加，空泡率明显增加，软骨细胞死亡率明显增加。随着射频消融输出能量的增加，软骨细胞死亡率明显增加，射频消融能量大小与关节软骨细胞的损伤呈正相关。     

生物力学作用对骨髓间充质干细胞增殖和成骨分化影响研究进展

骨髓间充质干细胞在体内所处的力学环境比较复杂,为了探索生物力学与骨髓间充质干细胞增殖分化之间的关系,对近年来生物力学微环境对骨髓间充质干细胞增殖分化影响的研究现状和最新进展进行了综述。认为牵张力与流体剪切力对骨髓间充质干细胞产生的刺激大部分会使其向成骨方向分化,而较大的压缩力和静水压力对骨髓间充质干细胞产生的刺激大部分会使其偏向软骨方向分化,小部分向成骨方向分化,每种分化方向都有其最适的分化条件。通过综述生物力学对骨髓间充质干细胞增殖及成骨分化的影响,为骨髓间充质干细胞的骨组织工程与再生医学研究及更好地应用于临床治疗提供思路和参考依据。     

兔骨髓间充质干细胞复合脱细胞牛松质骨体外相容性研究

探讨脱细胞牛松质骨（Acellular Bovince Cancellous Bone，ABcB）生物衍生材料与骨髓间充质干细胞（bone marrow mesenchymal stem cells，BMSCs）的生物相容性，为组织工程方法修复骨缺损提供依据。将兔骨髓间充质干细胞与ABCB复合并体外培养，然后进行形态学、细胞增殖、蛋白质含量测定。骨髓间充质干细胞能够贴附在ABCB孔隙内生长，细胞生长及蛋白合成功能不受ABCB的影响。ABCB生物相容性良好，可作为组织工程的支架材料应用于骨缺损的修复；BMSCs可以作为骨组织工程种子细胞。     

多孔CPC材料复合转染VEGF的骨髓间充质干细胞修复大鼠颅骨缺损的实验研究

为研究转染血管内皮生长因子(VEGF)基因的骨髓间充质干细胞(BMSCs)复合多孔CPC构建的组织工程化骨对骨缺损的修复作用,用脂质体介导质粒pIRES2-EGFP/VEGF165转染大鼠BMSCs,与多孔CPC复合体外构建组织工程化骨,植入大鼠颅骨缺损模型,未转染VEGF165的组织工程化骨作对照。分别在4周、12周取材,以组织学组织形态学分析骨缺损修复情况.比较两组的骨形成差异。结果转染VEGF组骨缺损的修复效果明显好于未转染组。组织形态计量学分析显示,4周时,转染组材料内新生骨面积为31.9%,未转染组为19.7%。12周时,转染组材料内新生骨面积为75.9%,未转染组仅为49.7%。差异具有统计学意义(P<0.000 1)。转染组的骨形成速率明显快于未转染组,两者分别为分别为6.18±1.62μm/d和3.56±0.93μm/d。说明VEGF转染细胞组较对照组血供加强,骨缺损修复加速。     

Advances in tissue engineering

Tissue engineering is a newly developed specialty involved in the construction of tissues and organs either in vitro or in vivo. Tremendous progress has been achieved over the past decade in tisse construction as well as in other related areas, such as bone marrow stromal cells, embryonic stem cells and tissue progenitor cells. In our laboratory, tissues of full-thickness skin, bone, cartilage and tendon have been successfully engineered, and the engineered tissues have repaired full-thickness skin wound, cranial bone defects, articular cartilage defects and tendon defects in animals. In basic research areas, bone marrow stromal cells have been induced and transformed into osteoblasts and chondrocytes in vitro. Mouse embryo stem cell lines we established have differentiated into neuron precursor, cardiac muscle cells and epithelial cells. Genetic modifications of seed cells for promoting cell proliferation, delaying cell aging and inducing immune tolerance have also been investigated.     

Fabrication and biological evaluation of polyether ether ketone(PEEK)/bioceramic composites

The repair of vascularized bone defects represents a significantly clinical challenge, and vascular regeneration is one of the necessary factors to promote bone tissue regeneration. To effectively repair large bone defects, new bone tissue must regenerate with a rich vascular network. Therefore, the development of biomaterials that can promote the regeneration of vascularized bone tissue is currently receiving attention from researchers. In this study, Li–Ca–Si bioceramics (LCS) containing Li, Ca, and Si elements was developed, then LCS was compounded with PEEK to prepare PEEK+10% LCS, PEEK+20% LCS, PEEK+30% LCS, and the effect of LCS-PEEK composite biomaterials on the proliferation and angiogenic ability of human umbilical vascular endothelial cells (HUVECs) further explored by Cell Counting Kit-8 (CCK-8), scanning electron microscope (SEM), quantitative real-time PCR (QPCR), Western Blotting and enzyme linked immunosorbent assay (ELISA). The results showed that HUVECs inoculated on 30%LCS ?+ ?PEEK material exhibited the best proliferation ability. And the adhesion ability of endothelial cells on PEEK gradually increased with the increase of LCS contents. Furthermore, the angiogenic ability of HUVECs on LCS-PEEK composites was examined using QPCR and Western blotting, and the results showed that the expression of angiogenic-related genes and proteins of HUVECs on PEEK composites gradually increased with increasing LCS concentration. These results demonstrated that the angiogenic ability of HUVECs was effectively stimulated by LCS-modified PEEK materials. The present results indicate that the PEEK material can be modified with bioceramics to promote angiogenesis, and this study lay the foundation for the subsequent development of scaffolds that promote vascularized bone tissue regeneration.