骨髓基質(zhì)干細(xì)胞、成骨細(xì)胞與多孔陶瓷支架構(gòu)建組織工程化骨的研究.pdf

1、骨缺損是臨床常見的外科疾病.目前主要采用自體骨移植,異體骨移植,人工合成替代品來修復(fù)骨缺損,這些方法均存在各自的不足,難以滿足臨床上修復(fù)骨缺損的需要.隨著組織工程的出現(xiàn),為組織和器官缺損的治療提供了一個(gè)全新的概念和思路.它是將活的細(xì)胞體外培養(yǎng)增殖后,與可供細(xì)胞進(jìn)行生命活動(dòng)的支架材料復(fù)合,在體外預(yù)先構(gòu)建一個(gè)有生物活性的種植體,然后植入體內(nèi),完成組織修復(fù)和發(fā)揮功能.由于骨缺損在臨床上的常見性和治療上的迫切性,以及其組成結(jié)構(gòu)上的相對(duì)單一性,近

2、年來骨組織工程研究快速發(fā)展,組織工程化骨成為最有希望進(jìn)入臨床應(yīng)用的組織工程成果之一.隨著骨組織工程研究的進(jìn)展,有效種子細(xì)胞和適宜支架材料的選擇及其復(fù)合體的生物相容性研究,是組織工程化骨應(yīng)用于臨床需解決的基本問題,因此成為近年來研究的熱點(diǎn).骨組織工程要求其種子細(xì)胞應(yīng)具備強(qiáng)的增殖能力和良好的成骨功能.目前骨種子細(xì)胞的來源主要有骨、骨膜、骨髓、骨外組織和早期胚胎.現(xiàn)行用于骨組織工程研究的種子細(xì)胞多為骨膜來源的成骨細(xì)胞(periosteal-d

3、erived osteoblast,POB)和骨髓基質(zhì)干細(xì)胞(bone marrowstromalcells,BMSCs).POB的研究目前較為成熟,但目前用于研究的骨種子細(xì)胞多為鼠、兔等動(dòng)物來源,盡管哺乳動(dòng)物的生命活動(dòng)有許多相似之處,將骨組織工程用于臨床,動(dòng)物來源骨種子細(xì)胞的研究尚不足用,為此對(duì)人POB的研究仍然十分需要.骨髓基質(zhì)干細(xì)胞因其干細(xì)胞特性體外培養(yǎng)中具較強(qiáng)的傳代繁殖力,且有取材容易和對(duì)機(jī)體損傷小的特點(diǎn),因此在骨組織工程中有廣

4、闊的應(yīng)用前景.目前已建立了體外培養(yǎng)BMSCs的方法,但是因?yàn)锽MSCs具有多分化潛能而且成骨量少,對(duì)BMSCs最佳誘導(dǎo)分化條件尚未確定,將成骨細(xì)胞和誘導(dǎo)劑(地塞米松、抗壞血酸、β-甘油磷酸鈉)分別和聯(lián)合誘導(dǎo)BMSCs,同時(shí)采用半透膜進(jìn)行細(xì)胞間接混合培養(yǎng)的方式探索細(xì)胞之間的相互作用.通過細(xì)胞混合培養(yǎng),成骨細(xì)胞促進(jìn)BMSCs的增殖與分化,國內(nèi)外鮮有報(bào)道.生物陶瓷材料在組成、結(jié)構(gòu)上與天然骨鹽大體一致,有極好的生物相容性和與骨結(jié)合的能力,可達(dá)到

5、較高的強(qiáng)度和耐磨性,且可制成多孔狀材料,加上無毒副作用,所以被作為一種骨組織替代材料,同時(shí)也是一良好的人工合成細(xì)胞外基質(zhì)(ECM),是目前骨組織工程常用的支架材料之一,其中羥基磷灰石(HA)和磷酸三鈣(TCP)及HA/TCP雙相陶瓷最為常用.傳統(tǒng)的陶瓷材料由于粒徑較大,氣孔大,其脆性及彈性模量較大,影響了在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用,因此有必要采用最優(yōu)化的工藝改進(jìn)其物理學(xué)和生物學(xué)性能.將成骨細(xì)胞和骨髓基質(zhì)干細(xì)胞混合后在多孔陶瓷支架上培養(yǎng),并修復(fù)

6、動(dòng)物骨缺損,評(píng)價(jià)采用該方法構(gòu)建工程化骨組織的可行性,最終為組織工程化骨修復(fù)臨床骨缺損提供實(shí)驗(yàn)依據(jù).第一部分人胚不同來源成骨細(xì)胞的培養(yǎng)和鑒定目的:建立人胚不同來源成骨細(xì)胞的體外培養(yǎng)模式,比較骨、骨膜、骨髓來源的成骨細(xì)胞的生物學(xué)特性;了解超低溫凍存對(duì)人胚骨膜成骨細(xì)胞生物學(xué)特性的影響.結(jié)論:采用改良的酶消化法,培養(yǎng)骨、骨膜來源的成骨細(xì)胞,通過加以改進(jìn)的密度梯度離心法,培養(yǎng)骨髓基質(zhì)干細(xì)胞,可得到均一性好、活性強(qiáng)的三種不同來源的人成骨細(xì)胞.短期的

7、超低溫凍存對(duì)人骨膜成骨細(xì)胞的生物活性無明顯的影響.第二部分成骨細(xì)胞與誘導(dǎo)劑對(duì)骨髓基質(zhì)干細(xì)胞的增殖與成骨分化的影響目的:研究成骨細(xì)胞與誘導(dǎo)劑對(duì)骨髓基質(zhì)干細(xì)胞(BMSCs)的增殖與分化的影響,探索一種新的骨組織工程種子細(xì)胞的體外培養(yǎng)體系.第三部分HA,TCP支架的研制及與人骨膜成骨細(xì)胞生物相容性的體外實(shí)驗(yàn)研究目的:以羥基磷灰石(HA)和磷酸三鈣(TCP)粉體為主要原料,制備多孔HA及TCP支架;評(píng)價(jià)所制備的多孔陶瓷支架材料的生物相容性.結(jié)論

8、:以HA、TCP的粉體為原料,采用有機(jī)泡沫浸漬法可制備出具有良好孔隙結(jié)構(gòu)和較好力學(xué)強(qiáng)度的多孔陶瓷支架;所研制的兩種多孔陶瓷做為骨組織工程支架材料,均有良好的生物相容性.第四部分骨髓基質(zhì)干細(xì)胞、成骨細(xì)胞與復(fù)相陶瓷多孔支架修復(fù)骨缺損的研究目的:將混合培養(yǎng)的成骨細(xì)胞和骨髓基質(zhì)干細(xì)胞接種于多孔復(fù)相鈣磷陶瓷支架上,研究細(xì)胞一支架復(fù)合體修復(fù)動(dòng)物骨缺損的效果.結(jié)論:以羥基磷灰石(HA)與磷酸三鈣(TCP)按1:1質(zhì)量比混合的粉體為主要原料,采用有機(jī)泡