應(yīng)用生物反應(yīng)器體外培養(yǎng)骨軟骨復(fù)合體修復(fù)關(guān)節(jié)軟骨損傷的實驗研究.pdf

1、目的： 軟骨損傷是骨科的較為常見的疾患，至今軟骨缺損的修復(fù)仍無理想的辦法。創(chuàng)傷、骨軟骨炎、骨性關(guān)節(jié)炎、髕骨軟化等均可引起軟骨以及軟骨下骨的損傷和/或缺損。軟骨損傷的修復(fù)一直是關(guān)節(jié)外科的一個難題，本課題研究的目的是采用組織工程技術(shù)，體外分離骨髓間充質(zhì)干細胞(MSCs)，經(jīng)過生長因子誘導(dǎo)生成軟骨細胞和成骨細胞后，將軟骨細胞、成骨細胞接種到三維多孔β-磷酸三鈣(β-TCP)陶瓷支架材料上置于生物反應(yīng)器中復(fù)合培養(yǎng)，構(gòu)建骨軟骨復(fù)合體，觀察

2、細胞在支架材料上的黏附、伸展和增殖情況，并模仿馬賽克骨軟骨移植術(shù)用塑型良好的骨軟骨復(fù)合體修復(fù)動物軟骨缺損，觀察其修復(fù)情況，探討以β-TCP為載體建造組織工程化軟骨修復(fù)骨軟骨缺損的可行性。 材料和方法 1.取10-12月齡健康比格犬3只，無菌穿刺抽取髂骨骨髓7-8ml，Percoll分離法分離骨髓聞充質(zhì)干細胞，進行原代、傳代細胞培養(yǎng)。流式細胞儀鑒定。取第3代的MSCs，根據(jù)滴加生長因子的不同，分為三組：I組軟骨細胞誘導(dǎo)組，

3、滴加軟骨細胞誘導(dǎo)液(組成：轉(zhuǎn)化生長因子β110ng/L，胰島素10u/L，地塞米松100nmol/L)；Ⅱ組成骨細胞誘導(dǎo)組，滴加成骨細胞誘導(dǎo)液(組成；地塞米松10nmol/L，β-甘油磷酸鈉10mmol/L，維生素C50mg/L)；Ⅲ組空白對照組，未滴加任何誘導(dǎo)因子。三組中常規(guī)加入含10％胎牛血清的DMEM液。倒置相差顯微鏡觀察細胞生長狀況，誘導(dǎo)培養(yǎng)14天后，軟骨細胞誘導(dǎo)組行MTT法觀察細胞增殖狀況，細胞培養(yǎng)上清液檢測糖胺聚糖的含量，免

4、疫組化檢測誘導(dǎo)細胞Ⅱ型膠原的分泌，以觀察骨髓間充質(zhì)干細胞向軟骨細胞分化的情況；成骨細胞誘導(dǎo)組行堿性磷酸酶染色和礦化結(jié)節(jié)染色以觀察骨髓間充質(zhì)干細胞向成骨細胞分化的情況。 2.取經(jīng)過誘導(dǎo)培養(yǎng)14天的MSCs，經(jīng)檢驗誘導(dǎo)成軟骨細胞和成骨細胞后，分別調(diào)整細胞濃度為5×106/ml，與β-磷酸三鈣(β-TCP)復(fù)合培養(yǎng)1天，置入生物反應(yīng)器中培養(yǎng)21天，進行復(fù)合組織的病理形態(tài)學(xué)觀察；動物實驗備用。β-磷酸三鈣(β-TCP)及軟骨細胞一成骨細

5、胞-β-磷酸三鈣支架復(fù)合體進行掃描電鏡觀察。以觀察β-TCP支架材料的結(jié)構(gòu)、孔隙率；觀察軟骨細胞、成骨細胞在β-磷酸三鈣支架內(nèi)黏附和生長增殖情況。 3.取10-12月齡健康比格犬10只，在實驗犬的股骨滑車處鉆直徑5mm，深度5mm的骨軟骨缺損，深達軟骨下區(qū)。隨機分為3組：A組，作為實驗組，10只，左膝軟骨缺損處深層植入軟骨細胞-成骨細胞-β-磷酸三鈣復(fù)合體：B組，作為陰性對照組，10只，左膝軟骨缺損處植入軟骨細胞-β-磷酸三鈣復(fù)

6、合體；C組，空白對照組，10只，左膝軟骨缺損處植入空β-磷酸三鈣。分別于術(shù)后12、16周處死取材，進行大體和組織學(xué)觀察。 結(jié)果： 1.細胞形態(tài)學(xué)改變倒置相差顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，原代細胞接種后1-3日可見少量細胞貼壁，呈短梭形。3日后出現(xiàn)細胞集落，7-8日廣泛集落形成。12-14日細胞形成單層。傳代細胞貼壁快，7-8日形成單層，細胞核大，胞漿內(nèi)顆粒多。加入細胞因子后，細胞生長明顯加快，呈漩渦狀生長。 2.入細胞因子TG

7、Fβ1(Ⅰ組)的MTT吸光度值、培養(yǎng)上清液中的糖胺聚糖(GAG)含量和Ⅱ型膠原分泌均明顯高于對照組(Ⅲ組)。Ⅱ型膠原免疫組化陽性的MSCs胞漿染色為黃色或棕黃色。堿性磷酸酶(ALP)染色顯示成骨細胞胞質(zhì)中陽性反應(yīng)呈現(xiàn)灰黑色顆?；驂K狀沉淀；礦化結(jié)節(jié)染色表明成骨細胞可形成肉眼可見的自色礦化結(jié)節(jié)，常用茜素紅法染色，染料品種的不同，礦化結(jié)節(jié)呈顯不同的紅色。 3.電鏡觀察：掃描電鏡顯示β-磷酸三鈣(β-TCP)材料平均孔徑為400～600

8、inn，孔隙率為75％±10％，氣孔溝通率達100％。復(fù)合材料顯示軟骨細胞、成骨細胞在β-磷酸三鈣(β-TCP)支架上的黏附、伸展和增殖良好，可以見到細胞分泌的基質(zhì)和細胞偽足的鉚固作用，表明支架材料具有良好的細胞親和性。 4動物實驗結(jié)果大體觀察：術(shù)后16周，實驗組缺損修復(fù)區(qū)組織與周圍關(guān)節(jié)軟骨相整合，軟骨缺損區(qū)被光滑白色半透明的組織覆蓋，與周圍軟骨組織外形無差異；陰性對照組缺損區(qū)修復(fù)組織與周圍軟骨部分整合在一起，光澤較差；空白對照

9、組缺損處修復(fù)組織低凹，新生組織軟，無光澤，與周圍軟骨組織區(qū)別明顯。組織學(xué)觀察：術(shù)后16周，實驗組缺損區(qū)軟骨厚度與正常軟骨組織接近，細胞排列出現(xiàn)明顯規(guī)律，表面層的軟骨細胞平行關(guān)節(jié)面排列，深層縱向排列，與透明軟骨組織相似，軟骨下骨形成，潮線基本恢復(fù)，與周圍正常軟骨連接較好。陰性對照組軟骨細胞排列不規(guī)則，中央修復(fù)區(qū)大部分為纖維組織修復(fù)?？瞻讓φ战M缺損區(qū)內(nèi)主要為纖維組織。 結(jié)論： 1.MSCs適合成為軟骨組織工程的種子細胞。取材

10、方便，Pereoll分離法分離可以獲取大量骨髓間充質(zhì)干細胞，體外培養(yǎng)性能穩(wěn)定，易于傳代擴增，在一定誘導(dǎo)條件的培養(yǎng)下，可以分化為軟骨細胞和成骨細胞。 2.TGF-β1在促進MSCs細胞增殖和向軟骨細胞定向分化方面有顯著的作用，均明顯高于對照組。 3.β-磷酸三鈣(β-TCP)支架是理想的軟骨組織工程支架材料。具有良好的孔隙率和組織相容性，軟骨細胞和成骨細胞在其中可以很好地黏附、擴展和增殖。 4 MSCs經(jīng)向軟骨細胞