可塑形組織工程骨的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、目的體外構(gòu)建可塑形組織工程骨；觀察可塑形組織工程骨的體內(nèi)成骨和對(duì)骨缺損的修復(fù)情況；研究不同方式構(gòu)建的可塑形組織工程骨在體內(nèi)的成骨狀況和對(duì)骨缺損的修復(fù)效果，對(duì)不同方式構(gòu)建可塑形組織工程骨的體內(nèi)成骨能力作出初步評(píng)估。方法①用兔顱蓋骨獲取成骨細(xì)胞，制備生物衍生顆粒骨，用成骨細(xì)胞、藻酸鈣凝膠、生物衍生顆粒骨構(gòu)建成可塑形組織工程骨。②日本大耳白兔44只，隨機(jī)分為A(n=28)、B(n=12)、C(n=4)三組，在兔頭顱頂部兩側(cè)建立直徑10mm的圓

2、形骨膜-全層顱骨缺損模型，將構(gòu)建的可塑形組織工程骨材料塑形填補(bǔ)A組左側(cè)骨缺損(A1組)，藻酸鈣凝膠-生物衍生顆粒骨填補(bǔ)A組右側(cè)骨缺損(A2組)，B組為空白對(duì)照，C組為正常組。在不同時(shí)段用大體觀察、X線、掃描電鏡、組織學(xué)、免疫組織化學(xué)、生物力學(xué)、修復(fù)組織的鈣、磷含量測定、血管灌注等方法觀察可塑形組織工程骨的體內(nèi)成骨、血管化和骨缺損修復(fù)情況；③日本大耳白兔88只，隨機(jī)分為D(n=20)、E(n=20)、F(n=20)、G(n=20)、H(n

3、=8)共五組，在兔頭顱頂部兩側(cè)建立直徑10mm的圓形骨膜-全層顱骨缺損模型。D組左側(cè)缺損填補(bǔ)成骨細(xì)胞-藻酸鈣凝膠(D1組)；D組右側(cè)缺損填補(bǔ)藻酸鈣凝膠(D2組)；E組左側(cè)缺損填補(bǔ)成骨細(xì)胞-藻酸鈣凝膠-生物衍生顆粒骨(E1組)；E組右側(cè)缺損填補(bǔ)藻酸鈣凝膠-生物衍生顆粒骨(E2組)；F組左側(cè)缺損填補(bǔ)成骨細(xì)胞-藻酸鈣凝膠-SIS粉末(F1組)；F組右側(cè)缺損填補(bǔ)藻酸鈣凝膠-SIS粉末(F2組)；G組左側(cè)缺損填補(bǔ)成骨細(xì)胞-藻酸鈣凝膠-生物衍生顆粒

4、骨-SIS粉末(G1組)；G組右側(cè)缺損填補(bǔ)藻酸鈣凝膠-生物衍生顆粒骨-SIS粉末(G2組)，H組雙側(cè)顱骨缺損不做任何處理，為空白對(duì)照(H組)。在不同時(shí)段用大體觀察、X線、組織學(xué)、生物力學(xué)、修復(fù)組織的鈣、磷含量測定等方法觀察可塑形組織工程骨的體內(nèi)成骨和骨缺損修復(fù)情況。結(jié)果①成骨細(xì)胞-藻酸鈣凝膠-生物衍生顆粒骨構(gòu)建的可塑形組織工程骨為泥狀，白色顆粒骨分散分布其中，能根據(jù)骨缺損的形態(tài)進(jìn)行塑形和任意填補(bǔ)各種形狀骨缺損；②用上述材料修補(bǔ)兔顱骨-骨

5、膜缺損，2周時(shí)部分藻酸鈣凝膠被吸收，被肉芽樣組織替代，其中可見散在團(tuán)塊狀類骨組織形成，材料周圍近骨床處有條狀新生骨，圍繞生物衍生顆粒骨周圍有類骨組織形成，內(nèi)有大量Brdu標(biāo)記陽性細(xì)胞。4周時(shí)，顆粒骨之間的纖維組織中團(tuán)塊狀骨樣組織和顆粒骨周圍新生骨均增多，部分相連成條狀，免疫組化染色見類骨組織中有Ⅰ型膠元表達(dá)。6周時(shí)，顆粒骨部分被吸收，顆粒骨周圍的骨樣組織、纖維組織中的團(tuán)狀骨組織和骨床附近的新生骨相互連接，形成排列無序的編織骨樣結(jié)構(gòu)。12

6、周時(shí)兔顱骨缺損已基本被骨性硬組織所修復(fù)，其完全修復(fù)率為6/8。X線片見兔顱骨缺損處有高密度骨痂影存在，布滿整個(gè)缺損區(qū)。組織學(xué)見修復(fù)組織為小梁狀骨組織，有骨髓腔形成，顆粒骨被吸收，小塊狀藻酸鈣凝膠散在殘留其中，成骨面積百分比為40.92±19.36％。其鈣、磷含量分別是7.30±0.93mg、3.11±0.42mg，分別達(dá)到同面積正常顱骨鈣、磷含量的80.9％和72.6％。修復(fù)組織能耐受的最大壓力載荷為37.33±2.95N，明顯高于對(duì)照

7、A2組和對(duì)照B組(P＜0.05)，最大載荷時(shí)應(yīng)變位移為1.04±0.20mm,小于對(duì)照B組(P＜0.05)，載荷/應(yīng)變比值為35.82±6.48N/mm,大于對(duì)照B組(P＜0.05)，血管墨汁灌注顯示整個(gè)缺損區(qū)均被血管化。A2組顱骨缺損修復(fù)組織的周圍部分為骨性硬組織，中央部分主要是纖維組織，大部分缺損為部分修復(fù)(4/8)，成骨面積百分比為18.51±6.01％，明顯低于對(duì)照A1組(P＜0.05)，高于對(duì)照B組，但比較無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，X線片

8、見兔顱骨缺損處高密度骨痂影主要分布在缺損區(qū)的邊緣部位。缺損修復(fù)組織的鈣、磷含量為5.29±0.17mg、2.34±0.35mg，明顯低于A1組(P＜0.05)。修復(fù)組織能耐受的最大壓力載荷為30.97±0.27N，最大載荷時(shí)應(yīng)變位移1.05±0.44mm，載荷/應(yīng)變比值為28.95±12.4N/mm。對(duì)照B組：骨缺損主要被膜樣組織修復(fù)，在緊鄰骨邊緣處有硬性組織形成，缺損大部分為無修復(fù)(5/8)，鏡下見修復(fù)組織邊緣近骨床處有新生骨組織形成

9、，中央大部為膜狀致密纖維組織，成骨面積百分比為12.72±9.46％，明顯低于A1組(P＜0.05)，x線片僅見靠近骨缺損邊緣的部位存在致密骨痂影，缺損修復(fù)組織的鈣、磷含量為3.54±0.45mg、1.78±0.53mg，明顯低于A1組(P＜0.05)。修復(fù)組織能耐受的最大壓力載荷為29.5±2.05N，明顯低于A1組(P＜0.05)，最大載荷時(shí)應(yīng)變位移為1.57±0.31mm，明顯高于A1組(P＜0.05)，載荷/應(yīng)變比值為19.9±

10、5.47N/mm，明顯低于A1組(P＜0.05)。③手術(shù)后12周：D1組大體觀察，骨缺損以不完全修復(fù)為主，占62.5％，組織學(xué)成骨面積為23.56±8.22％，鈣、磷含量分別為5.29±0.51mg、2.61±0.32mg，所能承受的最大載荷為31.08±3.65N；D2組以無修復(fù)為主，占75％，組織學(xué)成骨面積為12.23±8.63％；E1組以完全修復(fù)為主，占62.5％，組織學(xué)成骨面積為40.92±13.26％，鈣、磷含量分別為7.30

11、±0.93mg、3.11±0.42mg，所能承受的最大載荷為37.33±2.95N；E2組以部分修復(fù)為主，占75％，組織學(xué)成骨面積為18.51±6.01％；F1組以不完全修復(fù)為主，占62.5％，組織學(xué)成骨面積為25.42±11.41％，所能承受的最大載荷為32.35±1.98N；F2組以部分修復(fù)為主，占50％，組織學(xué)成骨面積為15.54±7.97％；G1組以完全修復(fù)為主，占87.5％，組織學(xué)成骨面積為42.62±15.66％，鈣、磷含量

12、分別為8.15±0.43mg、3.83±0.37mg，所能承受的最大載荷為38.37±2.15N；G2組以不完全修復(fù)和部分修復(fù)為主，各占50％，組織學(xué)成骨面積為19.61±7.21％；H組以無修復(fù)為主，占87.5％，組織學(xué)成骨面積為12.72±9.46％，鈣、磷含量分別為3.54±0.45mg、1.78±0.53mg，修復(fù)組織能耐受的最大壓力載荷為30.97±0.27N。結(jié)論①用成骨細(xì)胞-藻酸鈣凝膠-生物衍生顆粒骨復(fù)合可構(gòu)建泥狀可塑形組

13、織工程骨，可任意塑形填補(bǔ)條形縫隙、圓形缺損等不規(guī)則形狀骨缺損；②成骨細(xì)胞-藻酸鈣凝膠-生物衍生顆粒骨復(fù)合構(gòu)建的可塑形組織工程骨在體內(nèi)有良好的成骨能力，在體內(nèi)12周可基本完全修復(fù)骨缺損，修復(fù)組織主要是小梁狀骨組織，成骨的主要方式是軟骨化骨，新生骨組織具有較好的力學(xué)性能；③植入的成骨細(xì)胞是成骨的主要功能細(xì)胞；④植入的生物衍生顆粒骨有一定的傳導(dǎo)和誘導(dǎo)成骨能力，在12周基本被完全吸收；⑤藻酸鈣凝膠吸收不均勻，少部分塊狀凝膠吸收緩慢，12周仍有小

14、塊狀殘留；⑥成骨細(xì)胞-藻酸鈣凝膠-生物衍生顆粒骨-SIS粉末、成骨細(xì)胞-藻酸鈣凝膠-生物衍生顆粒骨、成骨細(xì)胞-藻酸鈣凝膠-SIS粉末、成骨細(xì)胞-藻酸鈣凝膠4種可塑形組織工程骨構(gòu)建方式在體內(nèi)成骨質(zhì)量的優(yōu)劣依次為成骨細(xì)胞-藻酸鈣凝膠-生物衍生顆粒骨-SIS組＞成骨細(xì)胞-藻酸鈣凝膠-生物衍生顆粒骨組＞成骨細(xì)胞-藻酸鈣凝膠-SIS組＞成骨細(xì)胞-藻酸鈣凝膠組；⑦SIS粉末可能主要通過引導(dǎo)和促進(jìn)血管再生，加快血管化從而增強(qiáng)材料的體內(nèi)成骨能力。