基质刚度通过线粒体损伤促进软骨细胞凋亡在骨关节炎中的作用及机制

目的通过体内外实验,探索在骨关节炎进展过程中软骨细胞线粒体功能及软骨细胞凋亡的变化规律;探讨基质刚度变化引起线粒体损伤的始动因素及其在骨关节炎中的作用,进而调控组蛋白甲基化影响骨关节炎进展的机制。方法测量膝骨关节炎胫骨平台软骨临床标本不同区域表层软骨组织刚度,利用透射电镜观察OA软骨临床标本的线粒体数量、分布和形态,评估OA软骨临床标本线粒体损伤程度。构建不同基质刚度细胞二维培养模型,检测不同基质刚度对ATDC5软骨细胞的影响及组蛋白甲基化修饰的影响。结果软骨磨损程度骨的区域软骨细胞线粒体出现显著的损伤改变(肿胀、嵴减少或消失)。基质硬化软骨细胞的线粒体发生功能障碍(线粒体膜电位降低)以及细胞凋亡。过载力学刺激使得内质网与线粒体接触增加,同时导致线粒体活性氧增多、膜电位降低以及线粒体通透性转换孔开放。H3K27me3与Mmp13和Bcl2-Associated X的蛋白质启动子存在结合,H3K27me3发生去甲基化使得Mmp13和Bax转录激活促进OA进展。结论软骨基质刚度增加与软骨细胞线粒体损伤伴随骨关节炎出现,且与OA严重程度呈正相关。基质刚度增加通过ATDC5软骨细胞受损的线粒体m PTP开放上调了Phf8,诱导H3K27me3去甲基化,H3K27me3可结合在Mmp13和Bax启动子上。

Piezo1通过激活mtDNA-cGAS-STING信号通路诱导软骨细胞损伤的作用和机制研究

目的力学超载在骨关节炎(OA)进展中的作用尚不清楚,而DNA损伤是OA主要病理因素之一。本研究旨在探索力学超载对线粒体DNA(mt DNA)-c GAS-STING信号通路的影响及其机制,为OA的预防和治疗提供新的靶点。方法利用15%幅度的轴向应力作用于软骨细胞系ATDC5细胞,并评估其piezo1激活、胞内及线粒体钙超载、线粒体损伤、胞内DNA泄露和炎症因子表达。同时,结合敲基因小鼠和临床OA标本,观察软骨细胞中piezo1与线粒体损伤和c GAS-STING通路之间的关系。结果力学超载可激活piezo1通路,导致胞内钙离子过载。这些钙离子通过线粒体钙单向转运蛋白(MCU)复合体进入线粒体内,引发线粒体内钙超载,并导致mt DNA通过线粒体通透性转换孔(m PTP)释放到细胞质中。进一步的研究表明,这一过程激活了c GAS-STING通路,加重了下游炎症反应,导致细胞损伤。然而,通过STING的药理学抑制以及mt DNA释放的抑制,观察到了炎症反应的降低,从而支持了细胞质mt DNA诱导的炎症反应。结论研究揭示了在力学超载条件下,piezo1激活mt DNA-c GAS-STING通路,导致软骨细胞的炎症发生和损伤。维持线粒体DNA完整性对于预防软骨细胞损伤至关重要。这些发现为OA的治疗提供了新的方向,强调了保护线粒体功能的重要性。

假体周围骨溶解组织中磨损颗粒的提取与分析

目的观察、分析假体周围骨溶解组织中磨损颗粒的分布情况,为体外及体内磨损试验提供颗粒.方法从一个临床严重骨溶解的髋关节翻修病例术中的骨溶解组织,采用强碱消化法提取磨损颗粒,密度梯度离心法纯化金属颗粒直径,通过组织学观察颗粒在组织中的分布,等离子光谱分析仪(ICP-AES)、偏光镜分析颗粒成分,扫描电镜、颗粒计数仪观察颗粒大小形态.结果磨损颗粒在骨溶解组织中分布不均匀;磨损颗粒主要成分为钛合金、聚乙烯、含硫酸钡骨水泥;组织中颗粒大小变化较大,聚乙烯颗粒直径为0.13～37.00 μm,钛合金颗粒直径为0.05～49.30 μm,金属颗粒密度梯度离心后平均直径为0.85 μm ,约90%颗粒直径在0.50～1.00 μm.结论通过强碱消化及密度梯度离心提取、纯化假体周围骨溶解组织中磨损颗粒的方法可提供符合试验需要的金属颗粒.

压缩冲击对骨形成蛋白2基因修饰的组织工程骨的影响

目的观察直接压缩冲击对骨形成蛋白2(bonemorphogeneticprotein2,BMP-2)基因修饰的组织工程骨细胞存活和成骨的影响,以探讨组织工程骨压缩植骨的可行性。方法体外培养扩增犬骨髓基质干细胞(marrowstromalstemcells,MSCs)转染腺病毒介导的人BMP-2(adenovirusmediatedhumanBMP-2,Adv-hBMP-2)基因,与颗粒状的犬异体冻干松质骨复合。复合后4d进行模拟压缩实验,分别于复合后24h、4d,压缩后即刻、1、4d以扫描电镜观察细胞形态及数量。将单纯冻干骨、未经压缩的Adv-hBMP-2基因修饰的组织工程骨和压缩后4d的Adv-hBMP-2基因修饰的组织工程骨植入裸鼠背部皮下,于术后6周行组织学观察新骨形成及冻干骨吸收情况。结果复合24h冻干骨表面细胞展开,部分孔隙可见单层细胞生长;4d后冻干骨表面细胞复层生长,胶原量多;压缩后即刻,冻干骨与冲击器接触的外表面基本无细胞存在,剖开面可见细胞片状掀起,碎片多;压缩后1d,冻干骨表面细胞大部分脱落掀起,形成较多的细胞碎片;4d后细胞数量明显减少,胶原分泌量增多。植入裸鼠背部皮下后,单纯冻干骨新骨形成极少,孔隙内主要为纤维组织,未经压缩的Adv-hBMP-2基因的组织工程骨组可见大量新骨形成,材料中心与周围新骨分布均匀,压缩后的Adv-hBMP-2基因的组织工程骨组新骨量明显减少,且主要在外周。结论体外模拟压缩植骨可明显减少基因修饰的组织工程骨中的细胞存活及体内成骨,但存活细胞的功能仍存在,可适用于压缩植骨重建假体周围骨缺损。

人工髋关节周围骨缺损的压缩植骨重建

压缩植骨重建假体周围骨缺损是人工关节置换术的一个重大进展,同时达到了恢复功能及重建骨结构的目的。本文就该技术在全髋关节置换术中的应用及其相关问题进行回顾。

钛弹力钉治疗儿童尺桡骨下1/3双骨折

[目的]探索儿童尺桡骨下1／3双骨折的微创治疗方法。[方法]采用经皮钛弹力钉下行插钉技术治疗尺桡骨下1／3骨折15例，年龄4～12岁，平均7．4岁，随访4个月～2a，平均随访12．4个月。[结果]1例插钉过程中钉头穿透骨皮质，1例术后出现钉尾皮肤激惹，所有病例术后活动功能优良。[结论]合理运用微创插钉技术，使用钛合金为材料的弹性髓内钉固定儿童尺桡骨下1／3骨折，可以取得满意的手术效果。

人工关节金属磨损颗粒体外制备分离方法的实验研究

[目的]设计一种体外制备、分离人工关节金属磨损颗粒的方法,并验证这种颗粒用于医学实验的可行性。[方法]用钛铝钒合金、钴铬钼合金材料分别制成球磨罐(国家发明专利,申请号:03142073.7),球磨罐内装有用同种材料制成的磨块;向该球磨罐内注入模拟生物体液;震动球磨得到颗粒混悬液。梯度离心获得金属颗粒。对颗粒进行:(1)元素成分鉴定;(2)颗粒大小鉴定和粒度分析;(3)扫描电镜对颗粒的表面形态观察;(4)将颗粒与J774A.1巨噬细胞共同培养,观察细胞吞噬颗粒的情况。[结果]通过此方法成功产生并分离出大量直径1μm左右的钛合金和钴铬钼合金颗粒。(1)元素分析证实整个处理过程中无杂质成分污染;(2)钛合金颗粒的平均直径Dv90∶1.009,钴铬钼颗粒的平均直径Dv90∶1.008,粒度分布曲线基本成正态;(3)扫描电镜图象显示颗粒大小均匀,形状多为不规则,与体内颗粒极为相似;(4)J774A.1巨噬细胞能完整吞噬2种材料的颗粒。[结论]此方法能持续大量产生人工关节假体金属材料的磨损颗粒,产生的颗粒能在各方面很好地模拟体内磨损颗粒,为今后人工关节假体松动相关研究的体内、体外研究提供可靠的颗粒来源。

3D打印钛合金个性化骨盆假体静态和步态有限元分析

目的通过有限元分析方法评价3D打印个性化钛合金骨盆假体在站立位静态和步态下的生物力学性能。方法选取3例不同类型的骨盆肿瘤患者,拟行半骨盆切除人工半骨盆置换术。术前行CT和MRI检查,设计相应的个性化钛合金人工半骨盆假体,利用三维重建技术进行骨盆重建,并与个性化骨盆假体装配。通过AnyBody软件建立患者的人体骨肌系统模型并进行步态动力学分析。导入ABAQUS软件,得到3例重建骨盆模型在静态和步态条件下的应力分布和应力集中区域。结果在静态和步态条件下,3例3D打印钛合金骨盆假体的最大应力均小于钛合金的屈服强度,重建骨盆的骨盆环能够满足应力传导规律,患者术后恢复正常。结论 3D打印个性化钛合金骨盆假体对恢复骨盆环的应力传导效果良好,其有效性和稳定性能够满足人体生物力学要求,分析结果可为临床医生和假体设计人员提供参考。

钛铌锆β钛合金低弹性模量内固定材料的生物相容性研究

[目的]通过体内实验的方法对新型β型钛合金(Ti-Nb-Zr)骨折内固定材料的生物相容性进行评价。[方法](1)改良的鼠气囊模型(the air pouch model):健康成年SD大鼠24只,皮下充气造模后将钛铌铣β型钛合金(Ti-Nb-Zr)颗粒混悬液注入气囊,收集囊内液体采用ELISA方法测定IL-6和TNF-α,用囊壁组织学切片进行炎症细胞反应分级和囊壁厚度测量,并与传统的钛铅钒合金(Ti-6Al-4V)进行比较。(2)接骨板植入模型:将Ti-Nb-Zr做成接骨板固定在兔的胫骨上,于手术后4、8、12、24、36周分别观察接骨板周围的纤维膜形成情况和Ti-Nb-Zr-骨界面骨结合情况,并与不锈钢接骨板比较。[结果](1)Ti-6Al-4V、Ti-Nb-Zr两种颗粒注入气囊48h后都能引起TNF-α分泌量显著升高(P<0·05),两组比较,Ti-6Al-4V组明显高于Ti-Nb-Zr组(P<0·05)。两种材料均不能引起IL-6分泌的显著增加(P>0·05)。Ti-Nb-Zr组气囊囊壁厚度明显小于Ti-6Al-4V组(P<0·001)。(2)Ti-Nb-Zr接骨板周围软组织反应与不锈钢相近。植入后4周,新生骨痂开始覆盖Ti-Nb-Zr接骨板的两侧,8周时骨痂甚至部分覆盖接骨板和螺钉的表面形成"骨盖板"现象。12周时,骨与Ti-Nb-Zr接骨板的界面为直接接触,中间无软组织间隔。螺钉与骨也能形成较为牢固的钉-骨直接接触。[结论]低弹性模量Ti-Nb-Zrβ钛合金具有优良的体内组织相容性,是一种有前途的骨折内固定材料。

可调频脉冲电磁场促进骨折愈合的实验研究

目的探讨脉冲电磁场促进骨折愈合的机理及脉冲重复频率变化对骨折愈合的影响。方法健康雄性新西兰大耳白兔３０只，手术造成双侧桡骨中段３ｍｍ缺损，术后随机分为两组：治疗组，手术后早、中、后期分别予２Ｈｚ、１５Ｈｚ、２Ｈｚ的脉冲电磁场刺激，每天持续５小时；对照组，同样处理但治疗线圈不通电。术后２、４、６周心脏采血，处死取材，行Ｘ线、组织学、生物力学检查及血清激素放免测定，以评价骨折愈合。结果从Ｘ线、组织学、生物力学检查显示，治疗组的骨痂形成、骨愈合及弯曲强度恢复均优于对照组。其血清骨钙素（ＢＧＰ）在第２、４周高于对照组，血清甲状旁腺激素（ＰＴＨ）在第２周高于而第４周低于对照组。结论可调频脉冲电磁场可促进骨折愈合。其可能作用为：促进骨盐沉积，促进成骨细胞形成和活性及频率变化符合细胞频率窗效应。

低弹性模量骨科植入物材料-β钛合金的研制与实验研究

[目的]研制一种低弹、高强、生物相容性更好的新型β型钛合金骨科植入物材料。[方法]采用国内先进工艺将合金元素(钛、铌、锆)熔炼、浇注成铸造态合金。在高温区锻造,得到锻造变形合金。共制备了四种元素比例不同的合金。采用X线衍射分析、扫描电镜和透射电镜观察合金的微观晶体结构,采用拉伸实验初步研究其低弹、高强的力学性能。[结果]X线衍射分析证实四种合金均为单一的β相。合金抗拉强度:706～874Mpa,弹性模量:59～66Gpa,延伸率:5.4%～20%。时效处理提高了合金的强度,对合金的弹性模量无明显影响。[结论]钛铌锆β合金是一种有前途的骨科植入物材料。

改良大鼠气囊模型在人工关节假体松动研究中的应用

[目的]设计并改良大鼠气囊模型(the air pouch model),证实该模型在人工关节松动相关研究中的应用价值。[方法](1)改良大鼠气囊模型的建立:健康成年SD大鼠18只,背部皮下注入空气20ml,48h后补充注入空气10ml形成气囊。形成气囊24h后气囊穿刺,注入PBS液5ml,6、24、48h分别穿刺抽液,收集囊内液体采用ELISA方法测定IL-6和TNF-α;(2)改良大鼠气囊模型对不同关节材料磨损颗粒生物反应的比较:健康成年SD大鼠24只,皮下充气造模后将钴铬钼、钛铝钒和钛铌锆合金(TNZ)颗粒混悬液注入气囊,收集囊内液体采用ELISA方法测定IL-6和TNF-α,用囊壁组织学切片进行炎症细胞反应分级并测量囊壁厚度。[结果](1)在SD大鼠皮下注入空气20ml可以形成饱满的气囊,大鼠术后活动正常。48h后气囊由于气体吸收体积减小,张力下降。再次注射10ml空气后张力恢复。PBS能使囊内液体的TNF-α在6h左右出现一个高峰达239.30pg/ml,与24h和48h比较,差异有显著统计学意义(P<0.05)。IL-6的测定值没有TNF-α那样的6h分泌高峰。6、24、48h之间无显著性差异(P>0.05);(2)钴铬钼、钛铝钒、TNZ3种颗粒注入气囊48h后都能引起TNF-α分泌量显著升高(P<0.05),两两比较,钛铝钒组明显高于钴铬钼组和TNZ组(P<0.05)。3种材料均不能引起IL-6分泌的显著增加(P>0.05)。TNZ组气囊囊壁厚度明显小于钴铬钼组和钛铝钒组(P<0.001)。[结论]改良大鼠气囊模型具有造模简单、对人工关节颗粒反应快速敏感的特点,是一种人工关节松动相关实验研究有效的动物模型。

钛铌锆β钛合金生物相容性的体外实验研究

[目的]通过体外实验对自行研发的低弹性模量、高强度新型β型钛合金人工关节假体材料生物相容性进行评价。[方法](1)采用L-929细胞(小鼠成纤维细胞)对合金进行细胞毒性试验,将细胞相对增殖率(RGR)转换成6级材料毒性进行评级。(2)将1μm左右的钛铌锆合金(Ti-Nb-Zr)颗粒与J774A.1巨噬细胞体外共同培养24～48h后,采用倒置相差显微镜和透射电镜观察细胞变化、RT-PCR方法测定IL-6和TNF-α表达、ELISA法测定细胞培养上清TNF-α等方法对Ti-Nb-Zr的生物相容性进行评价,并与传统的人工关节假体材料进行比较。[结果]Ti-Nb-Zr的细胞毒性为0级。吞噬了Ti-Nb-Zr颗粒的J774A.1巨噬细胞形态改变明显轻于钴铬钼颗粒组和钛铝钒颗粒组。巨噬细胞与钛铝钒合金颗粒、钴铬钼合金颗粒和Ti-Nb-Zr颗粒共同培养48h后都有IL-6和TNF-αmRNA表达的增加,钴铬钼颗粒和钛铝钒颗粒引起增加更加明显。ELISA方法测定显示:巨噬细胞吞噬Ti-Nb-Zr颗粒48h后分泌TNF-α的量明显低于钛铝钒和钴铬钼(P<0.05)。[结论]低弹性模量Ti-Nb-Zr钛合金具有优良的体外组织相容性,是一种有前途的骨科内植物材料。

个体化数字导板结合3D打印技术在旋转铰链型人工膝关节置换术中的应用

目的探讨个体化数字导板结合3D打印技术在旋转铰链型人工膝关节置换术中的应用。方法2011年6月至2014年7月，采用旋转铰链型人工膝关节置换术治疗胫骨近端恶性骨肿瘤16例。术前行64排螺旋CT及3．0TMRI扫描，建立膝关节三维解剖模型并模拟手术及设计复位导板，应用熔融沉积成型技术制作实体导板，术中引导骨肿瘤截骨。结果所有患者均获随访，随访时间为5～44个月，平均31个月，总优良率为88．1％。膝关节活动度为伸膝0°、屈膝90°～125°（平均106°）。术后肿瘤局部复发4例，但无假体松动、感染等并发症发生。结论旋转铰链型人工膝关节可减少骨与假体之间的应力，降低假体松动及疲劳性骨折发生率，因此旋转铰链型膝关节置换术是膝部恶性骨肿瘤较理想的保肢方法。而应用个体化数字导板可减少手术操作时间，提高假体安装精度，从而达到更佳的手术效果。

体外高能震波治疗股骨头坏死中远期MRI评价

目的：探讨MRI随访研究ESWT治疗股骨头坏死的 Harris评分、VAS评分与病灶变化的相关性。方法选取2004年～2011年在我院采用ESWT 治疗股骨头缺血性坏死的46例82髋。评价疼痛VAS评分、Harris评分改善与MRI显示股骨头内病灶大小和髋关节腔积液变化相关性。结果总随访髋数79髋，ESWT治疗后MRI显示病灶缩小共40髋（50．6％）、髋关节腔积液减少48髋（60．6％）。髋关节综合功能改善、疼痛症状变化与关节腔积液分级、积液变化有统计相关性（ P ＜0．05），与病灶大小变化无统计相关性（ P ＞0．05）。结论 ESWT治疗股骨头坏死患者临床评价改善与关节腔积液分级、积液变化具有相关性，与病灶大小变化无相关性。

腺病毒介导的人骨形成蛋白2基因治疗的免疫学研究

目的评价机体对腺病毒介导的人骨形成蛋白2(adenovirusmediatedhumanbonemorphogeneticprotein2,Ad-hBMP-2)基因治疗的免疫学反应。方法崇明山羊12只,手术截去右侧胫骨中段2.1cm,制备胫骨干缺损模型,随机分为2组。将Ad-hBMP-2转染的山羊骨髓间充质干细胞(marrowmesenchymalstemcells,MSCs,转染组,n=7)及未转染的MSCs(未转染组,n=5)分别植入骨缺损内。于术后4、8、16及24周摄X线片检查骨缺损愈合情况,并对治疗前后机体对腺病毒的细胞和体液免疫反应进行检测。结果X线片示,转染组4～8周,骨缺损内有连续性骨痂形成;24周,有6侧骨缺损完全愈合,部分骨髓腔再通。未转染组4～8周,骨缺损内骨痂形成较少,与骨端界限清楚;24周,仅2侧骨缺损愈合。淋巴细胞与MSCs混合培养示淋巴细胞刺激指数(stimulationindex,SI)于植入后14d升高,转染组4.213±1.278,未转染组-0.310±0.147,且差异有统计学意义(P<0.05);28d后下降,转染组2.544±0.957,未转染组3.104±0.644,差异无统计学意义(P>0.05)。治疗后14、28、49和120d,转染组的血浆腺病毒中和抗体滴度分别为2.359±0.226、2.297±0.200、2.214±0.215和2.297±0.210,未转染组分别为-0.175±0.335、-0.419±0.171、0±0.171和0.874±0.524,两组各时间点差异均有统计学意义(P<0.05)。结论腺病毒介导的基因治疗可引起机体对腺病毒的细胞及体液免疫反应,从而逐渐消除腺病毒基因和相关蛋白的影响。

阿仑膦酸钠预防假体周围骨溶解的分子生物学观察

目的:阿仑膦酸钠可预防由磨损颗粒诱导的假体周围骨溶解,但对其作用机制还需要做较深入地研究。方法:实验于2004-05/09在上海第二医科大学附属第九人民医院SPF级动物中心及骨科实验室完成。选取300～350g的SD雄性大鼠12只,经右侧膝关节胫骨上端植入定制的钛合金假体,同时在假体周围植入高浓度钛合金微小磨损颗粒,随机分成对照组和实验组,每组6只,对照组术后每日空腹生理盐水灌胃;实验组术后每日空腹阿仑膦酸钠灌胃,剂量0.1mg/(kg·d),连续6周。术后12周处死取材,行半定量RT-PCR检测假体周围组织中骨保护素配体/骨保护素(ligandofosteo-protegerin/osteoprotegerin,OPGL/OPG)的比率。结果:半定量RT-PCR检测发现,对照组假体周围OPGL/OPG比率明显大于实验组,差异具有显著性意义(F=6.97,P=0.025<0.05)。结论:阿仑膦酸钠可能通过成骨细胞系增加骨保护素的分泌,同时减少骨保护素配体(OPGL)的分泌,从而降低OPGL/OPG比率,在预防磨损颗粒诱导的假体周围骨溶解中发挥一定的作用。

标准型和形态特异型假体全膝关节置换术早期临床疗效比较分析

目的通过对美国膝关节协会评分(KSS)、关节活动度(ROM)的分析,探讨全膝关节置换术中使用标准型和形态特异型假体的早期临床结果差异。方法以2012年2月至2012年8月接受美国Wright医疗技术公司Advance系列膝关节假体置换术的39例(45膝)骨关节炎患者为研究对象,其中男性5例(6膝),女性34例(39膝)。根据术中使用假体的设计类型分为两组:19例(21膝)接受形态特异型假体(Stature假体组),20例(24膝)接受标准型假体(MP假体组)。假体类型选择依据:如果术中股骨髁远端或滑车区域出现假体突出,选用形态特异型假体,否则选用标准型假体。结果总体样本中Stature假体使用率为46.7%(21膝∶45膝)。Stature假体组和MP假体组平均随访时间分别为7.4个月和6.7个月,均未出现膝前疼痛、关节感染、下肢深静脉血栓、假体周围骨折等并发症。末次随访时,两组KSS分别为平均176.9±12.64分和174.4±13.87分,ROM分别为平均122.9°±10.30°和119.7°±7.60°;KSS平均改善值分别为98.60±24.98分和95.47±22.85分,ROM平均改善值分别为14.74°±10.18°和12.62°±9.57°,组间均无显著性差异(P>0.05)。结论与标准MP假体相比,Stature假体有助于提高骨骼-假体匹配性及改善假体边缘突出现象,尤其是在中国女性患者,但并未提供更好的临床结果。

阿仑膦酸钠对人工关节假体周围骨长入的影响

目的观察阿仑膦酸钠对人工关节假体周围骨长入的影响。方法SD雄性大鼠16只,双侧胫骨上端经膝关节植入定制钛合金假体,随机分成对照组和实验组,对照组术后每日空腹生理盐水灌胃;实验组术后每日空腹阿仑膦酸钠灌胃,剂量0.1 mg/(kg.d),持续6周。术后12周处死取材,进行组织学观察及组织形态计量学测定。结果组织学观察发现,对照组假体周围由新生骨、类骨质和纤维界膜构成。纤维界膜较厚,与新生骨或类骨质间界限清晰。实验组假体周围纤维界膜薄且稀少,新生骨与假体界面多为直接接触,有些部位新生骨与假体界面完全整合。组织形态计量学测定发现,对照组假体周围界膜的厚度和面积均明显大于实验组,差异有显著性(P<0.05)。结论阿仑膦酸钠经胃肠给药可能对钛合金人工关节假体周围骨长入有一定的促进作用。