软骨脱细胞基质/丝素蛋白活性支架的构建及其软骨组织工程研究

目的·利用软骨脱细胞基质(acellular cartilage matrix,ACM)与复合天然丝素蛋白(silk fibroin,SF)生物材料,构建具有双网络交联的生物活性组织工程支架,用于软骨组织再生。方法·用核酸酶消化法消化掉软骨组织中细胞相关的免疫原性成分,并将细胞外基质相关糖蛋白、胶原结构保留,用DNA、组织糖胺多糖、胶原定量试剂盒通过分光光度仪检测软骨组织脱细胞效率。将ACM和SF配置成混合溶液,通过加入乙二醇二缩水甘油醚与两者所含羟基、氨基发生亲核交联反应,冷冻干燥制成多孔仿生支架(n=5),同时以相同方法制备仅含有ACM或SF的多孔支架(n=5)。扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)观察支架微观孔隙结构,并通过力学测试对不同组支架的力学强度、弹性模量以及回弹性进行评估,以吸水率反映支架的内外物质交换能力。分离并培养兔耳软骨细胞,接种于ACM-SF支架上,SEM观察培养1、4、7 d后细胞在支架上的黏附、分布与基质分泌情况,活/死细胞双染色观察细胞活力状况,通过CCK-8检测支架的细胞毒性,并于裸鼠皮下植入细胞支架复合物,体内培养4周、8周后,行组织学检测。各组间比较采用单因素方差分析。P<0.05为差异具有统计学意义。结果·经酶消化后的软骨脱细胞基质几乎无细胞残留,并保留了软骨细胞外基质活性成分。ACM-SF制备的复合支架具有相互连通的微孔结构和良好的弹性,湿态下多次压缩后能恢复原状,ACM-SF的吸水率达到了近20倍,为细胞黏附环境提供了有效的物质交换条件。此外,该支架无生物毒性,具有促进软骨细胞增殖的能力;组织学检测显示,ACM-SF支架可在体内再生均质、典型的软骨组织。结论·ACM-SF复合多孔支架具有良好的仿生微环境,可应用于组织工程软骨再生。

软骨脱细胞基质仿生支架的制备及其对骨髓基质干细胞成软骨分化的影响

目的探讨软骨脱细胞基质(ACM)仿生支架的制备及其对骨髓基质干细胞(BMSCs)成软骨分化的影响。方法将软骨组织粉碎后脱细胞处理,并以不同的比例与明胶(GT)溶液混合并交联,冷冻干燥制成多孔仿生支架。用扫描电镜(SEM)观察不同交联比例制成的ACM/GT支架,并对其孔径、孔隙率、生物力学、降解速率进行评估,从而选取最优组用于体外软骨构建。分离并培养山羊BMSCs,接种于单纯GT和ACM/GT支架上,SEM观察培养1、7、14 d后细胞在支架上的黏附、分布与基质分泌情况,并通过实时定量聚合酶链反应(qRT-PCR)评估成软骨分化能力。结果制备的ACM无细胞残留。随着ACM占比增加,孔径逐渐增大,降解速率逐渐增快,力学强度逐渐降低。其中G2A2组在孔径、孔隙率、生物力学和降解速率方面均适宜体外构建软骨组织。SEM显示细胞在单纯GT和G2A2支架上均匀分布,增殖显著,基质分泌明显。qRT-PCR显示G2A2显著促进了BMSCs的成软骨分化。结论ACM可以制备成适宜软骨再生的支架材料,并可促进BMSCs的成软骨分化。

成骨微环境仿生支架用于骨组织工程的可行性分析

目的探索使用羟基磷灰石(HA)、脱钙骨基质(DBM)粉末及明胶(GT)制备成骨微环境仿生支架的可行性及其细胞相容性和成骨诱导活性。方法将骨组织粉碎后经脱脂、脱钙、脱细胞处理,并使用DNA定量检测DBM脱细胞效果,再将DBM粉末与一定比例羟基磷灰石及明胶一同制备成为成骨微环境仿生支架。比较不同浓度比例的HA-DBM-GT支架的孔径、孔隙率。取羊骨髓基质干细胞,接种于合适浓度比例的HA-DBM-GT支架,体外培养,于第1、3、7天进行大体、电镜观察,DNA定量及活死细胞染色;于第1、7、14天进行成骨分化相关基因检测。结果DNA定量显示脱钙骨基质粉末的制备过程可有效去除骨组织中的细胞;随着脱钙骨及羟基磷灰石比例的提高,支架孔径明显增大;各组HA-DBM-GT支架孔隙率均可达到84%以上;活死细胞染色及DNA定量证实细胞可在支架上黏附、增殖;qt-PCR检测证实支架材料可诱导干细胞特异性表达成骨基因。结论成功制备了一种成骨微环境仿生支架,并证实其具有良好的材料表征、细胞相容性及成骨诱导活性,可用于组织工程骨构建。

软骨脱细胞基质仿生支架体外构建组织工程软骨

目的探索软骨脱细胞基质(ACM)仿生支架体外构建组织工程软骨的可行性。方法将软骨组织彻底粉碎后脱细胞处理,复合一定比例的明胶(GT)制备三维多孔支架。分析比较不同ACM/GT比例多孔支架的孔径、孔隙率、生物力学和降解速率,选取最适宜软骨体外再生的一组多孔支架用于体外构建。获取、培养猪关节软骨细胞,接种于ACM多孔支架上,体外培养8周后,行大体观察及组织学检测。结果ACM多孔支架孔隙分布均匀,随ACM含量的增加,孔径和孔隙率逐渐增大,力学强度逐渐降低,其中,ACM:GT=5:5组在孔径和孔隙率方面均适宜体外软骨再生。大体观察和组织学检测显示,ACM支架可体外再生均质、典型的软骨组织。结论ACM可制成适宜软骨再生的三维多孔支架,并可体外构建组织工程软骨。