细胞外基质来源支架在软骨组织工程中的应用

背景:目前,各种各样的细胞外基质来源支架已被成功地应用到了软骨组织工程实验及临床实践上。目的:总结细胞外基质来源支架在软骨组织工程中的应用及研究现状。方法:应用计算机检索1997年1月至2016年7月PubM ed数据库、中国学术期刊网络出版总库、万方数据和维普中文生物医学期刊数据库相关文章,检索词为"tissue engineering,cartilage,extracellular matrix,scaffolds;组织工程,软骨,细胞外基质,支架"。共检索到文献1 140篇,最终纳入符合标准的文献65篇。结果与结论:根据组成成分,可将细胞外基质来源支架分为单体天然高分子材料、多种天然高分子混合材料、天然高分子材料与合成高分子材料复合材料、组织脱细胞细胞外基质材料,具有良好的生物相容性,可促进软骨细胞增殖、分化,在体内可降解,已被应用于软骨组织工程及临床实践中,并且被证明是很好的软骨组织工程仿生支架,但存在力学性能差、不易加工成型等缺陷。所以将来的研究方向着眼于不断改进制备工艺,将人工合成材料与细胞外基质来源支架材料复合来制备软骨组织工程支架。

关节软骨细胞外基质/人脐带Wharton胶复合多孔支架的制备及评估

背景:软骨组织工程主要包括种子细胞、支架材料、细胞因子及生物反应器等,其中支架材料是构建组织工程软骨的关键环节。目的:制备关节软骨细胞外基质/人脐带Wharton胶复合多孔支架,评估其理化特性及细胞相容性。方法:采用物理法分别制备猪关节软骨细胞外基质及人脐带Wharton胶,然后以冻融干燥法制备关节软骨细胞外基质/人脐带Wharton胶复合多孔支架,检测支架的孔隙率、吸水率、组织成分及纵向压缩弹性模量,并进行组织学染色。将关节软骨细胞外基质/人脐带Wharton胶复合多孔支架与兔软骨细胞共培养7 d,进行扫描电镜观察、活-死细胞染色及苏木精-伊红染色;分别采用关节软骨细胞外基质/人脐带Wharton胶复合多孔支架浸提液与细胞培养液培养兔软骨细胞6 d,MTT法检测细胞增殖。结果与结论:(1)关节软骨细胞外基质/人脐带Wharton胶复合多孔支架横断面为均匀的多孔网状结构,孔壁上密布软骨纤维,纵断面为垂直管状结构,支架苏木精-伊红红染、番红O及甲苯胺蓝染色均呈阳性,含有胶原和糖胺多糖成分,支架的吸水率、孔隙率和纵向压缩弹性模量分别为(17.418 8±0.909 0)%、(81.495 1±6.621 0)%和(2.833 3±0.456 4)k Pa;(2)共培养7 d,兔软骨细胞在支架上黏附和增殖,并均匀长入支架孔隙内;(3)关节软骨细胞外基质/人脐带Wharton胶复合多孔支架浸提液对软骨细胞无毒性;(4)结果表明,关节软骨细胞外基质/人脐带Wharton胶复合多孔支架的理化性能及生化成分与天然软骨相似,具有良好的细胞相容性。

Cultispher微载体构建组织工程软骨修复关节软骨缺损

背景:纤维蛋白胶和微载体均可作为软骨组织工程的良好载体,但因力学性能差和可塑性差等缺点限制其广泛应用。目的:以负载软骨细胞的Cultispher微载体为基础,复合纤维蛋白胶,构建Cultispher微载体/纤维蛋白胶复合支架,观察其用于修复兔膝关节软骨缺损的效果。方法:将兔软骨细胞与Cultispher微载体置于搅拌式生物反应器中三维悬浮共培养,待细胞帖附至微载体表面并大量扩增后,将负载有软骨细胞的Cultispher微载体与纤维蛋白胶复合,构建Cultispher微载体/纤维蛋白胶复合支架,并用于修复兔膝关节股骨滑车软骨缺损。实验按不同的软骨缺损处植入物分为3组:MCF组以负载软骨细胞的Cultispher微载体/纤维蛋白胶复合支架修复软骨缺损;MF组以单纯Cultispher微载体/纤维蛋白胶复合支架修复软骨缺损;空白对照组旷置软骨缺损,不作任何处理。术后3,6个月取材。检测并记录大体观、大体观评分、病理学染色、病理学评分、Micro-CT扫描等指标,评估软骨修复效果。结果与结论:①大体观显示MCF组的软骨修复效果明显优于MF组和空白对照组;②番红"O"、天狼猩红病理染色结果显示MCF组的修复组织主要以透明软骨为主,而MF组和空白对照组的修复组织主要以纤维组织为主;③Micro-CT扫描结果显示,MCF组较MF组和空白对照组获得更好的软骨下骨重建;④MCF组的大体观评分与病理学评分均明显高于MF组和空白对照组;⑤结果证实,负载软骨细胞的Cultispher微载体/纤维蛋白胶复合支架能成功修复兔股骨滑车软骨缺损。

采用静电纺丝技术制备丝素纤维蛋白/聚已内酯临时肩袖补片

背景:目前肩袖撕裂术后二次断裂率比较高,肩袖补片被设计用于增强损伤肩袖的愈合,因此制备生物相容性好、可降解、生物力学性能好的临时肩袖补片为关键环节。目的:通过静电纺丝技术制备出不同质量比例的丝素纤维蛋白/聚已内酯临时肩袖补片,评估其理化性质和生物相容性。方法:采用静电纺丝技术制备丝素纤维蛋白与聚已内酯质量比分别为4∶0、3∶1、1∶1、1∶3、0∶4的临时肩袖补片,对其微观结构、接触角、降解性能及成分进行表征。将质量比3∶1、1∶1、1∶3、0∶4的临时肩袖补片分别植入SD大鼠背部皮下,植入后2,4周后取补片材料,进行苏木精-伊红染色。结果与结论:(1)混合材料制备的临时肩袖补片,改善了单纯聚已内酯补片的直径、孔径数目、孔径直径及单纯丝素纤维蛋白补片脆性高而致的表面串珠样液滴;(2)混合材料制备的临时肩袖补片呈亲水特性,改善了单纯丝素纤维蛋白补片的高度亲水性及单纯聚已内酯补片的疏水性;(3)在混合材料制备的临时肩袖补片中,两种材料未发生化学反应;(4)除质量比0∶4的临时肩袖补片外,其余质量比临时肩袖补片浸泡于PBS中4周的质量均增加;(5)皮下植入后2周,各组有大量细胞密集黏附在肩袖补片周围,新生组织中有毛细血管形成,肩袖补片外面中间层拥有类似真正肌腱组织的微结构,纯聚已内酯补片外新生组织中层类似正常肌腱组织功能最差;(6)皮下植入后4周,贴附补片新生组织中的细胞数量明显减少,类似正常肌腱组织的外新生组织结构厚度增加,纯聚已内酯补片外新生组织中层类似正常肌腱组织功能最差;(7)结果表明,丝素纤维蛋白改善了聚已内酯补片诱导修复细胞向肌腱细胞分化的潜能。

以鼻软骨作为种子细胞修复大鼠关节软骨缺损的研究

目的探索以鼻中隔来源软骨细胞作为种子细胞，复合纤维蛋白胶，用于修复大鼠膝关节股骨滑车全层软骨缺损。方法取大鼠鼻中隔软骨细胞，与纤维蛋白胶复合后用于修复大鼠膝关节股骨滑车全层软骨缺损。实验按不同的植人物分为3组：鼻软骨细胞复合纤维蛋白胶（NC＋Fibrin）组；单纯纤维蛋白胶（Fibrin）组；单纯缺损（Defect）组。术后6、12周处死实验动物取材。检测并记录Catwalk步态分析、大体观、大体观评分、病理学染色、病理学评分等，评估软骨修复效果。结果术后1、3、6、12周Catwalk步态分析结果显示，NC＋Fibrin组大鼠较其他两组可在较短时间内得到更佳的肢体功能恢复。大体观显示NC＋Fibrin组的软骨修复表面明显优于其他两组。病理学染色结果显示NC＋Fibrin组的修复组织主要以透明软骨为主，而Fibrin组和Defect组的修复组织主要以纤维组织为主。NC＋Fibrin组的大体观评分与病理学评分均明显高于Fibrin组和Defect组（P=0．018）。结论以鼻软骨作为种子细胞能够成功修复大鼠膝关节股骨滑车全层软骨缺损。这为组织工程软骨的构建提供了新的思路，也为鼻软骨应用于临床修复关节软骨损伤提供了实验基础。