软骨PLGA-Ⅱ型胶原支架复合体修复兔膝关节骨软骨损伤

目的探讨骨髓基质干细胞(BMSCs)诱导的软骨细胞与聚乙醇酸-乳酸共聚物(PLGA)-Ⅱ型胶原支架通过管帽结构复合构建组织工程软骨复合体修复兔膝关节骨软骨损伤的效果及各界面耦合情况。方法BMSCs经软骨诱导液诱导成软骨细胞后接种于PLGA-Ⅱ型胶原支架的底层,支架表层戴管帽。将该细胞-支架复合物置入软骨条件培养液中培养2周,扫描电镜观察。将45只新西兰大白兔随机分为A、B、C 3组,每组15只,并于股骨髁处造模。分别于缺损处植入戴管帽结构复合的软骨支架复合体(A组)、PLGA-Ⅱ型胶原支架(B组)、不植入任何材料(C组)。于第4周和第12周取材行大体观察和组织学分析。结果 A组和B组缺损处均有软骨生成;C组缺损明显,只有纤维组织生长。A组软骨缺损部分软骨细胞修复,成骨区部分骨样细胞修复;两者耦合处犬牙交错,修复缺损程度及成骨区和成软骨区界面耦合情况明显优于B、C组。软骨组织学评分A组优于B、C组(P<0.05)。结论 BMSCs诱导分化成的软骨细胞与PLGA-Ⅱ型胶原支架经过管帽结构构建成的软骨PLGA-Ⅱ型胶原支架复合体可有效修复兔膝关节骨软骨损伤,新生软骨、骨与宿主软骨、骨及新生软骨与软骨下骨各界面耦合良好。

Ⅱ型胶原-硫酸软骨素支架的制备及组织工程软骨的构建

研究经乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳化二亚胺盐酸盐(EDC)处理的Ⅱ型胶原-硫酸软骨素支架材料的性能特点,并在体外构建组织工程软骨。从鸡软骨中提取Ⅱ型胶原,以不同浓度的EDC为交联剂通过冷冻干燥的方法制备Ⅱ型胶原与硫酸软骨素复合支架并测定其理化性质。将体外培养的新生兔关节软骨细胞接种在Ⅱ型胶原与硫酸软骨素复合支架上,观察软骨细胞在支架上的生长形态并检测支架上软骨细胞分泌的糖胺聚糖含量及Ⅱ型胶原含量。结果表明:采用EDC与硫酸软骨素交联增加了支架的稳定性,最适的交联剂质量浓度为7 mg/mL。软骨细胞在复合支架上增殖分化良好,并保持软骨细胞特异分化的表型,分泌Ⅱ型胶原与蛋白多糖(GAG)。培养14 d后已有软骨样组织形成。

胶原支架复合兔骨髓间充质干细胞体外模拟的微重力培养

背景:骨髓间充质干细胞向软骨细胞诱导的方法包括体外高密度微团培养、体外单层细胞培养、体外三维支架环境诱导、与软骨细胞体外共培养诱导和基因转染诱导培养等。目的:验证模拟微重力条件下诱导后的兔骨髓间充质干细胞在Ⅰ、Ⅱ型胶原支架上黏附、伸展和增殖情况。方法:对兔骨髓间充质干细胞体外进行原代和传代培养,按加入诱导条件不同分为2组:实验组(转化生长因子β1+胰岛素样生长因子1诱导)组、空白对照组。3周后分别作MTT比色试验、糖胺聚糖检测和免疫组织化学染色。将诱导后的实验组细胞分别种植于Ⅰ、Ⅱ型胶原支架,分为4组培养:复合Ⅱ型胶原支架静置培养、复合Ⅱ型胶原支架模拟微重力培养组、复合Ⅰ型胶原支架静置培养、复合Ⅰ型胶原支架模拟微重力培养组,1周后作苏木精-伊红、甲苯胺蓝染色。结果与结论:实验组MTT吸光度值和糖胺聚糖水平检测结果均大于空白对照组,且Ⅱ型胶原免疫组织化学检测阳性。苏木精-伊红、甲苯胺蓝染色显示,Ⅱ型胶原支架复合细胞的数量明显高于Ⅰ型胶原支架;模拟微重力培养条件下胶原支架复合细胞的数量明显高于静置培养组。结果说明微重力培养环境有利于高密度细胞的黏附、增殖,有利于细胞之间的信号传递,为维系细胞的生长和代谢提供适宜的微环境;作为诱导后骨髓间充质干细胞的支架材料Ⅱ型胶原支架优于Ⅰ型胶原。

人工软骨支架层间的力学性能

背景:软骨组织工程修复是一个修复软骨缺损的重要方法,软骨组织工程丝素蛋白/Ⅱ型胶原支架具有良好的生物相容性,这种黏弹性材料兼有固体的特性和液体特性,其层间的微观力学性能与细胞培育密切相关。目的:掌握支架宏观载荷与层间微观作用力之间的关系,控制宏观载荷数值,使支架内部达到最适合细胞增殖的载荷状态。方法:设计丝素蛋白/Ⅱ型胶原空白支架的压缩应力松弛实验,使用实验数据拟合黏弹性本构方程后构建支架有限元模型,对实验过程仿真计算,获取支架层间的力学状态。结果与结论:①支架的各层受力分布在1.185-3.305N,各层受力均随时间的增长而逐步减小,并最终收敛;②支架每一层的位移随着层数的增加而增加,这说明从支架底层的位移开始叠加每一层的位移量,最终导致位移量随着支架层数的上升而递增;③支架各层间的应变数值在1.82×10^-2-4.47×10^-2区间内,这个区间可以直接体现组织培养过程中对种子细胞最佳的压缩状态;④当支架宏观发生10%应变时,各层的应变值分布在2%-7%这一数值范围;当支架宏观发生5%应变时,各层应变值分布在1%-2%;当支架宏观发生20%应变时,各层应变值分布在8%-18%;通过对比得出:4%-7%为细胞增殖的最优应变量。