軟骨再生支架的構建及其對骨軟骨缺損的原位誘導再生研究.pdf

1、關節(jié)軟骨組織內(nèi)部缺少淋巴管及血管。組織內(nèi)的軟骨細胞具有較低的遷移及增殖能力。因此軟骨缺損難以實現(xiàn)自我修復。現(xiàn)有的臨床治療手段難以實現(xiàn)軟骨缺損結構和功能的再生?；诩毎委煹能浌墙M織工程拓展了軟骨缺損的治療方法。體外構建的工程化軟骨與天然軟骨相比具有較大的結構差異。體內(nèi)植入后難以實現(xiàn)其與天然軟骨的良好結合。采用含細胞的軟骨組織工程支架可實現(xiàn)軟骨缺損的原位修復，但該方法仍面臨細胞數(shù)量及其分化行為的調(diào)控問題。同時，軟骨組織工程往往涉及復雜、耗

2、時的體外構建過程，因此難以在臨床上實現(xiàn)推廣應用。通過原位募集細胞可以實現(xiàn)軟骨組織的原位誘導再生。該方法可以避免軟骨組織工程中使用細胞時面臨的諸多問題。迄今為止，能夠?qū)崿F(xiàn)軟骨缺損原位誘導再生的生物支架鮮有報導。構建適宜的支架以促進軟骨組織的原位誘導再生是亟待解決的問題。
　　纖維蛋白原具有促進干細胞募集及軟骨形成的作用。本課題通過致孔劑脫除法制備了纖維蛋白大孔支架。采用不同的致孔劑用量可以調(diào)控支架內(nèi)部的孔結構、孔隙率及機械性能。該支

3、架具有良好的細胞相容性，能夠有效促進骨髓間充質(zhì)干細胞(BMSCs)在支架內(nèi)部的增殖。將該支架移植到兔子股骨滑槽骨軟骨缺損(直徑4mm，深度4mm)12w后，缺損處的新生組織與周圍組織結合性良好，并實現(xiàn)軟骨層及軟骨下骨的再生。軟骨層中具有明顯的粘多糖(GAGs)及Ⅱ型膠原的沉積。熒光定量聚合酶鏈式反應(qRT-PCR)及Western blotting(WB)表征證明，新生組織中骨軟骨相關基因及蛋白的表達量較天然軟骨顯著增加。纖維蛋白大孔

4、支架在無細胞負載時能夠?qū)崿F(xiàn)骨軟骨缺損的原位誘導再生。這種特質(zhì)為纖維蛋白大孔支架在臨床上的便捷應用奠定了實驗基礎。
　　聚（乳酸-co-羥基乙酸）(PLGA)是一種廣泛應用于臨床的有機合成高分子。本課題采用定向冷凍結晶的方法制備了具有徑向取向孔結構的PLGA支架。該支架具有與天然軟骨類似的壓縮模量，因此可將其應用在關節(jié)軟骨負重及非負重部位的缺損修復。體外實驗證明，BMSCs能夠沿著取向孔快速地向支架深處遷移、滲透，并取向排列。細胞的

5、有序排列可進一步誘導細胞外基質(zhì)的規(guī)則分布，從而促進軟骨組織的結構重塑。體內(nèi)植入12w后，徑向取向孔PLGA支架能夠有效促進骨軟骨缺損部位軟骨層及軟骨下骨的再生。新生組織與周圍組織緊密結合，并具有光滑、平整的表觀形貌。同時，新生軟骨層中細胞具有與天然軟骨的一致的空間排列。但是，新生軟骨層中GAGs及Ⅱ型膠原的沉積量明顯低于天然軟骨。由于取向孔結構對細胞遷移、組織結構重塑及組織結合性的促進作用，可對徑向取向孔PLGA支架進行進一步的生物活性

6、改性，從而促進該支架在骨軟骨缺損原位誘導再生領域的臨床應用。
　　透明質(zhì)酸(HA)具有與GAGs相似的化學結構。同時，HA能夠有效地促進細胞增殖及BMSCs向軟骨細胞的分化。HA被廣泛應用于關節(jié)炎引起的軟骨疾病治療中。通過酯交換反應合成了帶有甲基丙烯酸酯基團的HA(HA-MA)，然后采用定向冷凍結晶的方法制備了具有徑向取向孔結構的HA-MA支架。紫外光交聯(lián)后，支架中的孔結構具有良好的穩(wěn)定性。將PLGA復合到HA-MA支架中可顯著提

7、高支架的機械性能，從而進一步穩(wěn)定支架內(nèi)部的孔結構，并提高體內(nèi)植入時的可操作性。將該支架在無細胞負載情況下移植到兔子股骨滑槽骨軟骨缺損部位。術后12 w，缺損部位的新生組織具有明顯的潮線結構。新生軟骨層含有均一分布的GAGs及Ⅱ型膠原。同時，新生軟骨層中的細胞表現(xiàn)出分層排布的特點。與天然軟骨一致，新生軟骨中的細胞在軟骨深層表現(xiàn)出肥大形態(tài)，并特異性分泌Ⅹ型膠原?；谝陨辖Y果，無細胞徑向取向孔HA-MA/PLGA支架有望在臨床上實現(xiàn)骨軟骨缺損