骨髓基質干細胞、成骨細胞與多孔陶瓷支架構建組織工程化骨的研究.pdf

1、骨缺損是臨床常見的外科疾病.目前主要采用自體骨移植,異體骨移植,人工合成替代品來修復骨缺損,這些方法均存在各自的不足,難以滿足臨床上修復骨缺損的需要.隨著組織工程的出現(xiàn),為組織和器官缺損的治療提供了一個全新的概念和思路.它是將活的細胞體外培養(yǎng)增殖后,與可供細胞進行生命活動的支架材料復合,在體外預先構建一個有生物活性的種植體,然后植入體內,完成組織修復和發(fā)揮功能.由于骨缺損在臨床上的常見性和治療上的迫切性,以及其組成結構上的相對單一性,近

2、年來骨組織工程研究快速發(fā)展,組織工程化骨成為最有希望進入臨床應用的組織工程成果之一.隨著骨組織工程研究的進展,有效種子細胞和適宜支架材料的選擇及其復合體的生物相容性研究,是組織工程化骨應用于臨床需解決的基本問題,因此成為近年來研究的熱點.骨組織工程要求其種子細胞應具備強的增殖能力和良好的成骨功能.目前骨種子細胞的來源主要有骨、骨膜、骨髓、骨外組織和早期胚胎.現(xiàn)行用于骨組織工程研究的種子細胞多為骨膜來源的成骨細胞(periosteal-d

3、erived osteoblast,POB)和骨髓基質干細胞(bone marrowstromalcells,BMSCs).POB的研究目前較為成熟,但目前用于研究的骨種子細胞多為鼠、兔等動物來源,盡管哺乳動物的生命活動有許多相似之處,將骨組織工程用于臨床,動物來源骨種子細胞的研究尚不足用,為此對人POB的研究仍然十分需要.骨髓基質干細胞因其干細胞特性體外培養(yǎng)中具較強的傳代繁殖力,且有取材容易和對機體損傷小的特點,因此在骨組織工程中有廣

4、闊的應用前景.目前已建立了體外培養(yǎng)BMSCs的方法,但是因為BMSCs具有多分化潛能而且成骨量少,對BMSCs最佳誘導分化條件尚未確定,將成骨細胞和誘導劑(地塞米松、抗壞血酸、β-甘油磷酸鈉)分別和聯(lián)合誘導BMSCs,同時采用半透膜進行細胞間接混合培養(yǎng)的方式探索細胞之間的相互作用.通過細胞混合培養(yǎng),成骨細胞促進BMSCs的增殖與分化,國內外鮮有報道.生物陶瓷材料在組成、結構上與天然骨鹽大體一致,有極好的生物相容性和與骨結合的能力,可達到

5、較高的強度和耐磨性,且可制成多孔狀材料,加上無毒副作用,所以被作為一種骨組織替代材料,同時也是一良好的人工合成細胞外基質(ECM),是目前骨組織工程常用的支架材料之一,其中羥基磷灰石(HA)和磷酸三鈣(TCP)及HA/TCP雙相陶瓷最為常用.傳統(tǒng)的陶瓷材料由于粒徑較大,氣孔大,其脆性及彈性模量較大,影響了在生物醫(yī)學領域的應用,因此有必要采用最優(yōu)化的工藝改進其物理學和生物學性能.將成骨細胞和骨髓基質干細胞混合后在多孔陶瓷支架上培養(yǎng),并修復

6、動物骨缺損,評價采用該方法構建工程化骨組織的可行性,最終為組織工程化骨修復臨床骨缺損提供實驗依據(jù).第一部分人胚不同來源成骨細胞的培養(yǎng)和鑒定目的:建立人胚不同來源成骨細胞的體外培養(yǎng)模式,比較骨、骨膜、骨髓來源的成骨細胞的生物學特性;了解超低溫凍存對人胚骨膜成骨細胞生物學特性的影響.結論:采用改良的酶消化法,培養(yǎng)骨、骨膜來源的成骨細胞,通過加以改進的密度梯度離心法,培養(yǎng)骨髓基質干細胞,可得到均一性好、活性強的三種不同來源的人成骨細胞.短期的

7、超低溫凍存對人骨膜成骨細胞的生物活性無明顯的影響.第二部分成骨細胞與誘導劑對骨髓基質干細胞的增殖與成骨分化的影響目的:研究成骨細胞與誘導劑對骨髓基質干細胞(BMSCs)的增殖與分化的影響,探索一種新的骨組織工程種子細胞的體外培養(yǎng)體系.第三部分HA,TCP支架的研制及與人骨膜成骨細胞生物相容性的體外實驗研究目的:以羥基磷灰石(HA)和磷酸三鈣(TCP)粉體為主要原料,制備多孔HA及TCP支架;評價所制備的多孔陶瓷支架材料的生物相容性.結論

8、:以HA、TCP的粉體為原料,采用有機泡沫浸漬法可制備出具有良好孔隙結構和較好力學強度的多孔陶瓷支架;所研制的兩種多孔陶瓷做為骨組織工程支架材料,均有良好的生物相容性.第四部分骨髓基質干細胞、成骨細胞與復相陶瓷多孔支架修復骨缺損的研究目的:將混合培養(yǎng)的成骨細胞和骨髓基質干細胞接種于多孔復相鈣磷陶瓷支架上,研究細胞一支架復合體修復動物骨缺損的效果.結論:以羥基磷灰石(HA)與磷酸三鈣(TCP)按1:1質量比混合的粉體為主要原料,采用有機泡