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文檔簡介
1、隨著我國交通運輸事業(yè)的飛速發(fā)展和老齡化社會進程的逐步邁進,骨科創(chuàng)傷、感染、退行性變的發(fā)生率逐年增加。以關(guān)節(jié)軟骨損傷為病理基礎(chǔ)的創(chuàng)傷性、退變性骨性關(guān)節(jié)炎等疾患,以及因其所導致的關(guān)節(jié)疼痛和功能障礙已成為目前臨床的常見病與和多發(fā)病。損傷軟骨的修復問題一直是國際骨科學界、運動醫(yī)學界以及生物材料學界研究的熱點與難點問題。
由于軟骨缺乏血管和神經(jīng)的營養(yǎng)作用,因此,損傷后的軟骨再生修復能力很低。目前臨床上常用的修復方法主要為骨髓刺激和移
2、植兩類:前者如鉆孔術(shù)、微骨折術(shù);后者如骨膜移植術(shù)、自體骨軟骨鑲嵌成型術(shù)(Mosaicplasty)以及自體軟骨細胞移植(ACI)術(shù)等。上述已成熟的修復技術(shù)雖然能夠取得一定的臨床療效,但均難以獲得滿意的修復效果,例如,通過刺激骨髓的方法僅能產(chǎn)生纖維軟骨來修復軟骨缺損的區(qū)域;而通過移植技術(shù)修復軟骨缺損,必然會導致供區(qū)損傷,在缺損面積較大的情況下,移植技術(shù)很難滿足臨床需要。
組織工程技術(shù)的飛速發(fā)展為軟骨修復提供了全新的思路和技術(shù)
3、方法,美國食品藥物管理局(FDA)批準組織工程產(chǎn)品應(yīng)用于臨床治療進一步肯定了組織工程產(chǎn)品的臨床治療效果。組織工程研究主要集中在以下方面:種子細胞,組織工程支架,工程化組織的體內(nèi)、外構(gòu)建。聚乳酸-羥基乙酸共聚物[poly(lactic-co-glycolic acid),PLGA]因具有良好的生物相容性,可調(diào)節(jié)的降解速率以及良好的力學性能等優(yōu)點,已被廣泛應(yīng)用于組織工程領(lǐng)域的研究。組織工程支架的多孔性有利于細胞的增殖、遷移和物質(zhì)交換,同時加
4、速支架的降解過程。骨組織工程所需要的支架孔徑較大,這樣有利于物質(zhì)交換和血管的長入,促進基質(zhì)礦化和骨的生成;而軟骨組織工程所需的支架孔徑一般較小,這樣可以降低局部的氧張力,增加細胞之間的聯(lián)系,更利于有軟骨的再生。因此,文獻報道的旨在成骨的組織工程支架多為大于100μm的大孔徑支架,而旨在再生軟骨的組織工程支架多為小于100μm孔徑的小孔徑支架。其中,細胞接種至支架的孔隙內(nèi)是建立組織工程三維培養(yǎng)的首要環(huán)節(jié)。但是,支架的孔隙內(nèi)存在大量氣體,氣
5、體和液體之間產(chǎn)生的表面張力阻礙細胞的向內(nèi)遷移和物質(zhì)交換,同時支架的疏水性也在一定程度上影響細胞的粘附、遷移和增殖。有研究表明,負壓接種法可以在接種細胞的同時排除支架孔隙內(nèi)的氣體,提高細胞的接種效率,同時證實了100mmHg的負壓可以取得較好的細胞接種效果。但是此前關(guān)于負壓接種法的研究多為旨在成骨的大于100μm孔徑的支架,而適合軟骨組織工程研究的支架孔徑較小,多小于100μm,負壓法應(yīng)用于小于100μm的小孔徑支架其細胞接種的效果如何還
6、未見有相關(guān)報道。因此,研究負壓法是否同樣適用于旨在成軟骨的小孔徑支架是很有必要的。有文獻報道,細胞接種起始外圍的細胞粘附影響細胞向內(nèi)的遷移和生長,小孔徑支架比大孔徑支架更易產(chǎn)生外圍的阻擋作用。對小孔徑PLGA支架采用何種接種方法更為適合,有待進一步研究。
但是,無論組織工程領(lǐng)域的何種研究,其最終目的都是為了提高工程化組織的構(gòu)建效果,新技術(shù)及產(chǎn)品的體內(nèi)效果驗證是必不可少環(huán)節(jié),因此動物實驗在組織工程研究中是必不可少的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
7、動物實驗在軟骨組織工程中的主要作用是:方法可行性的驗證、產(chǎn)品安全性的評價、最佳應(yīng)用指標的預(yù)測等等,作為新技術(shù)方法的臨床前研究,起著至關(guān)重要的紐帶作用。但是,在實驗設(shè)計中對動物模型的選擇是困難而又費時的,因此,有必要對組織工程化軟骨構(gòu)建研究中動物模型的選擇原則、已有動物模型各自的特點和應(yīng)用做一綜述。
本文主要比較200-300μm和50-100μm兩種不同孔徑的PLGA支架采用負壓法進行軟骨細胞接種的接種效果;以及通過對比負
8、壓法、注射法、振蕩法對小孔徑PLGA多孔支架進行軟骨細胞接種的效果,探討適用于小孔徑PLGA支架的最佳接種方法。在本文結(jié)尾部分綜述了組織工程化骨與軟骨復合體構(gòu)建研究中動物模型的選擇原則、已有動物模型各自的特點和應(yīng)用情況。
軟骨細胞接種小孔徑聚乳酸-羥基乙酸共聚物支架的方法選擇
第1部分新西蘭大白兔肋軟骨細胞的獲取、擴增與鑒定
目的:
獲取用于作為種子細胞的新西蘭大白兔肋軟骨細胞,并
9、對其進行原代培養(yǎng)、傳代擴大培養(yǎng)與細胞鑒定。
方法
1.新西蘭大白兔原代肋軟骨細胞的獲取、培養(yǎng)與鑒定
無菌條件下取雙側(cè)肋軟骨,剪碎,用0.25%胰蛋白酶37℃條件下消化30min,離心去上清,加0.2%Ⅱ型膠原酶消化6-8h,離心,DMEM漂洗沉淀。將獲得的軟骨細胞接種于培養(yǎng)瓶內(nèi),添加細胞培養(yǎng)液,置于5% CO2、37℃孵箱內(nèi)培養(yǎng),3d后進行第1次換液,進行細胞觀察并用阿利新藍法對軟骨細胞分泌基質(zhì)
10、的能力進行染色鑒定。
2.新西蘭大白兔原代肋軟骨細胞的傳代擴增與鑒定
原代培養(yǎng)細胞達到80%-90%融合后,用0.25%-0.01%胰蛋白酶-EDTA混合液消化細胞,進行傳代擴大培養(yǎng),培養(yǎng)至第2代進行Ⅱ型膠原免疫組織化學法染色,鑒定其軟骨細胞表型是否仍存在以及Ⅱ型膠原的分泌能力。
結(jié)果
分離培養(yǎng)的新西蘭大白兔原代肋軟骨細胞阿利新藍染色呈陽性,傳代培養(yǎng)至第2代后,Ⅱ型膠原免疫組織化學
11、法染色呈陽性表達,經(jīng)鑒定符合肋軟骨細胞特征。
結(jié)論
兩步酶消化法能夠獲取實驗要求的肋軟骨細胞,傳代培養(yǎng)至第2代仍保持其透明軟骨細胞表型。
第2部分支架的孔徑對軟骨細胞負壓法接種效果的影響
目的:
比較200-300μm和50-100μm兩種不同孔徑的聚乳酸-羥基乙酸共聚物[poly(lactic-co-glycolic acid),PLGA]支架采用負壓法進行軟骨細胞
12、接種的接種效果。
方法
運用負壓法分別對上述兩種孔徑的PLGA支架進行第2代軟骨細胞接種。200-300μm組為A組,50-100μm為B組(n=9)。接種48h后,Hoechst33285法檢測支架內(nèi)的DNA含量并通過支架的干重進行標準化(ng/mg),以檢測細胞的接種效率;接種含有異硫氰酸熒光素(fluorescein isothiocyanate,F(xiàn)ITC)的無細胞纖維蛋白凝膠,觀察凝膠分布,以證實凝膠
13、是否會阻塞支架的孔徑;硬組織切片,4',6-二脒基-2-苯基吲哚(4',6-diamidino-2-phenylindole,DAPI)染色觀察支架內(nèi)的細胞分布;接種7d后,掃描電鏡(SEM)觀察支架外周和內(nèi)部的軟骨細胞形態(tài);alamarblue法檢測兩組支架內(nèi)細胞的增殖趨勢,時間點為接種后1d、3d、5d、7d、9d。
結(jié)果
DNA定量結(jié)果顯示A組的DNA含量為498.51±40.18 ng/mg,B組的D
14、NA含量為657.32±89.68 ng/mg,A組<B組(t=2.799,P=0.049);A組和B組的纖維蛋白凝膠均能實現(xiàn)在支架內(nèi)的均勻分布;DAPI染色結(jié)果顯示,A組支架內(nèi)軟骨細胞分布較為均勻,而B組的細胞多分布在支架的外周;掃描電鏡結(jié)果顯示A組支架孔隙內(nèi)有較多的軟骨細胞黏附,而B組支架內(nèi)鮮有細胞附著;增殖實驗結(jié)果顯示A組和B組增殖趨勢一致,后期A組增殖較快,兩組至第9d時細胞量差異無統(tǒng)計學意義(t=2.246,P=0.088)。
15、
結(jié)論
負壓法應(yīng)用于200-300μm的大孔徑PLGA支架可以取得較好的接種效果,但是其不適用于對50-100μm的小孔徑PLGA支架進行軟骨細胞接種。
第3部分軟骨細胞接種小孔徑PLGA支架的方法選擇
目的:
比較負壓法、注射法、振蕩法對50-100μm小孔徑PLGA多孔支架進行軟骨細胞接種的效果,探討其最佳接種方法。
方法
分離培養(yǎng)新西
16、蘭大白兔肋軟骨細胞,傳代培養(yǎng)至第2代,使用纖維蛋白原溶液混懸細胞,采用負壓法、注射法、振蕩法(n=9)對50~100μm孔徑(孔隙率92%)的PLGA支架進行軟骨細胞接種。接種48 h后,Hoechst33258法檢測支架內(nèi)DNA含量,用支架的干重進行標準化(ng/mg);硬組織切片、DAPI染色觀察支架內(nèi)細胞分布。接種含F(xiàn)ITC的無細胞纖維蛋白原,觀察凝膠分布。培養(yǎng)7d后,掃描電鏡觀察支架表面及內(nèi)部的細胞形態(tài);部分支架(n=3)植入裸
17、鼠皮下,8周后取出做石蠟切片,進行甲苯胺藍、Ⅱ型膠原免疫組織化學法染色,使用Image-Pro Plus6.0軟件分析染色后圖像的累計光密度值,評價體內(nèi)成軟骨效果。
結(jié)果
負壓組DNA含量為(657.32±89.68) ng/mg,注射組為(755.79±80.50)ng/mg,振蕩組為(650.18±106.33) ng/mg,各組間差異無統(tǒng)計學意義(F=1.214,P=0.361);DAPI染色顯示注射組
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