骨髓间充质干细胞复合纤维蛋白和纤维连接蛋白修饰的纳米晶胶原基骨修复骨缺损研究

摘要

近来兴起的组织工程技术为治疗骨缺损提供了一种新方法。骨髓间充质干细胞(marrowmesenchymalstemcells，MSCs)具有多种分化潜能，可分化为成骨细胞、软骨细胞等多种中胚层细胞，是骨组织工程中的常用种子细胞。清华大学材料系研制的纳米晶胶原基骨(nano Hydroxyapatite/collagen，nHAC)是一种已经在临床上获得广泛应用的生物活性材料，具有与天然松质骨类似的三维孔洞网络结构，我们在此基础上充分利用纤维蛋白(fibrin，FB)和纤维连接蛋白(fibronectin，FN)二种细胞外基质蛋白的生物学特性，将它们共同修饰nHAC，构建三维仿生的复合支架材料。 本实验首先探索大鼠MSCs诱导培养后与FB和FN修饰的nHAC的生物相容性，为骨缺损的治疗提供实验基础。然后在SD大鼠股骨上建立骨缺损模型，并用MSCs/(FB+FN)—nHAC复合物修复骨缺损，通过X线放射学、组织学和扫描电镜的方法，探讨该复合材料修复节段性骨缺损的效果，为临床应用提供理论依据。 第一部分表面修饰对纳米晶胶原基骨细胞相容性的影响 材料和方法：SD大鼠MSCs经成骨诱导培养、扩增，并进行成骨细胞表征后，种植于支架材料体外复合培养，实验分为四组：实验组A，纤维蛋白(FB)和纤维连接蛋白(FN)修饰的纳米晶胶原基骨((FB+FN)—nHAC)；实验组B，纤维蛋白修饰的纳米晶胶原基骨(FB—nHAC)；实验组C，纤维连接蛋白修饰的纳米晶胶原基骨(FN—nHAC)：对照组D，单纯的纳米晶胶原基骨(nHAC)，通过检测支架材料的细胞黏附率、不同时间点(3、7、10、14d)支架材料中细胞数、碱性磷酸酶活性以及扫描电镜观察细胞在材料上的生长状况，比较分析不同支架材料与细胞生物相容性差异。 结果：大鼠MSCs经诱导培养14d后，碱性磷酸酶细胞化学染色、Ⅰ型胶原免疫荧光染色及矿化沉积茜素红染色均为阳性；细胞与支架材料黏附率A组最高为74.4％；支架材料中细胞数量均随培养时间延长而增长，且A组细胞数增加较快，与相同时相点其他各组材料中细胞数差异有显著性(P＜0.05)；各时相点细胞碱性磷酸酶活性表达A组最高，差异亦有显著性(P＜0.05)。电镜观察发现四组材料上均有细胞生长，但A组的细胞生长状况明显好于其他组。 结论：SD大鼠MSCs经成骨诱导培养可表达成骨细胞表型，(FB+FN)—nHAC在体外实验中表现出与细胞优良的生物相容性，提示此复合材料可以用于骨缺损的修复。 第二部分骨髓间充质干细胞与纤维蛋白和纤维连接蛋白修饰的纳米晶胶原基骨复合物修复骨缺损的实验研究 材料和方法：SD大鼠MSCs经成骨诱导培养、扩增，并进行成骨细胞表征后，种植于支架材料形成细胞支架复合物，同时制成SD大鼠股骨干5mm节段性缺损，采用三种方法进行处理：E组，植入MSCs/(FB+FN)—nHAC复合物；F组，植入MSCs/nHAC复合物；G组，空白对照。术后6、12周进行X线放射学、组织学和扫描电镜检测。 结果：术后6、12周E组与其余两组放射学检查评价新骨生成有显著差异(P＜0.05)，组织学和扫描电镜检查新骨生成速度、生成量亦有显著差异。E组术后12周骨缺损得到了较彻底的修复，骨髓腔再通。G组不能产生骨性愈合。 结论：纤维蛋白和纤维连接蛋白修饰对纳米晶胶原基骨的修复作用有明显的优化作用，(FB+FN)—nHAC可作为较理想的新型复合支架应用于骨组织工程。

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文摘

英文文摘

论文说明：缩略词表

声明

前言

第一部分表面修饰对纳米晶胶原基骨细胞相容性的影响

材料与方法

结果

讨论

小结

第二部分骨髓间充质干细胞与纤维蛋白和纤维连接蛋白修饰的纳米晶胶原基骨复合物修复骨缺损的实验研究

材料与方法

结果

讨论

小结

结语

参考文献

综述 组织工程骨修复缺损的研究现状及进展

攻读硕士学位期间公开发表的学术论文

致谢