关节软骨组织工程研究：自体生长因子或分化后的胚胎干细胞复合双层胶原支架修复关节软骨缺损

摘要

背景： 关节软骨损伤是骨科临床的常见疾病，而成熟关节软骨的自身修复能力较差，如果不给予治疗，持续发展会导致骨关节炎，给患者带来很大痛苦。传统治疗方法包括清创术、微骨折术、骨软骨移植等，能获得一定疗效但不能维挣长期效果和治疗较大缺损。新兴的组织工程方法有可能治疗大面积的软骨缺损。支架和种子细胞是组织工程的两个重要因素，针对当今支架和种子细胞存在的一些局限，本研究设计了新型的具有疏松层和致密层的双层胶原支架并探求利用自体生长因子或胚胎干细胞来源的间充质干细胞修复软骨缺损。本研究分三个阶段： 一、支架的研究：探求双层支架如何放置更利于修复软骨； 二、支架复合生长因子的研究：探求双层胶原支架复合自体来源的富含血小板血浆是否能协同作用促进软骨的修复； 三、支架复合种子细胞的研究：探求双层胶原支架复合胚胎干细胞来源的间充质干细胞修复软骨缺损的效率。 第一部分双层胶原支架修复关节软骨缺损的研究 目的：本研究制备具有疏松层和致密层的双层胶原支架修复软骨缺损，并比较支架如何放置更适合软骨的修复。 方法：11只新西兰大白兔分为两组，A组：致密层向上组，B组：致密层向下组。在双膝髌股关节股骨髁部位做全层软骨缺损(厚度3mm，直径4mm)，将支架分别按致密层向上、向下植入缺损处。分别于术后6周和12周处死动物，进行大体观察，组织学观察和力学测试。 结果：术后6周和12周，与A组比较，B组在软骨缺损修复处有含量较多的透明软骨，有较高的GAG含量，6周后A、B组的组织学评分分别为5.7+／-2.1、4.3+/-1.8，12周后A、B组修复组织的组织学评分分别为10+/-1.4、8.7+／-2.1。12周的力学测试,A组弹性模量值0.169+/-0.057MPa,B组弹性模量值为0.133+/-0.023MPa，B组修复组织的弹性模量明显高于A组(P<0.05)。 结论：双层胶原支架能修复软骨缺损，其放置方式不同对修复结果产生影响，致密层向下放置的修复效果优于致密层向上的双层胶原支架。 第二部分双层胶原支架复合自体来源的富含血小板的血浆修复软骨缺损的研究 目的：微骨折术是一种利用释放骨髓来源的间充质干细胞来修复软骨损伤的一种常用的治疗方法，但是这种方法只能治疗较小的软骨缺损(<2 cm2)。本研究目的是研究自体来源的富含血小板的血浆(PRP)复合胶原支架是否能协同作用修复较大的软骨缺损。 方法：38只新西兰大白兔膝关节随机分为3组,A组：对照组，B组：胶原支架组，C组：PRP复合胶原支架组。在双膝髌股关节股骨髁部位做全层软骨缺损(厚度3mm,直径4mm，)，分别给予未处理、植入胶原支架和植入胶原支架复合PRP。分别于术后6周和12周处死动物，进行大体观察，组织学观察和评分，以及力学测试。 结果：在术后6周和12周，在这三组之中，C组软骨缺损处有含量最多的透明软骨，c组的GAG含量和组织学评分都高于其它两组，6周时A、B、C组的组织学评分分别为3.0+/-1.41、5.3+／-2.12、8+／-2.12，12周时分别为5.0+/-1.41、10.3+／-2.12、12.7+/-3.51。12周的力学测试表明C组和B组修复组织的弹性模量明显高于A组,B组为0.124+／-0.024MPa，C组为0.140+/-0.037MPa，A组为0.087+／-0.012 MPa(P<0.05)。 结论：自体来源的PRP复合胶原支架能协同作用，促进透明软骨的生成，促进软骨缺损的修复。本研究结果提示PRP复合胶原支架能修复较大面积的软骨缺损，从而有可能取代部分临床上治疗软骨缺损的自体软骨移植或骨软骨移植。 第三部分双层胶原支架复合胚胎干细胞来源的间充质干细胞修复软骨缺损的研究 目的：本研究利用新的种子细胞-胚胎干细胞来源的间充质干细胞(hESC-MSCs)复合双层胶原支架修复软骨缺损的效率。 方法：16只SD大鼠分为两组，A：胶原支架组；B：胶原支架复合hESC-MSCs组。在双膝髌股关节股骨髁部位做全层软骨缺损(厚度2mm,直径2mm),分别给予植入胶原支架和植入胶原支架复合hESC-MSCs处理。于术后4周和8周处死动物，进行大体观察，组织学观察及力学测试。 结果：术后4周和8周，B组软骨缺损修复处有含量较多的透明软骨，GAG含量高于A组。4周时A组弹性模量是0.031+／-0.0082MPa,B组是0.0322+／-0.014MPa,8周时A组弹性模量是0.035+／-4)．012 MPa，B组是0.040+／-0.014 MPa。 结论：hESC-MSCs复合双层胶原支架能存活并促进软骨的修复，hESC-MSCs有可能会成为软骨组织工程中新的种子细胞。

目录

前言

第一部分 双层胶原支架修复关节软骨缺损的研究

1、实验材料

2、实验方法

3、实验结果

4、讨论

第二部分 自体来源的富含血小板血浆和双层胶原支架修复软骨缺损的研究

1、实验材料

2、方法

3、实验结果

4、讨论

第三部分 胚胎干细胞来源的间充质干细胞复合双层胶原支架修复大鼠软骨缺损

1、实验材料

2、方法

3、实验结果

4、讨论

参考文献

综述一 关节软骨损伤治疗的进展

综述二 自体软骨细胞移植治疗软骨缺损的进展

成果

致谢