藻酸钙复合材料构建组织工程化骨修复大鼠股骨缺损

摘要

背景:骨形态发生蛋白2可诱导骨髓基质细胞向成骨或软骨系分化。既往多采用外源性给药方法,但其在体内易被代谢,骨诱导时间短,用量大,需反复使用,且成本高。目的:观察藻酸钙与携带人骨形态发生蛋白2及β半乳糖苷酶基因的重组腺病毒的大鼠骨髓基质细胞复合构建组织工程化骨修复大鼠股骨缺损的效果。设计、时间及地点:随机分组设计、动物对照观察实验,于2005-10/2006-12在河南省重点分子实验室完成。材料:F344近交系大鼠12只和Wistar大鼠12只用于提取骨髓基质细胞,另外F344近交系大鼠48只用于制备股骨缺损模型。方法:扩增携带人骨形态发生蛋白2及β半乳糖苷酶基因的重组腺病毒(Adv-hBMP-2及Adv-βgal),培养大鼠骨髓基质细胞,分为Adv-hBMP-2转染组、Adv-βgal转染组和未转染组。腺病毒转染后与藻酸钠复合形成藻酸钙凝珠。建立大鼠股骨干中段连同骨膜截去6mm的缺损模型。F344近交系大鼠48只按随机数字表法分为6组,每组8只。缺损处分别植入不同的细胞复合物。同系细胞2组,供体为F344近交系大鼠:第1组Adv-hBMP-2和Adv-βgal转染的骨髓基质细胞,应用FK506肌肉注射。第2组Adv-hBMP-2和Adv-βgal转染的骨髓基质细胞,未用FK506。同种异体细胞4组,供体为Wistar大鼠:第3组Adv-hBMP-2转染的骨髓基质细胞,应用FK506。第4组Adv-hBMP-2转染的骨髓基质细胞,未用FK506。第5组Adv-βgal转染的骨髓基质细胞,应用FK506。第6组Adv-βgal转染的骨髓基质细胞,未用FK506。FK506肌肉注射共3周,前2周每天1次,后1周隔天1次,每次剂量为1mg/kg。主要观察指标:①转染后9d观察各组碱性磷酸酶染色阳性情况。②转染后3,6,9,12,15d进行碱性磷酸酶活性定量检测。③转染后21d行VonKossa染色观察各组钙结节形成情况。④植入后2,4,6,8周摄X射线片检查观察各组新生骨痂和骨缺损愈合情况。⑤植入后8周在大鼠原骨缺损区取材,有明显成骨组织切片在低倍下显微照像并计算新生骨在骨缺损区域所占面积的百分数。结果:Adv-hBMP-2转染组碱性磷酸酶染色可见多数细胞红染呈阳性,Adv-βgal转染组及未转染组染色阳性细胞少见。Adv-hBMP-2转染组各时间点碱性磷酸酶活性均高于Adv-βgal转染组及未转染组(P0.05)。Adv-hBMP-2转染组转染21d后VonKossa染色显示钙结节形成,其他组未见钙结节。植入后2周起第1,3,4组X射线检查有明显骨痂形成,第1,3组骨痂密度高于第4组。第2,5,6组植入后各时段均无明显骨痂,缺损未愈合。植入后8周,第1,3组组织学检查表明以板层骨为主,第4组以编织骨和类骨质为主,内有炎症细胞浸润;第2,5,6组无明显新骨形成,缺损区内为纤维结缔组织。组织形态计量学分析表明第1,3组修复性新骨占原骨面积百分数大于第4组(P<0.05)。结论:Adv-hBMP-2转染同种异体骨髓基质细胞与藻酸钙复合体可用于修复大鼠股骨干节段性骨缺损。