转基因干细胞构建组织工程骨的初步实验研究

目的 用转基因干细胞在体外构建组织工程骨.方法 用携带有人骨形态发生蛋白-2(BMP-2)和增强型绿色荧光蛋白(eGFP)的慢病毒感染骨髓基质干细胞(BMSCs)后接种于纳米羟基磷灰石/胶原/聚乳酸(nHAC/PLA)支架.荧光显微镜下观察eGFP表达,判断感染效率;RT-PCR、ELISA和Western-blot用于基因转染的表达检测;流式细胞仪检测细胞增殖;扫描电镜观察细胞在支架材料中的黏附、生长状况;ALP活性检测成骨能力.结果 慢病毒24 h对BMSCs的转染率约为90%;RT-PCR检测到BMP-2阳性表达,与实际值1191 bp基本一致;ELIISA检测24 h BMP-2蛋白含量为(148.2±21.6)pg/ml;流式细胞仪检测到细胞S期比例增加;ALP活性检测基因转染组明显强于对照组(P＜0.05);扫描电镜见细胞在nHAC/PLA支架上粘附生长良好;第8周时Western-blot仍可检测到BMP-2在相对分子质量26×103处出现阳性条带.结论 BMP-2基因可在BMSCs稳定表达并诱导其向成骨分化,与nHAC/PLA复合培养可用于组织工程骨构建.     

转基因干细胞构建组织工程骨的初步实验研究

目的 用转基因干细胞在体外构建组织工程骨.方法 用携带有人骨形态发生蛋白-2(BMP-2)和增强型绿色荧光蛋白(eGFP)的慢病毒感染骨髓基质干细胞(BMSCs)后接种于纳米羟基磷灰石/胶原/聚乳酸(nHAC/PLA)支架.荧光显微镜下观察eGFP表达,判断感染效率;RT-PCR、ELISA和Western-blot用于基因转染的表达检测;流式细胞仪检测细胞增殖;扫描电镜观察细胞在支架材料中的黏附、生长状况;ALP活性检测成骨能力.结果 慢病毒24 h对BMSCs的转染率约为90%;RT-PCR检测到BMP-2阳性表达,与实际值1191 bp基本一致;ELIISA检测24 h BMP-2蛋白含量为(148.2±21.6)pg/ml;流式细胞仪检测到细胞S期比例增加;ALP活性检测基因转染组明显强于对照组(P＜0.05);扫描电镜见细胞在nHAC/PLA支架上粘附生长良好;第8周时Western-blot仍可检测到BMP-2在相对分子质量26×103处出现阳性条带.结论 BMP-2基因可在BMSCs稳定表达并诱导其向成骨分化,与nHAC/PLA复合培养可用于组织工程骨构建.     

转基因干细胞构建组织工程骨的初步实验研究

目的 用转基因干细胞在体外构建组织工程骨.方法 用携带有人骨形态发生蛋白-2(BMP-2)和增强型绿色荧光蛋白(eGFP)的慢病毒感染骨髓基质干细胞(BMSCs)后接种于纳米羟基磷灰石/胶原/聚乳酸(nHAC/PLA)支架.荧光显微镜下观察eGFP表达,判断感染效率;RT-PCR、ELISA和Western-blot用于基因转染的表达检测;流式细胞仪检测细胞增殖;扫描电镜观察细胞在支架材料中的黏附、生长状况;ALP活性检测成骨能力.结果 慢病毒24 h对BMSCs的转染率约为90%;RT-PCR检测到BMP-2阳性表达,与实际值1191 bp基本一致;ELIISA检测24 h BMP-2蛋白含量为(148.2±21.6)pg/ml;流式细胞仪检测到细胞S期比例增加;ALP活性检测基因转染组明显强于对照组(P＜0.05);扫描电镜见细胞在nHAC/PLA支架上粘附生长良好;第8周时Western-blot仍可检测到BMP-2在相对分子质量26×103处出现阳性条带.结论 BMP-2基因可在BMSCs稳定表达并诱导其向成骨分化,与nHAC/PLA复合培养可用于组织工程骨构建.     

BMP-2基因转染的人骨髓基质干细胞复合PLA/PCL支架体外构建组织工程骨

目的　用人骨形态发生蛋白 2腺病毒表达载体 (Ad -BMP - 2 )转染的人骨髓基质干细胞 (hBMSC) ,复合PLA/PCL(聚乳酸 /聚己内酯 )生物降解支架体外构建组织工程骨。方法　用Ad -BMP - 2转染体外培养的成人BMSC ,免疫组化、原位杂交染色和蛋白印迹方法检测细胞BMP - 2的表达 ,并通过流式细胞仪和ALP活性检测分析其对细胞增殖、分化的影响。然后将转染后细胞接种到PLA/PCL支架上 ,扫描电镜观察细胞贴附、生长状况。结果　转染后 ,hBMP - 2基因在mRNA水平和蛋白水平均有表达 ;S期细胞比例和ALP活性明显增高。扫描电镜见转染细胞分布均匀 ,伸展良好。结论　Ad-BMP - 2可高效转染hBMSC ,且促进细胞增殖及成骨转化。转染后细胞在PLA/PCL上生长良好 ,BMP - 2基因治疗的组织工程骨构建成功     

BMP—2基因转染的人骨髓基质干细胞复合PLA／PCL支架体外构建组织工程骨

目的 用人骨形态发生蛋白2腺病毒表达载体(Ad—BMP—2)转染的人骨髓基质干细胞(hBMSC)，复合PLA／PCL(聚乳酸／聚己内酯)生物降解支架体外构建组织工程骨。方法 用Ad—BMP—2转染体外培养的成人BMSC，免疫组化、原位杂交染色和蛋白印迹方法检测细胞BMP—2的表达，并通过流式细胞仪和ALP活性检测分析其对细胞增殖、分化的影响。然后将转染后细胞接种到PLA／PCL支架上，扫描电镜观察细胞贴附、生长状况。结果 转染后，hBMP—2基因在mRNA水平和蛋白水平均有表达；S期细胞比例和ALP活性明显增高。扫描电镜见转染细胞分布均匀，伸展良好。结论 Ad—BMP—2可高效转染hBMSC，且促进细胞增殖及成骨转化。转染后细胞在PLA／PCL上生长良好，BMP—2基因治疗的组织工程骨构建成功。     

重组PcDNA3.1-hBMP-2转染骨髓基质干细胞及复合异种骨支架体外构建组织工程骨

目的：构建人骨形态发生蛋白-2(human bone morphogenetic protein,，hBMP-2)真核表达载体PcDNA3．1-hBMP-2，转染兔骨髓基质干细胞(bane marrow stromal cells，BMSCs)，种植去抗原牛松质骨(bovine cancellous bone，BCB)支架体外构建组织工程骨。方法：蛋白印迹法检测转染后细胞BMP-2的表达，碱性磷酸酶(ALPase)活性检测分析基因转染对细胞分化的影响。然后将转染后细胞接种到BCB支架上，扫描电镜观察细胞贴附、生长状况。结果：转染后，BMSCs表达BMP-2，ALP活性明显增高。扫描电镜见转染细胞分布均匀，伸展良好。结论：在脂质体介导下，BMP-2基因可导入细胞且稳定表达基因产物促进自身增殖分化，转染后细胞在支架材料上贴附生长良好，为进一步应用携带BMP-2基因的人工骨修复骨缺损奠定了实验基础。     

转BMP-7基因BMSCs复合nHAC体外培养的实验研究

目的 建立能够稳定表达骨形态发生蛋白-7(BMP-7)的骨髓基质干细胞(BMSCs),并与纳米羟基磷灰石胶原(nHAC)材料复合培养体外构建组织工程骨.方法 用慢病毒把人BMP-7基因和增强型绿色荧光蛋白(eGFP)基因导入大鼠BMSCs,用G418筛选获得阳性细胞后接种于nHAC支架体外复合培养.荧光显微镜下观察eGFP表达, 判断感染效率;以四唑盐(MTT)实验检测细胞活力;RT-PCR、ELISA检测目的基因表达;碱性磷酸酶(ALP)活性检测成骨能力;扫描电镜观察细胞在支架材料中的黏附、生长状况.结果 慢病毒24 h对BMSCs的转染率约为90%;MTT实验显示细胞活性较未转染组无明显差异(P＞0.05);RT-PCR检测到BMP-7表达,在1 300 bp处出现特异性条带;ELISA检测24h BMP-7蛋白含量为(150.2±18.3)pg/ml;ALP活性以第16天左右最强;扫描电镜见细胞种植nHAC支架后粘附、生长良好.结论 BMP-7可在BMSCs内稳定表达,并诱导其向成骨分化;与nHAC复合培养可构建组织工程骨.     

慢病毒介导骨形态发生蛋白-7基因的干细胞用于组织工程骨构建的实验研究

目的 建立能够稳定表达骨形态发生蛋白-7(BMP-7)的骨髓基质干细胞(BMSCs),观察其成骨分化,并与纳米羟基磷灰石胶原(nHAC)材料复合培养体外构建组织工程骨的可行性.方法 实验分4组:BMP-7和eGFI基因转染组(A组)、eGFP基因转染组(B组)、常规成骨诱导组(C组)、未转染组(D组).用G418筛选获得阳性细胞后接种于nHAC支架体外复合培养.荧光显微镜下观察eGFP表达,判断转染效率;以逆转录-聚合酶链反应(RTPCR)、ELISA检测目的基因表达,四唑盐(MTT)实验检测细胞活力,碱性磷酸酶(ALP)活性和Gomori染色榆测成骨情况;扫描电镜观察细胞在支架材料中的黏附、生长状况.结果 慢病毒24 h对BMSCs的转染率约为90%.RTPCR检测到A组在1300 bp处出现特异性条带,其他组结果阴性;ELISA检测24 h BMP-7蛋白含量为(150.2±18.3)pg/mL,种植支架复合培养8周后BMP-7含量为(76.6±7.4)pg/mL;MTT实验显示细胞活性与未转染组比较差异无统计学意义(P>0.05);ALP活性以16 d最强;扫描电镜见细胞种植nHAC支架后黏附、生长良好.结论 BMP-7可在BMSCs内稳定表达,并诱导其向成骨分化;与nHAC复合培养可构建组织工程骨.     

腺病毒介导BMP-2和EGFP基因转染兔骨髓基质干细胞及种植脱钙骨的体外观察

目的用腺病毒载体介导人骨形态发生蛋白-2及EGFP基因转染兔骨髓基质干细胞(rBMSC),种植DBM(脱钙骨)支架体外构建组织工程骨。方法兔髓基质干细胞(rBMSC)的分离、培养;流式细胞仪检测细胞表面标记;转染后,荧光显微镜观察细胞最适感染复数(MOI)及蛋白印迹检测外源基因的表达情况;采用Urist提供的方法制备脱钙骨(DBM),用细胞计量法测定BMSCs与DBM复合培养的黏附率。然后将转染后细胞接种到DBM支架上,用荧光显微镜观察细胞是否成功粘附于支架材料上,扫描电镜观察细胞贴附、生长状况。结果 BMSCs细胞表型鉴定:CD44表达阳性,CD45表达阴性;转染后,蛋白印迹试验检测到BMP-2表达增高;骨髓间充质干细胞与脱钙骨基质的平均粘附率为(72.74±1.99)%;扫描电镜见转染细胞生长良好,伸出丝状突起,相互连接。结论成功培养及鉴定兔BMSCs,Ad-BMP-2/EGFP可高效转染兔BMSCs,转染后的细胞种植于DBM支架材料后生长状况良好,组织工程骨构建成功。     

腺病毒介导的骨形态发生蛋白2基因转染对成骨及血管化的影响

目的 观察骨形态发生蛋白2(BMP-2)基因转染人骨髓基质干细胞(hBMSC)对诱导成骨及血管化的影响，方法 基因转染后，检则骨钙素、Ⅰ型胶原和血管内皮生长因子(VEGF)的表达。并利用转染后的培养液上清诱导小鼠成纤维细胞(L929)。然后将转染后细胞接种到PLA／PCL(聚乳酸／聚己内酯)支架上，然后扫描电镜观察。结果 BMP-2基因转染后，可诱导hBMSC有L929骨钙索、Ⅰ型胶原呈阳性表达，VEGF的表达明显增高。转染细胞在支架中上生长良好，能量谱仪测得钙质分泌。蛋白印迹法检测到培养液中有BMP-2蛋白产生。结论 BMP-2基因转染可诱导hBMSC成骨转化，且通过上调VEGF表达促进血管化，复合转染后细胞构建的组织工程骨对治疗骨缺损具有重要意义。     

BMP2重组慢病毒转染兔BMSCs黏附DBM支架的生物矿化研究

目的 探究BMP2重组慢病毒转染兔骨髓间充质干细胞(BMSCs)黏附脱钙骨(DBM)支架体外构建转基因组织工程骨的生物矿化能力。方法 密度梯度离心及贴壁培养法获取第5代兔BMSCs,用BMP2重组慢病毒转染细胞，通过RT-PCR检测目的基因的表达，利用倒置荧光显微镜观察细胞在DBM支架上的生长情况，借助扫描电镜和能谱分析观测细胞在DBM支架上的表面微观形貌及生物矿化能力。结果 BMP2重组慢病毒成功转染兔BMSCs, RT-PCR显示转染后细胞能高效表达BMP2目的基因，在倒置荧光显微镜下观察见转染后细胞黏附在DBM支架上呈满天星样，并沿DBM支架孔隙内壁贴壁叠加生长、分裂增殖，扫描电镜下见细胞填满整个DBM支架孔隙，分泌大量细胞外基质，并在DBM支架表面形成凹凸不平的光泽结晶矿化物，能谱分析显示其钙磷比(Ca/P)为1.89±0.31,与正常骨组织成分相近(P>0.05)。结论 BMP2重组慢病毒转染兔BMSCs黏附DBM支架构建的转基因组织工程骨成功完成了生物矿化过程，体现出较好的生物矿化能力。     

玉米醇溶蛋白仿生组织工程支架材料体内外诱导成骨的实验研究

目的 检测玉米醇溶蛋白(zein)仿生三维多孔支架材料的生物相容性、骨诱导性和生物可降解性. 方法 将人骨髓基质干细胞(BMSCs)载人海藻酸钠或zein制成复合物.通过扫描电镜观察、噻唑蓝分析法以及碱性磷酸酶染色与定量检测,分别比较zein和海藻酸钠对BMSCs体外黏附、增殖和分化的影响.取24只8周龄裸鼠,随机分为两组,制成肌袋植入异位成骨模型.对照组单纯植入zein,实验组植入zein与兔BMSCs复合物.术后2、4、8和12周取材进行影像学和组织学观察. 结果 与海藻酸钠相比,zein在任何时间段均能够更好地促进兔BMSCs的体外增殖和分化,差异有统计学意义(P<0.05).同时,与单纯植入zein相比,BMSCs能够增强zein体内诱导成骨的作用. 结论 zein具有良好的生物相容性、骨诱导性和生物可降解性.     

Bone Morphogenetic Protein-6-loaded Chitosan Scaffolds Enhance the Osteoblastic Characteristics of MC3T3-E1 Cells

The purpose of this study is to investigate the convenience of bone morphogenetic protein-6 (BMP-6)-loaded chitosan scaffolds with preosteoblastic cells for bone tissue engineering. MC3T3-E1 cells were seeded into three different groups: chitosan scaffolds, BMP-6-loaded chitosan scaffolds, and chitosan scaffolds with free BMP-6 in culture medium. Tissue-engineered constructs were characterized by 3-(4, 5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyl-tetrazoliumbromide assay, scanning electron microscopy (SEM), mineralization assay (von Kossa), alkaline phosphatase (ALP) activity, and osteocalcin (OCN) assays. BMP-6-loaded chitosan scaffolds supported proliferation of the MC3T3-E1 mouse osteogenic cells in a similar pattern as the unloaded chitosan scaffolds group and as the chitosan scaffolds with free BMP-6 group. SEM images of the cell-seeded scaffolds revealed significant acceleration of extracellular matrix synthesis in BMP-6-loaded chitosan scaffolds. Both levels of ALP and OCN were higher in BMP-6-loaded chitosan scaffold group compared with the other two groups. In addition, BMP-6-loaded scaffolds showed strong staining in mineralization assays. These findings suggest that BMP-6-loaded chitosan scaffold supports cellular functions of the osteoblastic cells; therefore, this scaffold is considered as a new promising vehicle for bone tissue engineering applications.     

以软骨细胞外基质与脱细胞骨基质构建组织工程骨软骨双层支架及其性能的研究

目的 探讨采用软骨细胞外基质(CECM)与脱细胞骨基质(ACBM)为材料制作新型组织工程骨软骨双层支架的可行性,并检测其性能.方法 双层支架的骨部分以犬松质骨制备的ACBM为原料,软骨部分以人CECM为材料,采用冷冻冻干法制备CECM/ACBM双层支架并交联.测定支架孔隙率,采用四甲基偶氮唑盐(MTT)法分析支架浸提液毒性.分离培养犬骨髓基质干细胞(BMSCs),成软骨诱导后种植到支架上,倒置显微镜、电镜、Dead/Live荧光染色观察细胞在支架的生长、分化情况.结果 扫描电镜及Micro-CT观察显示支架内孔洞相互贯通呈海绵状,CECM部分孔径(155±34)μm,孔隙率为91.3%±2.0%;ACBM部分具有大然骨的孔径和空隙率,骨软骨部分结合良好.培养1～6 d不同浓度支架浸提液与对照培养液吸光度值比较羌异均无统计学意义(P＞0.05).倒置显微镜、电镜检查结果表明BMSCs在支架上黏附良好,细胞基质分泌增加,Dead/Live荧光染色表明双层支架内细胞均呈绿色.结论 CECM/ACBM骨软骨双层支架具备良好的孔径和孔隙率,骨、软骨两层间结合良好,无毒,生物相容性良好,可作为支架载体用于组织工程骨软骨复合体的构建.

Abstract：

Objective To fabricate a novel bilayered scaffold constructed with cartilage extracellular matrix (CECM) and acellular bone matrix (ACBM) for osteochondral tissue engineering.Methods The bone layer of the osteochondral scaffold was prepared using canine bone cancellous bone columns, and the cartilage layer was fabricated using CECM.After CECM microfilaments were decellularized, the biphasic scaffolds were fabricated by soaking the ACBM columns into cylindrical silicon moulds with a 30 g/L CECM suspension using simple freeze-drying method.After the scaffolds were cross-linked, the porosity was measureed.MTT test was also done to assess cytotoxicity of the scaffolds.Canine bone marrow-derived mesenchymal stem cells (BMSCs) were induced by chondrogenic medium and seeded into novel scaffold.Cell proliferation and differentiation were analyzed using inverted microscopy, scanning electron microscopy (SEM)and Dead/Live staining method.Results SEM and Micro-CT revealed a 3-D interconnected porous structure, with the CECM pore diameter of 155 ± 34 μm and the porosity of 91.3% ± 2.0%.Cytotoxicity testing with MTT revealed no significant difference in absorbance among different extracts, showing no cytotoxic effect of the scaffold on BMSCs.Inverted microscopy and SEM showed that the novel scaffold could provide a suitable 3-D environment to support the adhesion, proliferation and differentiation of BMSCs to chondroeytes in culture with chondrogenic medium.Confocal microscopy of cell-scaffold constructs revealed cells with green fluorescence.Conclusion Since the novel CECM/ACBM bilayered integrated osteochondral scaffold has good mircostructure, non-toxicity and good biocompatibility, it may be a suitable candidate as an alternative cell-carrier for osteochondral tissue engineering.     

聚羟基烷酸酯与绵羊骨髓基质干细胞相容性的研究

目的评价聚羟基烷酸酯(PHBV)作为组织工程支架与绵羊骨髓基质干细胞(BMSCs)的生物相容性。方法原代培养绵羊BMSCs,传至2～3代后,接种至PHBV膜和泡沫样三维支架上,光镜和扫描电镜观察细胞形态,计数1、2、6 h时的细胞黏附率;并以接种至培养板上细胞为对照组,每日细胞计数,绘制生长曲线;按培养液量与支架体积10 mL／cm3为标准浓度制备浸提液,并制备标准浓度1／16～16倍的浸提液,以MTT法检测细胞毒性;流式细胞仪分析接种到材料上的细胞周期,计算增殖指数;BMSCs接种于PHBV三维支架上4、8、12 d,以Hoechst33258荧光法定量测定细胞内DNA含量, BCA法测定蛋白质含量。结果第3代BMSCs接种至PHBV膜上2 h后即大部黏附,黏附率75．6％,与对照组相比差异无统计学意义,绘制生长曲线见细胞生长与对照组无差异;MTT法检测见9个浓度梯度的浸提液毒性均为0级;光镜和扫描电镜观察见细胞接种于PHBV膜上2 h后大部分黏附,3 d后伸展良好,呈纺锤形或梭形,在三维支架的孔隙内立体生长,1周开始细胞间连接,3周广泛连接,分泌大量基质;流式细胞分析见接种于材料上的细胞周期无变化;接种至PHBV三维支架上的细胞内DNA、蛋白质浓度与对照组比较无差异。结论PHBV作为BMSCs的组织工程支架材料,具有良好的生物相容性。     

组织工程化软骨分泌的可溶性因子对骨髓基质干细胞诱导作用的实验研究

目的 探讨组织工程化软骨分泌的可溶性因子是否能够单独诱导骨髓基质干细胞(bone marrow stromai cells,BMSCs)软骨分化.方法 体外培养扩增猪BMSCs、猪关节软骨细胞以及皮肤成纤维细胞,以5.0×107/ml的细胞终浓度分别接种于聚羟基乙酸/聚乳酸(PGA/PLA)支架,应用隔离池进行隔离共培养.以软骨细胞-材料复合物与BMSCs-材料复合物隔离共培养为实验组,以皮肤成纤维细胞-材料复合物与BMSCs-材料复合物隔离共培养为对照组1,以单纯BMSCs-材料复合物为对照组2.各组标本均于体外培养8周后取材,通过大体观察,组织学,以及免疫组织化学,RT-PCR等方法对新生组织进行评价.结果 隔离共培养8周后,实验组软骨细胞材料-复合物诱导的BMSCs-材料复合物形成的组织略有缩小,外观类似软骨组织,组织学检测见软骨陷窝样结构,SafraninO染色可见软骨特异性基质分泌,免疫组化显示有大量Ⅱ型胶原沉积,RT-PCR检测组织表达Ⅱ型胶原、Ⅸ型胶原、COMP、Sox9等软骨特异性基因,提示形成了较成熟软骨样组织;而对照组成纤维细胞材料复合物诱导的BMSCs-材料复合物和未经任何诱导的BMSCs-材料复合物形成的组织淡黄色,明显缩小、变薄、质地较软,组织学检测均未形成软骨陷窝样结构,主要为纤维性成分,各种软骨特异性相关检测均为阴性.结论 软骨细胞分泌的可溶性因子能够单独诱导BMSCs软骨分化,可能是软骨细胞形成的微环境中发挥诱导作用的主要因素.