骨软骨组织工程支架的研究现状

据统计，美国40岁以上人口中患有不同程度关节疾病的占人群的90％以上，每年在治疗该种疾病方面要耗费286亿美元。外伤以及关节的炎症会导致骨软骨缺损，影响关节的力学稳定性，从而导致骨性关节炎和关节退行性病变的发生。相关研究表明软骨下骨层对软骨的修复具有极其重要的作用。骨软骨支架的制备可以解决自体骨软骨移植的局限性。     

两种自制支架材料对体外培养关节软骨细胞生长与代谢的影响

目的 评定两种自制支架材料DL－聚乳酸支架，聚磷酸钙纤维对体外培养关节软骨细胞生长与代谢的影响。方法 采用材料样品与体外单层培养关节软骨细胞直接接触法，并对其进行倒置显微镜观察，培养细胞计数与DAN含量及其细胞外基质^35S掺入量和羟脯氨酸含量测定。结果 两种支架材料可与培养关节软骨细胞完全相容，无关节软骨细胞毒性；对培养关节软骨细胞的DNA，蛋白多糖及胶原合成无异常影响。结论 两种支架材料具有良好的关节软骨细胞相容性，对其功能物质的合成无异常影响，经其结构与性能优化，即可满足关节软骨组织工程制备的各项要求。     

羟基磷灰石在骨软骨组织工程支架材料的研究进展

随着软骨组织工程技术的研究与发展,近年来认识到软骨修复中软骨下力学性能的支持对软骨修复起着关键的作用,同时软骨下骨促进移植物与宿主组织的锚定。羟基磷灰石因其具有良好的骨传导性能和生物活性,能与软骨下骨组织形成牢固的骨性结合促进支架材料的锚定,近年来被广泛应用于骨软骨组织工程支架材料,本文将对近年来羟基磷灰石在骨软骨组织工程支架材料中的应用作一综述。     

软骨组织工程中支架材料的研究

随着材料学、生命科学及相关学科的发展,一门新的学科正在兴起,即组织工程技术。其基本方法是:将体外培养的高浓度的功能相关的活细胞种植于具备良好生物相容性和可降解性的支架,形成细胞支架复合物,然后,将这种复合物移植到动物体内组织缺损部位,最终形成一个与机体本身在组织学及生化组成上完全相同的组织,从而完成组织缺损的修复与再造。组织工程学的中心环节是支架材料,如何在原有研究的基础上研获理想的生物活性支架,已成为组织工程这一重大课题的核心热点和难点。     

软骨组织工程支架材料的研究进展

软骨组织工程支架材料要求具有特定的生化、物理性质,如极强的生物相容性、合适的生物降解性、可控的孔径大小、足够的孔隙率等。随着软骨组织工程的发展,如何选取理想的支架材料已成为这一课题的关键。文中就近年来软骨组织工程的支架材料研究进展进行综述。     

利用脱细胞骨软骨纤维支架形成可修复软骨缺损的软骨-骨复合组织

【立论依据】 目前,因自体软骨组织修复力极其有限,故对软骨缺损的治疗是临床上的一大难题。现在的治疗方式多为手术移植治疗,包括自体骨移植,单一软骨组织移植以及高分子材料支架移植,但存在损伤大,细胞存活率低和机体相容性差等不足。对此,体外构建一种克服传统治疗缺点的新的组织工程材料显得极其重要。 【设计思路】 因自体骨移植损伤大,故设计体外构建组织材料;因单一软骨组织移植机体相容性差,故设计构建软骨骨复合组织;因软骨细胞存活率低,故设计构造脱细胞骨软骨纤维支架种植细胞,提供骨、软骨细胞最佳生长微环境。所以,实验设计体外利用异体脱细胞骨软骨纤维支架构建软骨-骨复合组织,再移植到动物体内生长,从而提供一种治疗软骨缺损性疾病的新的组织工程材料。 【实验内容】 (1)分离、纯化与培养兔骨髓中的间充质干细胞。(2)体外脱细胞处理家兔髌骨股骨侧的骨软骨块构建骨软骨纤维支架,对支架进行力学测试、镜下观察、异体免疫性观测等。(3)将间充质干细胞移植到脱细胞支架上,利用支架双层存留细胞外基质的诱导作用在骨和软骨层分别诱导干细胞分化形成成骨细胞和软骨细胞。(4)将得到的复合组织移植到裸鼠背部皮下,跟踪观测组织直径大小变化、生长状况、组织构成等。(5)构建兔膝关节股骨关节面软骨缺损模型,进行移植手术,持续观测实验对象膝关节活动度及应力性、影像学表现,最后做缺损修补处切片镜下观察对比,分析评估实验构建组织工程材料是否优于传统移植材料。 【材料】 实验动物家兔、裸鼠;30 g/L戊巴比妥钠、胎牛血清、0.35 mmol/L苯甲基磺酰氟、1% TritonX-100等。 【可行性】 实验动物和相关试验方法为常规操作,且已有相关实验基础。 【创新性】 实验设计的骨软骨复合组织克服了传统移植所用单一软骨组织机体相容性低和细胞存活率低的缺点,可以实现从试验台到临床的转化医学概念,为软骨缺损性疾病的移植治疗提供思路,有重要的临床意义。     

组织工程支架在骨软骨修复中的应用进展

因运动损伤、事故创伤所导致的骨软骨损伤逐渐增加,骨软骨损伤的修复也越来越受到重视。基于目前的研究,骨软骨组织工程支架在充分利用材料、信号分子的多种途径方面表现出巨大的潜能。支架设计需要考虑的基本要素是具有适当孔隙的双相结构和界面整合能力,组成物质的梯度分布和相适应的机械性能。支架的表面修饰技术可以改善细胞调节和信号分子递送。功能性支架可调控多信号转导分子递送的功能,被认为是有希望的治疗方法。     

关节软骨组织工程修复的支架材料

组织工程技术是新的关节软骨缺损的修复方法，受到广泛的关注，其不同于单纯细胞移植的一个特征就是其应用了支架技术。组织工程的支架材料有着特殊的要求，前人的研究已取得一定的成果，但组织工程从实验室研究阶段到临床上的广泛应用尚需进一步的完善和改进。     

复合支架材料在软骨组织工程中的研究进展

用于软骨组织工程的支架材料种类众多,但尚未发现一种理想的材料可满足组织工程的需要,但将各种材料进行复合可为组织工程的需要带来新的希望.现就复合支架材料在软骨组织工程中的研究作一综述.     

可降解高分子材料在骨、软骨组织工程中的应用

1　引言因疾病、手术或老化造成组织、器官的缺损、缺失以及功能障碍是人类健康面临的重要危害之一。虽然通过个体间器官的移植、外科再造来修复组织、器官的缺损也曾拯救或延长了少数人的生命 ,但仍存在不少问题。现有的医学技术 ,在修复和治疗人体各种组织和器官方面 ,临床上大致有三种方法可应用 :即自体组织移植、异体组织移植和应用人工合成代用品。但这些方法由于种种问题还不能完全满足临床需要。如自体组织移植又造成修复移植部位损伤 ;在异体组织移植中会产生免疫排斥反应 ,而某些组织的供体如肾脏、肝脏由于来源困难 ,数量不多 ,…     

壳多糖组织工程支架材料的制备及其应用

目的:探索一种简单的制备壳多糖细胞外基质网架的方法,考察该基质网架作为组织工程支架材料应用的可行性。方法:壳多糖溶于乙酸,搅拌成均匀泡沫状,冷冻铸型制成海绵状多孔基质网架。利用光镜、电镜等方法测定该网架的孔径和空孔率。分别应用该网架构建复层组织工程皮肤和组织工程软骨。 结果：制备的壳多糖网架外观呈多孔海绵状,光镜下观察有大小不等的孔隙;扫描电镜下观察,网架错综相连成许多网孔,孔径为83～136 μm,平均孔径为110 μm,平均三维空孔率为78%。构建的复层组织工程皮肤具有与天然皮肤极为相似的表皮和真皮双层结构,皮肤角朊细胞和成纤维细胞贴附于网架生长、增殖,形成连续的细胞层,细胞层数增多明显,并分泌角质样物质和基质样物质,网架逐渐降解。软骨细胞在网架上贴附、增殖良好,并分泌细胞外基质;组织学观察有新生软骨组织形成。结论：制备的壳多糖细胞外基质网架具有一定的孔径和空孔率,适于细胞贴附生长和增殖,将其作为组织工程支架材料具有较好的应用前景。     

异种脱蛋白松质骨载体的制备及性能评价

目的研究探讨异种脱蛋白松质骨性能,以制备综合性能优异的骨组织工程载体材料。方法我们将取材于成年猪股骨远端松质骨通过理化方法制作成脱蛋白松质骨载体,并对载体形态结构、组成成分、载体与种子细胞黏附及生长增殖情况以及生物力学特性进行检测分析。同时将载体材料复合自体骨髓间充质干细胞和骨形态生长因子植入成年山羊横突间进行组织工程化成骨融合,观察成骨情况,并通过免疫酶组织染色方法检测异种脱蛋白松质骨的免疫原性。结果脱蛋白松质骨具有天然网状孔隙结构,其无机成分为羟基磷灰石,有机成分为Ⅰ型胶原,力学性能保存良好,有良好的细胞相容性,免疫原性检测阴性。异种脱蛋白松质骨复合rhBMP-2和MSCs植入体内后多点成骨,效果满意。结论异种脱蛋白松质骨是一种良好的载体材料。     

可调控纤维增强型骨组织工程支架的制备及表征

目的：获得一种新型人工骨,使其最大限度地接近自体骨,用于修复骨缺损。方法采用粒子溶出造孔法,用棒状谷氨酸钠晶体颗粒作为造孔剂,制备磷酸钙骨水泥三维多孔支架。测定不同制孔剂质量比复合材料的孔径、孔隙率与力学性能的关系;将浸泡后的样品烘干,在研钵体中研磨成粉体用X射线衍射仪进行物相分析;对支架材料进行扫描电镜观察。结果复合支架的孔隙率可达（80.2±2.2）％,孔隙直径100～600μm;复合纤维支架材料的强度提高了3～5倍,韧性明显增强（ P＜0.05）。结论谷氨酸钠晶体作为造孔剂安全有效,加入不同质量比可调控复合支架材料的孔隙率;聚磷酸钙纤维明显改善了复合支架材料的力学性能。     

壳聚糖膜覆盖3D打印双相磷酸钙骨组织工程支架的制备和性能

目的：将壳聚糖（CS）膜覆于3D打印制备的双相磷酸钙（BCP）支架上制备成复合支架,探讨其在骨组织工程中的应用潜力。方法：采用3D打印制备BCP支架,采用CS膜覆盖制备BCP/CS支架。采用原子力显微镜和扫描电子显微镜分别观察2组支架的表面粗糙度和超微结构,通过平均称重法测定2组支架吸水率。培养小鼠前成骨细胞（MC3T3-E1）,采用CCK-8法分别测定2种支架浸提液与细胞共培养不同时间（1、3和5 d）的毒性等级,同时设空白组;将2组支架分别与细胞共培养,采用CCK-8法检测不同时间（1、3、5和7 d）细胞的增殖活性。结果：原子力显微镜下观察,BCP/CS支架表面粗糙度低于BCP支架。扫描电子显微镜下观察,BCP支架平均孔径为350~450 μm,BCP/CS支架平均孔径为250~300 μm。BCP支架吸水率为（32.00±2.43）%,BCP/CS支架吸水率为（37.75±2.21）%,2组间吸水率比较差异有统计学意义（P<0.05）。按照国家标准（GB/T16886.5-2003）对2组支架浸提液毒性进行评级,在1、3和5d时,2组支架毒性等级均为0级、1级和1级。MC3T3-E1细胞可在BCP/CS和BCP支架上黏附并增殖,2组细胞数量均随着时间的延长均呈单纯性升高,培养至第7天时BCP/CS支架组细胞增殖活性明显高于BCP支架组和空白组（P<0.05）。结论：BCP/CS复合支架具有符合骨组织工程支架材料的表征,无细胞毒性,并且可以提高细胞的增殖能力,具有作为骨组织工程支架的潜力。     

柱形藻酸钙载体制备及复合兔膝关节软骨细胞的初步观察

目的 构建用于软组织工程研究的新型细胞载体。方法 通过向一定浓度的藻酸钠中加入二价阳离子并置入特殊模具中，经冷脱水等处理。获得圆柱形藻酸钙载体。并复合软骨细胞观察。结果 制备的藻酸钙载体具有网眼状结构。孔隙为60-160um，嵴上并可见10-20um的小洞。复合细胞组可见网眼中有数目不等的软骨细胞。结论柱形藻酸钙载体初步具备作为软骨细胞载体的条件。可用于软骨组织工程的研究。     

应用几丁质胶原网架构建组织工程软骨

目的：探索利用几丁质胶原网架构建组织工程人工软骨的方法。 方法：取2周龄的新生兔关节软骨,经消化、传代培养后,将获得的软骨细胞与牛Ⅰ型胶原、人血冻干纤维蛋白原、凝血酶按一定比例混合,将几丁质纤维网架浸入上述混合物中制成人工软骨培养物并在体外培养。将培养1周的组织工程培养物,植入同种异体动物皮下组织培养4周,观察组织工程软骨的形成情况。 结果：细胞在几丁质网架培养物中分布均匀,细胞多呈三角形或梭形,培养物体积收缩不明显,经体内培养存活的软骨细胞分泌Ⅱ型胶原,有血管和炎性细胞的侵入。结论：用胶原蛋白和人血纤维蛋白混合凝胶与几丁质纤维网架载体为支架植入软骨细胞以后,在体外和体内都可以培养构建出较大的组织工程软骨。     

新型快速成形的三维多孔支架材料构建组织工程软骨

目的:探讨以骨髓基质细胞(BMSC)为种子细胞,以快速成形的生物相容性材料为支架构建组织工程软骨的可行性.方法:成年兔BMSC在成软骨培养液中诱导培养,使之具有软骨细胞表型后,接种于快速成形的生物相容性三维支架材料聚乳酸/聚羟乙酸共聚物(poly-lactic-co-glycolic acid,PLGA),经体外培养扩增2 wk后植入自体肌袋,术后8 wk取材,进行组织学、甲苯胺蓝染色及II型胶原免疫组织化学观察.结果:成年兔BMSC在体外可诱导为软骨细胞,接种于三维支架材料培养后,扫描电境观察见细胞在支架上可大量扩增;接种细胞的支架植入自体肌袋8 wk,可形成软骨样组织,甲苯胺蓝染色及II型胶原免疫组化染色阳性.结论:具有软骨细胞表型的BMSC接种于快速成形的三维支架材料在体内非关节环境可形成软骨样组织.     

可同时释放两种骨形态发生蛋白复合支架的制备

目的 研制一种可同时释放骨形态发生蛋白2 (BMP-2)和骨形态发生蛋白7(BMP-7)的生物活性复合支架,以应用于骨组织工程的研究.方法 分别采用复乳溶剂挥发法和相分离法制备负载BMP-2和BMP-7的聚乳酸/羟基乙酸-聚乙二醇(PGLA-PEG)微球和三维多孔的聚己内酯(PCL)支架.然后采用改良的二氯甲烷熏蒸法将PGLA-PEG微球黏附在PCL支架上,形成同时负载BMP-2和BMP-7的复合支架,并检测BMP-2和BMP-7的缓释效果.将人成骨细胞系hFOB1.19分别种植在复合支架和传统支架中,研究支架上的细胞增殖能力和成骨分化能力.结果 制备的复合支架能同时缓慢地释放BMP-2和BMP-7.细胞培养第10天,复合支架上的细胞活性优于传统支架(P＜0.01),细胞形态正常.复合支架上细胞的碱性磷酸酶和Ⅰ型胶原蛋白、骨钙素、骨桥蛋白3种成骨基因的mRNA水平均高于传统支架(P＜0.05,P＜0.01).结论 成功研制出一种可同时释放BMP-2和BMP-7的生物活性复合支架,并可用于骨组织工程的研究.     

In vitro cartilage production using an extracellular matrix-derived scaffold and bone marrow-derived mesenchymal stem cells

Background Cartilage repair is a challenging research area because of the limited healing capacity of adult articular cartilage.We had previously developed a natural,human cartilage extracellular matrix （ECM）-derived scaffold for in vivo cartilage tissue engineering in nude mice.However,before these scaffolds can be used in clinical applications in vivo,the in vitro effects should be further explored.Methods We produced cartilage in vitro using a natural cartilage ECM-derived scaffold.The scaffolds were fabricated by combining a decellularization procedure with a freeze-drying technique and were characterized by scanning electron microscopy （SEM）,micro-computed tomography （micro-CT）,histological staining,cytotoxicity assay,biochemical and biomechanical analysis.After being chondrogenically induced,the induction results of BMSCs were analyzed by histology and Immunohisto-chemistry.The attachment and viability assessment of the cells on scaffolds were analyzed using SEM and LIVE/DEAD staining.Cell-scaffold constructs cultured in vitro for 1 week and 3 weeks were analyzed using histological and immunohistochemical methods.Results SEM and micro-CT revealed a 3-D interconnected porous structure.The majority of the cartilage ECM was found in the scaffold following the removal of cellular debris,and stained positive for safranin O and collagen Ⅱ.Viability staining indicated no cytotoxic effects of the scaffold.Biochemical analysis showed that collagen content was （708.2±44.7）μg/mg,with GAG （254.7±25.9） μg/mg.Mechanical testing showed the compression moduli （E） were （1.226±0.288） and （0.052±0.007） MPa in dry and wet conditions,respectively.Isolated canine bone marrow-derived stem cells （BMSCs） were induced down a chondrogenic pathway,labeled with PKH26,and seeded onto the scaffold.Immunofluorescent staining of the cell-scaffold constructs indicated that chondrocyte-like cells were derived from seeded BMSCs and excreted ECM.The cell-scaffold constructs contained pink,smooth and translucent cartilage-like tissue after 3 weeks of culture.We observed evenly distributed cartilage ECM proteoglycans and collagen type Ⅱ around seeded BMSCs on the surface and inside the pores throughout the scaffold.Conclusion This study stuggests that a cartilage ECM scaffold holds much promise for in vitro cartilage tissue engineering.