人脐带Wharton胶中间充质干细胞体外无支架组织工程软骨的构建

背景:构建组织工程软骨的方法多为自体种子细胞复合天然或合成物支架,目前多存在种子细胞来源有限、支架安全性和生物相容性、以及细胞在支架中分布不均的问题.目的:探讨人脐带Wharton胶中间充质干细胞向软骨诱导分化并体外构建无支架组织工程软骨的可行性.方法:分离培养人脐带Wharton胶中的间充质干细胞,进行流式细胞学鉴定.对软骨诱导前后的细胞进行组织学和免疫组织化学染色,对其表达的葡萄糖胺聚糖和Ⅱ型胶原进行定量研究,并应用RT-PCR检测软骨诱导前后Ⅱ型胶原和Sox-9mRNA的表达.采用密集诱导培养→离心管培养→生物反应器培养,进行体外构建无支架软骨组织.结果与结论:人脐带Wharton胶富含干细胞,流式细胞仪检测结果显示这些细胞不表达造血干细胞标志,表达CD44,CD105、CD271等间充质干细胞表面标志;HLA-ABC阳性表达,HLA-DPDQDR阴性表达.未进行软骨诱导的细胞弱表达软骨细胞标志,诱导后葡萄糖胺聚糖和Ⅱ型胶原显著增高.RT-PCR结果显示人脐带Wharton胶间充质干细胞诱导前后均表达Sox-9、Ⅱ型胶原mRNA.说明人脐带Wharton胶间充质干细胞具有前软骨细胞的特性.采用密集诱导培养结合生物反应器培养,不用支架,体外可以构建成大块组织工一[程软骨.表明人脐带Wharton胶间充质干细胞是一种良好的构建组织工程软骨的种子细胞.     

聚乳酸/壳聚糖纳米纤维/纳米羟基磷灰石支架与兔软骨细胞的相容性

背景：传统的支架材料存在疏水性强,材料表面缺乏细胞表面受体特异结合的生物活性分子,材料的酸性降解产物易引发无菌性炎性反应等不足。根据仿生原理及软骨真实结构和构成来选择和制备组织工程软骨支架能够获得理想效果。目的：制备聚乳酸/壳聚糖纳米纤维/纳米羟基磷灰石支架,评价其与兔膝关节软骨细胞的生物相容性,探讨其应用于关节软骨组织工程的可行性。方法：采用二次相分离技术制备聚乳酸/壳聚糖纳米纤维/纳米羟基磷灰石复合支架,将第3代新西兰兔软骨细胞接种至复合支架材料上复合培养,倒置相差显微镜下观察细胞生长情况。细胞-支架复合物在24孔板中培养5d以后,将其植入裸鼠皮下8周。结果与结论：聚乳酸/壳聚糖纳米纤维/纳米羟基磷灰石支架材料经化学合成后,具有合适的三维多孔结构,孔隙率为90%孔径300-450μm;植入裸鼠皮下8周后Ⅱ型胶原免疫组织化学染色和甲苯胺蓝染色显示细胞-支架复合物中的软骨细胞可以像天然软骨一样分泌黏多糖和Ⅱ型胶原。提示生物材料聚乳酸/壳聚糖纳米纤维/纳米羟基磷灰石对于兔软骨细胞有良好的生物相容性,可作为生物组织工程支架。     

以交联透明质酸钠为支架体外构建组织工程软骨简

背景：采用组织工程技术再生和重建软骨是目前修复软骨组织缺损效果最好、最有应用前景的方法。 目的：以体外培养的软骨细胞和交联透明质酸钠为支架材料，开发一套体外构建组织工程软骨的完整方案。方法：分离新西兰兔膝关节软骨细胞，制成细胞悬液滴加于交联透明质酸钠支架上，体外复合培养21 d，提取RNA进行RT-PCR检测，制备冰冻切片进行显微观察和免疫组织化学观察。 结果与结论：软骨细胞接种于交联透明质酸钠支架材料后，可贴附于支架上生长，并且大量细胞聚集成团，在支架材料的纤维间隙中生长或呈单层细胞附着于支架材料纤维。细胞-支架复合物表达软骨组织特异性蛋白聚糖基因和Ⅱ型胶原α1基因，以及软骨组织特异性蛋白Ⅱ型胶原蛋白，可维持软骨细胞表型。表明培养的细胞-支架复合物在体外培养可形成软骨细胞外基质，有望获得组织工程软骨组织。     

以脱细胞牛软骨基质为支架体外构建组织工程软骨的实验研究

目的以脱细胞牛软骨基质（acellular cartilaginous matrix,ACM）作支架体外构建组织工程软骨,了解其作为软骨组织工程支架的可行性。方法 2003年1月-2005年12月联合应用冻干-反复冻融-酶消化法对牛软骨基质行脱细胞处理。将体外培养扩增的2～5代兔软骨细胞接种在材料上,体外培养3周,观察软骨细胞在支架材料上的生长分布情况。结果软骨细胞在制备的ACM上可较好地黏附生长,并且分泌大量Ⅱ型胶原和葡萄糖胺聚糖;但软骨细胞不能长入ACM内部,只能在表层生长,少量软骨细胞分布在ACM孔隙中。结论 ACM支架材料具有良好的细胞相容性和活性,并且能促进软骨细胞增殖和维持软骨细胞表型。     

聚乳酸/聚乙醇酸与脱细胞软骨粒支架及聚乳酸/聚乙醇酸-脱细胞软骨粒支架体外构建组织工程软骨的比较

背景:聚乳酸,聚乙醇酸具有良好的生物力学性能,但是细胞黏附性较差,而脱细胞软骨基质具有较好的细胞黏附性和亲水性,能介导细胞间信号传导及相互作用,但是生物力学性能不好.课题组制备的聚乳酸,聚乙醇酸脱细胞软骨基质支架材料,弥补了2种材料各自的缺点,有望成为一种新型支架材料.目的:比较聚乳酸,聚乙醇酸、脱细胞软骨基质、聚乳酸/聚乙醇酸脱细胞软骨基质3种支架体外构建组织工程软骨的生长情况.设计、时间及地点:对比观察实验,于2008-03/09在山西医科大学实验室完成.材料:聚乳酸,聚乙醇酸平均孔径为100-200μm,孔隙率为94%左右,脱细胞软骨基质支架平均孔径为70-100 μm,孔隙率为85%左右,聚乳酸,聚乙醇酸脱细胞软骨基质平均孔径为100-300 μm,孔隙率为90%左右.方法:根据支架材料的不同,实验分为3组,分别为聚乳酸/聚乙醇酸支架组,脱细胞软骨粒支架组,聚乳酸,聚乙醇酸-脱细胞软骨粒支架组,将猪软骨细胞分离、培养、扩增、接种于3种支架,体外联合培养8周.主要观察指标:免疫组化染色检测Ⅱ型胶原表达;反转录-聚合酶链反应检测组织工程软骨细胞内Ⅱ型胶原mRNA含量;Hoechst 33258荧光法测定DNA含量.结果:软骨细胞在聚乳酸/聚乙醇酸-脱细胞软骨粒支架组生长良好,8周后仍能维持软骨细胞表型,其分泌Ⅱ型胶原的能力优于其他两组.聚乳酸,聚乙醇酸-脱细胞软骨粒支架组DNA含量、Ⅱ型胶原mRNA含量最高,脱细胞软骨基质组次之,聚乳酸,聚乙醇酸组最低,单因素方差分析显示差异有显著性意义(P<0.01).结论:聚乳酸,聚乙醇酸-脱细胞软骨粒支架更适于细胞生长、黏附,更有利于维持细胞表型和促进软骨细胞分泌Ⅱ型胶原.     

骨髓间充质干细胞出现软骨细胞表型后与壳聚糖/胶原三维多孔支架的复合培养

背景：体外单层诱导骨髓问充质干细胞转化为软骨细胞后，但仍存在难以长期扩增培养，容易出现去极化的现象。 目的：观察体外诱导骨髓间充质干细胞出现软骨细胞表型后，在自制复合壳聚糖，胶原三维多孔支架上构建组织工程化软骨的特点。 设计、时间及地点：以细胞为对象的单一样本观察，于2006—12／2007—09在首都医科大学细胞与遗传实验室完成。 材料：1岁龄骨骼成熟的健康绵羊。雌雄不拘，体质量20～30kg。 方法：采用密度梯度离心法分离羊骨髓间充质干细胞，体外培养至第3代时，实验组以特定诱导液培养2周，以未经诱导培养的细胞为对照，两组均接种于自制的壳聚糖／胶原三维多孔支架中。 主要观察指标：在相差显微镜和扫描电镜下观察细胞形态、增殖和功能改变情况，Ⅱ型胶原免疫组织化学染色鉴定形成软骨组织的特征。 结果：壳聚糖/胶原接种细胞悬液后，细胞迅速扩散到支架孔隙内，分布均匀，不易脱落，有较好的亲水性和黏附性。实验组细胞在三维立体诱导培养环境中，一直成球状聚集生长，生长旺盛，2周时肉眼即可隐约看见支架孔隙内的细胞团块，4周时则更加明显，甚至向支架表面外向生长。组织学检查发现诱导分化后的细胞分泌大量的细胞外基质，Ⅱ型胶原免疫组织化学染色阳性说明分泌的细胞外基质中含有软骨组织特有的Ⅱ型胶原，形成类似于正常软骨组织的组织工程化软骨。结论：在壳聚糖肢原三维立体诱导培养环境中，骨髓间充质干细胞能够很好的转化为软骨细胞，保持表型不变，继续增殖、代谢以及分泌细胞外基质，形成软骨组织。     

海藻酸钠载体中成年兔关节软骨细胞生长情况

目的:软骨细胞单层培养条件下增殖较快,但极易失分化,在生物载体材料构成的立体环境中培养,则能较好的维持表型。实验以海藻酸钠为载体,观察兔关节软骨细表型及增殖情况。方法:实验于2005-09/2006-12在山西医科大学第二医院骨科实验室完成。①实验动物和材料:6月龄新西兰大白兔24只,雌雄各半。实验过程中对动物处置符合动物伦理学要求。海藻酸钠由青岛明月海藻公司提供。②实验方法:以培养液配制的0.4% Pronease酶、0.025%Ⅱ型胶原酶顺序消化兔软骨分离细胞,以4×109 L-1海藻酸钠的浓度制成细胞悬液。③实验评估:倒置显微镜观察细胞在海藻酸钠中的形态及增殖情况,检测细胞收获效率和存活率。苏木精-伊红染色和AB-PAS染色观察软骨细胞的生长情况及评价软骨分泌胶原的情况。免疫组织化学定性观察Ⅱ型胶原的含量变化及有无Ⅰ型胶原的产生。Alcian blue染色法测定细胞盘中蛋白多糖的含量变化。结果:①软骨经两步酶消化软骨基质逐步解离和降解,细胞被完全分离,消化分离的软骨细胞总数达到5×106,细胞成活率达95.5%。②软骨细胞与海藻酸钠复合后体外培养,细胞生长旺盛、增殖活跃,增殖成株状或岛状,株状细胞团周围有类似的软骨陷窝形成,细胞排列密集,核圆形。③Ⅱ型胶原免疫组化和AB-PAS染色均呈阳性,细胞盘中蛋白多糖含量随培养时间延长逐渐增加。结论:海藻酸钠凝胶能与软骨细胞完全嵌合,是一种良好的软骨组织工程材料。     

Ⅰ型胶原三维立体支架高密度培养软骨细胞的增殖及其分泌功能

目的:观察体外Ⅰ型胶原三维立体支架培养软骨细胞形态、增殖能力及Ⅱ型胶原表达的变化,并与单层培养结果相比较。方法:实验于2004-09/12在中山大学附属第三医院中心实验室完成。选择2周龄健康雄性一级新西兰大白兔1只,体质量0.5kg。体外分离兔双侧股骨髁关节软骨细胞后行单层贴壁培养,细胞铺满单层后,分别将细胞悬液按2×106/L,2×107/L,2×108/L密度传代培养。选择生长状态良好的第2,3代细胞置于Ⅰ型胶原三维立体支架培养。分别通过相差倒置显微镜、流式细胞仪、电镜检查以及组织学染色及免疫组织化学染色,分析软骨细胞的表型、增殖速度等生物学性状变化情况。结果:①单层培养随着时间的延长,增殖速度逐渐减慢,第6代细胞增殖能力较第2代明显下降,出现树突状的细胞突起,表现出细胞老化的趋势。分泌Ⅱ型胶原的能力也逐渐减低,第2代细胞Ⅱ型胶原免疫组化染色胞浆内呈阳性反应,至第6代呈阴性。在以低密度传代培养时上述过程出现较快,而以高密度传代培养时软骨细胞形态改变延迟。②在Ⅰ型胶原三维立体支架中培养时,软骨细胞大量增殖,能维持其细胞表型及分泌Ⅱ型胶原的功能。扫描电镜观察到软骨细胞成团吸附于支架孔隙网壁,说明支架吸附性良好,与软骨细胞相容性好。结论:软骨细胞在体外单层培养会失去细胞表型,不能分泌Ⅱ型胶原,高密度培养能减缓该过程。而在Ⅰ型胶原三维立体支架中培养,有利于维持软骨细胞的表型及分泌Ⅱ型胶原的功能。因此,建议采用在三维立体支架内高密度培养软骨细胞,构建有功能的组织工程软骨。     

壳聚糖和软骨细胞外基质复合组织工程骺软骨支架的性能观察

背景:在组织工程骺软骨构建过程中,采用何种载体承载已经扩增了的软骨细胞越来越受到人们的关注.目的:探讨软骨细胞外基质与壳聚糖复合构建组织工程骺软骨支架的可行性并对其性能进行初步观察.设计、时间及地点:体外观察实验,于2007-12/2009-03在解放军总医院骨科研究所完成.材料:壳聚糖(脱乙酰度90%,Mr10×105)由青岛海汇生物工程公司提供.市售猪关节软骨.方法:将新鲜的猪关节软骨在液体中粉碎,梯度离心后制备成3%软骨微丝悬液,将其按1∶1的比例与2%的壳聚糖溶液混合,采用冷冻冻干法制备脱细胞软骨基质三维多孔支架.主要观察指标:对梯度乙醇处理再次干燥后支架材料进行组织学及扫描电镜观察,测定支架孔径和孔隙率、吸水率,并采用MTT法分析支架浸提液毒性.分离培养兔骨髓间充质干细胞,用转化生长因子β 1成软骨诱导后种植至支架,倒置显微镜、电镜观察细胞在支架上的生长、分化情况.结果:支架内孔洞相互连通,孔大小(161±31)μm,孔隙率为(90.1±1.6)%,吸水率为(2 361±132)%.组织学观察显示,三维多孔支架甲苯胺蓝染色、番红O染色、Ⅱ犁胶原免疫组织化学染色均呈阳性.MTT法结果显示支架无细胞毒性.细胞在支架表面黏附良好,分布均匀,并有基质分泌.结论;制备的软骨细胞外基质和壳聚糖复合三维多孔支架结合良好,含有软骨细胞外基质主要成分,无毒,具备合适的孔径和孔隙率,生物相容性良好.     

胰岛素样生长因子1与转化生长因子β2促进组织工程软骨构建的体外实验

背景:软骨组织的再生能力差,软骨组织工程能利用较少的细胞、支架材料和细胞因子对缺损进行修复.目的:观察胰岛素样生长因子1 与转化生长因子β2 联合应用对组织工程软骨形成的影响.方法:用酶消化法获取人软骨细胞,将培养的细胞以4×109 L-1 的细胞浓度接种在藻酸钙凝珠支架上,分别加入200 μg/L 胰岛素样生长因子1 和(或)1 μg/L 转化生长因子β2 进行立体培养.于培养的第3,5,7,9,1,13 天,进行细胞计数,观察软骨细胞的增殖情况.培养2 周后,进行大体形态观察和阿尔新蓝-过碘酸雪夫氏染色(AB-PAS)及抗Ⅱ型胶原免疫组织化学染色.结果与结论:细胞计数及免疫组织化学染色显示,胰岛素样生长因子1 和转化生长因子β2 均能促进软骨细胞增殖和软骨相关基质黏多糖及Ⅱ型胶原的分泌,其中胰岛素样生长因子1 的作用主要体现在促细胞增殖方面,而转化生长因子β2 的作用主要体现在促进软骨相关基质形成方面,二者联合应用具有促进组织工程软骨形成的协同作用.