骨髓基质干细胞修复骨缺损的研究进展

骨缺损的治疗是困扰骨科临床的难点,传统的治疗方法极为困难。随着组织工程学的迅速发展,骨髓基质干细胞是被研究最多的种子细胞,通过对其进行基因修饰、构建复合支架材料及促进组织工程骨早期血管化等方法,使应用组织工程技术治疗骨缺损成为目前研究的热点,现对其研究现状及进展进行了综述。     

同种异体骨髓基质干细胞治疗骨缺损的实验研究

目的通过移植大鼠同种异体骨髓基质干细胞,配合免疫抑制剂治疗大鼠颅骨缺损,与对照组进行比较,探索一种治疗骨缺损的新方法。方法选取SD大鼠40只,随机分为四组：同种异体骨髓基质干细胞移植组,同时给以免疫抑制剂治疗;自体骨髓基质干细胞移植组;单纯同种异体骨髓基质干细胞移植组,单纯支架组。四组分别在脑颅骨上造成骨缺损模型后取供体组和自体组骨髓,移植到同步预制骨缺损大鼠模型缺损处,分别于术后8、10、12、13周对骨缺损处进行大体观察,X线摄片,病理取材。结果同种异体骨髓基质干细胞移植组,术后8周观察,骨样组织铺满支架,骨缺损治愈率85%;自体骨髓基质干细胞移植组,术后10周观察,骨样组织铺满支架,骨缺损治愈率82%;未用免疫抑制剂同种异体骨髓基质干细胞移植组,术后12周,只有少量骨样组织形成,骨缺损治愈率0%;单纯支架组骨样组织生长缓慢,术后13周仍未铺满支架。骨缺损治愈率10%。骨缺损治愈率85%。结论应用免疫抑制剂防止移植排斥反应的同种异体骨髓基质干细胞移植效果与自体骨髓基质干细胞移植效果差别很小,具有实用价值。     

胎兔骨髓基质细胞修复骨缺损的实验研究

为了证实体外培养的胎免骨髓基质细胞可以修复骨缺损,将培养的基质细胞吸附于明胶海绵,植入兔骨缺损处,1、2、4、6、8周作99mTc-MDP骨显像、x片、组织切片观察骨痂生长情况。结果显示,平均4周左右实验组骨缺损得到修复,提示胎儿骨髓基质细胞可以作为种子细胞来修复骨缺损。     

胎兔骨髓基质细胞修复骨缺损的实验研究

为了证实体外培养的胎兔骨髓基质细胞可以修复骨缺损,将培养的基质细胞吸附于明胶海绵,植入兔骨缺损处,１、２、４、６、８周作＾９９ｍＴｃ－ＭＤＰ骨显像、Ｘ片、组织切片观察骨痂生长情况。结果显示,平均４周左右实验组骨缺损得到修复,提示胎儿骨髓基质细胞可以作为种子细胞来修复骨缺损。     

骨髓基质干细胞修复骨不连与骨缺损的进展

1968年，Friedenstein等最早证明了骨髓基质干细胞（bone marrow stem cell，BMSCs）存在。他们通过对全骨髓标本的培养，获得了一些具有克隆化、非吞噬性和成纤维细胞样生长的贴壁细胞，这些细胞就是骨髓基质于细胞。针对Friedenstein的观察结果，Piersma等对此又进行了深入的研究，他们发现骨髓基质干细胞可以分化为骨、软骨、脂肪、甚至肌肉组织等各种间质组织。1985年，Owen认为骨髓基质于细胞系统是伴随造血干细胞系统生长的、可以自我更新并分化为各种连接组织的细胞群，由此提出了基质细胞系统的概念。     

培养自体骨髓基质细胞移植修复骨缺损的实验研究

目的：研究体外培养的骨髓基质细胞对骨缺损修复的作用。方法：从实验用新西兰大白兔股骨大转子处抽取2ml骨髓制成细胞悬液,体外培养14d。在双侧桡骨处形成1．5cm长的骨膜骨缺损。再将培养14d的骨髓基质细胞注射到一侧桡骨缺损处,另一侧桡骨缺损处注射培养液作为对照侧。移植后1、2、3、4周末．用X线分别检查双侧桡骨缺损处．摄X线侧位片。取第4周末的骨痂进行组织学检查。结果：移植后第2、3、4周末．实验侧骨痂形成明显快于对照侧,第4周末．实验侧的骨痂中已形成骨性骨小梁．为骨性骨痂。结论：体外培养的骨髓基质细胞可以促进骨缺损的修复。     

同种异体骨髓间充质干细胞复合胶原海绵修复兔桡骨缺损的实验研究

目的：了解兔骨髓间充质干细胞（BMscs）同种异体移植的存活分布情况及同种异体兔BMscs复合胶原海绵（CS）情况,观察其对兔桡骨1.5 cm缺损的修复效果,为将来的进一步应用奠定实验基础。方法：采集、培养、纯化扩增新西兰大白兔BMscs,用eGFP荧光标记BMscs,与胶原海绵联合培养,植于同种异体动物臀大肌,观察存活及分布情况。建立兔桡骨缺损（1.5 cm）模型,45只新西兰大白兔随机分为3组：同种异体BMscs/CS组（A组）,单纯胶原海绵组（B组）,空白对照组（C组）。术后分阶段行X线、组织学检查及生物力学检查,评价其修复效果。结果：eGFP标记的BMscs异体移植存活时间超过3周。X线示12周A组大白兔5只中有4只达到骨性连接。新生骨量呈A组-C组递减,至12周无一愈合。随着时间推移,A组编织骨髓腔和骨小梁增多,修复过程优于B、C组。A组生物力学指标均低于健侧正常对照组,但各指标能达到正常组的80%～90%。结论：同种异体MSCs复合CS可以修复1.5 cm兔桡骨缺损。     

hIGF-1基因修饰骨髓基质干细胞复合PLGA移植修复关节软骨缺损

目的：研究人胰岛素样生长因子-1（hIGF-1）基因修饰的骨髓基质干细胞（MSCs）复合PLGA材料移植对关节软骨缺损的修复作用.方法：从质粒pcDNA3.1-hIGF-1中扩增出hIGF-1基因,亚克隆后酶切出目的片段插入pIRES2-EGFP中,构建成真核表达载体pIRES2-EGFP-hIGF-1,鉴定后转染兔MSCs并检测hIGF-1在其中的表达;将转染细胞复合PLGA支架材料立体培养后植入实验性兔关节软骨缺损处,不同时间取材,检测对软骨缺损修复的效果.结果：成功构建了GFP标记的真核载体pIRES2-EGFP-hIGF-1,并在靶细胞中得到理想表达;hIGF1基因修饰的MSCs复合支架材料移植明显促进了缺损软骨的修复质量,组织学评分与对照组相比有统计学差异（P＜0.05）.结论：IGF-1是软骨组织工程种子细胞MSCs基因修饰的理想候选基因,以之修饰的MSCs作为种子细胞可以明显提高组织工程方法对软骨缺损的修复效果.     

自体骨髓基质干细胞修复股骨头关节软骨缺损的实验研究

目的 探讨自体骨髓基质干细胞修复兔股骨头软骨缺损的可行性.方法 1、建立兔髋关节软骨缺损动物模型16只,对照组8只,实验组8只;2、取兔髂骨骨髓,体外分离、培养、扩增、骨髓基质干细胞,诱导分化为软骨样细胞并进行细父胞标记;3、与生物材料混合后植入体内修复兔股骨头关节软骨缺损,8周后观察修复效果;结果 8周后大体标本显示关节软骨缺损为白色软骨样组织填充,组织切片显示缺损处有新生软骨形成,阿新兰染色和Ⅱ型胶原免疫组化检测有GAG和Ⅱ型胶原强阳性表达;结论经诱导分化后的自体骨髓基质干细胞复合生物材料移植可用于修复兔股骨头关节软骨缺损.     

自体骨髓基质干细胞修复股骨头关节软骨缺损的实验研究

目的 探讨自体骨髓基质干细胞修复兔股骨头软骨缺损的可行性.方法 1、建立兔髋关节软骨缺损动物模型16只,对照组8只,实验组8只;2、取兔髂骨骨髓,体外分离、培养、扩增、骨髓基质干细胞,诱导分化为软骨样细胞并进行细父胞标记;3、与生物材料混合后植入体内修复兔股骨头关节软骨缺损,8周后观察修复效果;结果 8周后大体标本显示关节软骨缺损为白色软骨样组织填充,组织切片显示缺损处有新生软骨形成,阿新兰染色和Ⅱ型胶原免疫组化检测有GAG和Ⅱ型胶原强阳性表达;结论经诱导分化后的自体骨髓基质干细胞复合生物材料移植可用于修复兔股骨头关节软骨缺损.     

兔骨髓基质细胞组织工程骨治疗骨缺损的研究

目的 探讨应用自体骨髓基质细胞为种子细胞的组织工程骨修复骨缺损的效果。方法 将免自体骨髓基质细胞经淋巴细胞分离液分离培养、传代扩增后，与胶原海绵混合培养后植于免挠骨干1．5cm缺损处。12周后处死动物，通过大体形态及x线、组织学检查进行评价。比较细胞和胶原海绵复合物移植与单纯胶原移植治疗骨缺损的疗效。结果 以组织工程骨移植于骨缺损处，骨缺损完全愈合，骨髓腔通畅。而单纯胶原移植对照组骨缺损未愈合，髓腔不通，与实验组有明显差别。结论 骨髓基质细胞是一种良好的骨源细胞，能定向分化成骨细胞，其成骨机制为膜内化骨和软骨内化骨。骨髓基质细胞作为种子细胞的组织工程骨前景乐观。     

放射性骨显像在组织工程骨修复骨缺损实验中的应用

目的观察修复兔桡骨大段骨缺损时复合了血管内皮祖细胞（EPCs）的组织工程骨的血管化及成骨情况。方法自体骨髓通过不同方法的体外培养,分别获得EPCs及经成骨诱导的骨髓间充质干细胞（MSCs）,与脱钙骨基质（DBM）构建组织工程骨修复兔桡骨大段骨缺损,通过放射性核素骨显像技术评价术后不同时期组织工程骨的血管化进程及成骨情况。结果感兴趣区（ROI）计数和摄取比值显示：术后3d,各组间差异无统计学意义,但低于正常对照。术后2、4、8周,各组均呈逐渐上升的趋势,4周和8周时达到峰值,实验组在各个时相点均高于自身对照及阴性对照组。术后12周,各组均开始下降,其中延迟相结果显示：实验组与自身对照组差异无统计学意义,但二者均高于阴性对照组。术后16周,血池相结果显示：实验组低于自身对照组,与阴性对照组无差异;延迟相结果各组差异无统计学意义。结论放射性核素骨显像对骨修复过程中的血管化及成骨具有良好的监测作用。EPCs可以促进组织工程骨的血管化,加速骨愈合。     

组织工程骨预制及其骨缺损修复作用的研究

目的 探索组织工程化骨预制的方法,研究组织工程化预制骨修复骨缺损的可行性及实用性。方法 实验1：应用骨髓基质成骨细胞(MSO)和脱细胞骨基质(ABM)形成MSO／ABM复合人工骨(MACAB),并将其植入肌瓣内。实验2：将预制8周后的MACAB移植修复骨缺损。术后用X线摄片、组织学检查评价MACAB成骨、血管化情况及其骨缺损的修复作用。结果 MACAB肌瓣内移植成骨效果优于对照组,术后8周已完全血管化。预制骨的骨缺损修复作用优于对照组。结论 在肌瓣内成功地预制了组织工程化骨组织,预制骨(MACAB)修复了骨缺损。     

珊瑚／骨髓复合人工骨的实验研究

目的： 评价珊瑚／ 骨髓复合人工骨（ 简称复合骨） 的成骨效应。方法： 将复合骨植入兔背部肌袋和颅骨缺损, 以单纯珊瑚植入作对照。取材后通过组织学观察和计算机图像分析, 检测其成骨情况。结果： 复合骨植入肌袋后４ 周, 局部有骨组织形成, 而单纯珊瑚植入区未见骨组织成分。复合骨植入骨缺损后６ 周, 局部形成的骨组织量明显多于同期的珊瑚植入区（ Ｐ＜ ０－０１） 。术后１２ 周, 复合骨完全被成熟的骨组织取代, 而单纯珊瑚植入区则表现为不完全性骨修复。结论： 复合骨具有良好的骨再生和骨修复能力, 是一种较理想的骨移植替代材料。     

自体红骨髓及骨膜碎片修复骨缺损的评价

［ 目的］ 探讨自体红骨髓及骨膜碎片对骨缺损的修复作用．［ 方法］ 在２４ 只家兔双侧桡骨中段制成１ ．５ｃｍ 长的骨缺损模型． 左侧缺损区内植入自体红骨髓及骨膜碎片作实验组,右侧单纯植入自体红骨髓作对照组． 术后第２ ,４ ,８ 周分别行Ｘ 线摄片、骨密度和钙含量测定．利用Ｌａｎｅ 等的Ｘ 线评分法评价骨缺损修复．［ 结果］ 术后第４ 周实验组完全修复骨缺损,而对照组需要８ 周才达到骨性愈合．［ 结论］ 自体红骨髓及骨膜碎片混合移植对骨缺损修复有促进作用．     

壳聚糖/亚磷酸壳聚糖海绵复合人脐带间充质干细胞构建组织工程骨修复骨缺损的实验研究

目的:探索壳聚糖/亚磷酸壳聚糖海绵复合人脐带间充质干细胞(human umbilical cord mesenchymal stem cells,HUMSCs)构建的组织工程骨植入动物骨缺损处的成骨能力?方法:体外构建组织工程骨;健康新西兰大白兔构造骨缺损模型兔后随机分为3组,即A:组织工程骨植入组;B:支架材料植入组;C:空白对照组,于术后4?8?12 周取骨缺损标本,进行大体标本?影像学?组织学观察成骨情况?结果:术后12周,3种检测手段均发现A组新生骨已经完全将骨缺损填充,并有部分皮质骨将骨缺损两端连接?B组虽有部分骨痂形成,但无连续骨质?C组术后仅有少量骨痂形成?A组成骨能力明显强于B?C组?结论:本实验构建的组织工程骨能修复大段的骨缺损,具有良好的成骨能力,可以作为骨移植的替代材料?     

bFGF转染骨髓基质细胞培养及修复软骨缺损的动物试验

目的 探讨bFGF基因转染骨髓基质干细胞后在PLGA培养生长的生物相容性,以及采用组织工程方法培养的骨髓基质细胞-PLGA复合物修复软骨缺损动物模型的可行性.方法 将bFGF基因转染成功后的骨髓基质细胞在PLGA培养生长,制备软骨缺损动物模型,将复合物植入软骨缺损,通过大体标本观察、组织学观察及Ⅱ型胶原免疫组化及RT-PCR检测对软骨缺损模型的修复效果.结果 bFGF基闪转染骨髓基质干细胞后可以在PLGA上正常生长,并有Ⅱ型胶原的高表达,将复合物植入动物后,可以修复软骨缺损动物模型.结论 PLGA与转染后的骨髓基质细胞具有良好的生物相容性,转染后的骨髓基质细胞与PLGA复合物町以修复兔软骨缺损动物模型,可以作为自体软骨移植的一种替代治疗方法.     

应用自体骨粉修复下颌骨缺损的实验研究

目的：通过动物实验寻求一种创伤小、简便易行的下颌骨部分缺损修复的手术方法。方法：建立动物下颌骨缺损模型,将自体骨粉回填缺损处,分别于术后2,4,8及12周各处死5只动物,获取整块下颌骨标本作大体观察、X线检查和组织学评价。结果：自体骨粉再植后经历了骨粉吸收、血管及其周围组织长入、新生骨从缺损断端逐渐向内生长替代移植骨粉的过程,属于典型的“爬行替代”;此过程的发生机制是骨传导,发生基础是血管长入。结论：自体骨粉修复下颌骨愈合可靠,下颌骨缺损应用自体骨粉移植是可行的,方法简便.     

Transfect bone marrow stromal cells with pcDNA3.1-VEGF to construct tissue engineered bone in defect repair

Background  We previously showed that nano-hydroxyapatite/carboxymethyl chitosan (n-Ha/CMCS) displayed excellent mechanical properties, good degradation rates and exceptional biocompatibility, with negligible toxicity. The aim of this study was to determine the effect of the same composite with vascular endothelial growth factor (VEGF)- transfected bone marrow stromal cells (BMSCs) in a rabbit radial defect model.

Methods  The nano-hydroxyapatite was produced through co-precipitation. The n-HA/CMCS scaffold was produced by particle filtration and lyophilization followed by genipin crosslinking. Total RNA from rabbit bone was reverse-transcribed to synthesize VEGF165-pcDNA3.1 that was transfected into the BMSCs. The composite was implanted into a rabbit radial defect model, and the osteogenic activity examined by gross morphology, X-ray examination and hematoxylin and eosin (HE) staining.

Results  The microstructure and mechanical property of the n-HA/CMCS scaffold resembled natural cancellous bone. Compared with glutaric dialdehyde crosslinked scaffolds, the genipin crosslinked scaffold was less toxic, and displayed a higher capacity to promote cell adhesion and proliferation. Spontaneous fluorescence of the composite permitted visualization of the composite-bone interface and the adhesion behavior of cells on the scaffold under laser scanning confocal microscopy. The scaffold with VEGF-transfected BMSCs bridged the bony defect and promoted healing, with most of the implanted material being replaced by natural bone over time with little residual implant. Using X-ray, we noted obvious callus formation and recanalization of the bone marrow cavity. Furthermore, HE stained sections showed new cortical bone formation.

Conclusions  The n-HA/CMCS scaffold composite with VEGF-trasnfected BMSCs is biocompatible, nontoxic, promotes the infiltration and formation of the microcirculation, and stimulates bone defect repair. Furthermore, the degradation rate of the composite matched that of growing bone. Overall, this composite material is potentially useful for bone defect repair.

     

复合PRP的可注射型组织工程骨修复兔桡骨缺损的实验研究

目的以自体富血小板血浆（platelet-rich plasma,PRP）、骨髓基质干细胞（bone marrow stromal cells,BMSCs）和纤维蛋白胶构建可注射型组织工程骨并探讨其修复骨缺损的效果。方法36只新西兰兔分为A、B、C3组,每组12只。A、B组动物术前4h抽取耳背中央动脉血提取PRP。A组于术前1-2个月抽取双髂骨处骨髓并培养出BMSCs,在体外与纤维蛋白胶（FG）及自体PRP构建成可注型组织工程骨,植入自体桡骨1.5cm节段性骨缺损,为实验组。B、C两组分别植入PRP＋FG、FG于同样骨缺损处为对照组。另取4只桡骨同样部位和大小骨缺损旷置作为空白组。术后观察其一般情况并于4、8、12周取材做组织学切片,术后12周取尺桡骨做生物力学测试。分别从组织学观察、生物力学方面评估比较骨缺损的修复情况。结果组织学观察见A、B组各时间点新骨形成均优于C组。生物力学比较：12周时A组桡骨生物力学强度与正常桡骨比较无明显差异（P〉0.05）,但其明显优于B组（P〈0.05）。结论PRP对骨缺损愈合有明显促进作用,复合PRP的可注射型骨修复材料及构建的含种子细胞的组织工程骨均可修复节段性骨缺损,但种子细胞的添加可明显促进新骨成熟度和增强其生物力学性能。