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骨组织工程支架材料--陶瓷化骨
陶瓷化骨作为骨移植材料,得到广泛的研究,并已应用于临床.由于其具有天然的骨小梁结构,可降解,无免疫原性,是骨组织工程比较理想的支架材料,因此越来越受到重视.本文主要综述陶瓷化骨的理化性质、生物学特性及在骨组织工程中的应用.
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符合骨支架材料条件的陶瓷化骨的制备和性能研究
目的:研究不同条件所形成的陶瓷化骨的理化性能,探讨合适的条件以使获得的陶瓷化骨满足骨支架材料所需的条件.并进一步探讨其生物学性能及细胞相容性.方法:不同预处理的猪肋骨进行分组,再经不同煅烧温度及时间处理得到多种陶瓷化骨;测定其理化性能和生物相容性.将小鼠间充质干细胞分别接种于单纯陶瓷化骨、Ⅰ型胶原改性的陶瓷化骨表面共培养,观察细胞在载体上的粘附生长情况.结果:各种处理所得到的陶瓷化骨主要成份均为羟基磷灰石;900℃煅烧2h以上条件所得陶瓷化骨有较高抗压强度,有良好的生物相容性和细胞相容性.胶原表面改性后的煅烧骨上细胞增殖较快.结论:不需通过预处理900℃煅烧2h以上条件所得的陶瓷化骨有较高抗压强度,有良好的生物相容性和细胞相容性,胶原改性后更有利于细胞的粘附和增殖,有望成为骨组织工程研究中理想的支架材料.
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陶瓷化骨对成人骨髓基质干细胞分化的影响
目的:观察陶瓷化骨时成人骨髓基质干细胞生长和分化的影响.方法:体外分离培养成人骨髓基质干细胞,将第二代细胞以陶瓷化骨为载体进行培养,利用倒置显微镜、碱性磷酸酶细胞化学染色、碱性磷酸酶活性检测等条件,了解陶瓷化骨对成人骨髓基质干细胞生物学行为的影响.结果:体外连续培养6d,倒置显微镜下可见成人骨髓基质干细胞与陶瓷化骨相容性好,材料周边细胞生长密集,并有向陶瓷化骨趋化迁移现象,3周后形成矿化结节.碱性磷酸酶染色呈阳性、碱性磷酸酶活性检测有明显的细胞分泌量.结论:体外培养条件下,陶瓷化骨可诱导成人骨髓基质干细胞向成骨和骨质细胞分化.
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人牙陶瓷化骨修复下颌骨缺损的组织学观察
目的:探讨人牙陶瓷化骨的组织相容性与成骨作用.方法:将临床拔除的健康牙去除牙髓和根面残留的软组织,制成约1.0 mm×1.0 mm×0.5 mm大小的骨块,经0.25 mol/L氢氧化钠溶液、30%过氧化氢液反复浸泡脱脂、脱蛋白,干燥后在900℃恒温1 h下陶瓷化,在狗下颌骨制备15 mm×20 mm×10 mm的箱状骨缺损,植入所制备的人牙陶瓷化骨材料,观察术后局部组织反应,并分别在术后2、3月获取标本,制成硬组织切片,观察人牙陶瓷化骨组织愈合和骨生长情况.结果:陶瓷化人牙骨颗粒组织相容性好,能引导颌骨缺损区新骨形成.结论:人牙陶瓷化骨可作为骨移植材料用于充填颌骨缺损.
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牙髓干细胞、外胚间充质干细胞裸鼠体内分化的实验研究
目的:将免疫磁珠STRO+-1的牙髓干细胞(DPSC)和外胚间充质干细胞(EMSC)与支架材料复合,观察在裸鼠体内移植后的分化能力,为干细胞分化能力研究提供依据.方法:收集免疫磁珠STRO+-1的DPSC和EMSC,将其与陶瓷化骨复合移植入裸鼠背部皮下,8周后移植物组织学切片,HE染色观察及免疫组织化学检测DSP分布.结果:DPSC组移植物中可见新生基质,其相邻的结缔组织细胞部分出现极化,似成牙本质样细胞,局部放大可见类似于不典型的牙本质牙髓复合体.EMSC组有基质形成,结构不典型,有骨样基质形成,也存在有类牙本质牙髓复合体样结构.在移植后8周,DPSC组DSP在沉积的新生基质和部分出现极化的细胞胞浆中呈阳性表达.结论:通过免疫磁珠筛选的STRO+-1的DPSC具有自我更新的特性,能够在体内继续分化形成牙本质样基质.EMSC组移植到裸鼠皮下,也能够形成基质.但是结构不典型.
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陶瓷化骨对人牙囊细胞分化的影响
目的:培养人牙囊细胞(DFCs),观察陶瓷化骨(CBB)对人牙囊细胞生长和分化的影响.方法:体外分离胚胎期人DFCs,将第三代细胞以CBB为载体立体培养,以平面接种为对照组,用矿化液持续诱导,利用光镜观察细胞生长状态、免疫组织化学观察细胞矿化基质牙骨质附着蛋白(CAP,)及骨涎蛋白抗体(BSP)分泌、Vokassa染色观察矿化情况,了解CBB对DFCs生物学行为的影响.结果:体外连续诱导28 d,实验组光镜下可见DFCs与CBB相容性好,材料周边细胞生长密集,并有向BBC趋化迁移现象,附近细胞聚集,形成Vokassa染色阳性的矿化结节,免疫组织化学染色BSP,CAP阳性着色,部分细胞强阳性着色.对照组细胞复层生长,未形成矿化结节,免疫组织化学染色BSP,CAP阴性着色.结论:体外培养条件下,CBB可诱导人DFCs向成骨和成牙骨质细胞分化.
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双载体凝胶化人工活性骨的研究
目的 探索一种简便易行,有希望广泛应用于临床的组织工程骨的新方法. 方法 将兔骨髓基质干细胞诱导分化为成骨细胞(MSO)后,再将其溶于3%藻酸钠溶液中,接种于陶瓷化异种骨(TBC),并滴加葡萄糖酸钙使其凝胶化.体外培养MSO-TBC-AGC,行细胞计数和电镜观察,了解细胞增殖和生长情况.48只成年新西兰大白兔,其中24只左侧桡骨标准骨缺损不愈合模型植入MSO-TBC-AGC(A组),右侧植入自体骨(B组),另外24只左侧植入MSO-TBC(C组),右侧植入AGC-TBC(D组).术后2、4、8、12周行影像学、组织学、成骨量、生物力学和骨密度的观测. 结果 A、B组骨修复效果好,12周内全部骨性愈合,C、D组骨修复不理想,在成骨量、生物力学上均和A组有统计学差异. 结论 MSO-TBC-AGC是一种理想的人工活性骨,它克服了TBC质脆易裂和表面光滑不利于种子细胞粘附两大缺点,有希望广泛应用于临床.
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小鼠胎肝间充质干细胞的体外成骨诱导及复合陶瓷化骨的实验研究
目的探讨小鼠胚胎肝脏间充质干细胞的体外分离培养方法,并观察其成骨分化潜能及与陶瓷化骨支架材料的复合能力.方法将小鼠胎肝组织制成单细胞悬液行原代和传代培养,流式细胞仪检测其表面标志.用化学成骨诱导体系对纯化的胎肝间充质干细胞行成骨诱导,并进行成骨功能检测.将其与经过Ⅰ型胶原表面改性的陶瓷化骨复合培养,观察细胞在其上的黏附生长情况.结果原代培养的胎肝间充质干细胞,具有集落形成能力,为梭形或多角形,易于传代,传代细胞与原代细胞大小、形态相似.流式细胞仪检测表明,传代后的细胞CD29、CD44阳性,CD34、CD45阴性,表达间充质干细胞的特征标志.成骨诱导7d后碱性磷酸酶染色可见有较多阳性细胞,Ⅰ型胶原免疫组织化学染色呈强阳性;14d后,细胞碱性磷酸酶活性定量检测明显增高;28d后,矿化结节染色呈阳性.将细胞与经胶原表面改性后的煅烧陶瓷化骨复合培养,扫描电镜见载体上有大量细胞黏附于材料表面.结论小鼠胎肝间充质干细胞易于获取及传代;体外成骨诱导后可向成骨细胞方向分化;能在陶瓷化骨支架材料上黏附生长.
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组织工程化骨修复大鼠下颌骨缺损的实验研究
目的:探讨以陶瓷化骨为支架材料的组织工程化骨修复下颌骨缺损的效果和实用价值.方法:选用30只SD大鼠,手术获取大鼠一侧胫骨和股骨,冲洗骨髓腔得到骨髓,培养骨髓基质细胞并通过含诱导成分的诱导液将其诱导为成骨样细胞.将自体成骨样细胞种植在煅烧骨基质材料上,然后将该复合体移植到SD大鼠下颌骨的一侧全层骨缺损区, 另一侧移植单纯基质材料作为对照.将30只SD大鼠分别于术后2、4、8周处死,标本行大体组织学检查,HE染色和mallory三色法染色检查.结果:术后2周实验侧缺损区可见骨小梁形成, 而对照侧无明显骨修复,2、4、8周后实验侧新骨形成量逐渐增加,而对照侧只有一些纤维组织修复.HE染色和mallory三色法染色结果也表明实验侧有新骨形成且逐渐增多.结论:应用陶瓷化骨加体外诱导的成骨样细胞复合体移植可修复大鼠自体的下颌骨缺损,为组织工程化骨在口腔颌面外科和口腔修复科领域的临床应用奠定了基础.
