譚文成,林宏生,張嘉晴,鄭立恒,梁耀中,夏吉生,黃馨霈,吳 昊,陳 舒,查振剛
基礎(chǔ)研究
動物源性骨軟骨支架修復(fù)兔膝關(guān)節(jié)復(fù)合缺損
譚文成,林宏生,張嘉晴,鄭立恒,梁耀中,夏吉生,黃馨霈,吳 昊,陳 舒,查振剛
目的探討軟骨細胞-動物源性骨軟骨支架復(fù)合體修復(fù)兔膝關(guān)節(jié)骨軟骨復(fù)合缺損的可行性和影響因素。方法將改良貼壁離心法獲取的骨髓間充質(zhì)干細胞(bone marrow mesenchymal stem cells,BMSCs)/誘導(dǎo)分化的軟骨細胞共培養(yǎng)后與經(jīng)深低溫冷凍、脫脂、脫鈣、真空冷凍干燥和輻照消毒的動物源性骨軟骨支架復(fù)合,構(gòu)建共培養(yǎng)細胞+軟骨-骨一體化復(fù)合支架。27只新西蘭大白兔隨機分為實驗組(A組)、對照組(B組)和空白組(C組),每組9只。于兔股骨髁間窩處鉆一深6 mm的骨軟骨復(fù)合缺損,A組植入共培養(yǎng)細胞+骨軟骨復(fù)合支架,B組植入骨軟骨復(fù)合支架,C組不植入任何支架材料和細胞,分別于術(shù)后4周、8周和12周取材,行大體觀察、蘇木精—伊紅染色和甲苯胺藍染色,并對各標本的軟骨切片進行組織學(xué)評分。結(jié)果隨著時間的延長,A組大體觀察見復(fù)合缺損區(qū)已完全修復(fù),局部無凹陷,新生組織和周圍組織融合;B組新生組織仍不能完全填充缺損;C組缺損區(qū)仍明顯。蘇木精—伊紅染色和甲苯胺藍染色見A組軟骨缺損區(qū)由新生的透明軟骨樣組織修復(fù),細胞呈柱狀排列,極性好,軟骨陷窩明顯,骨缺損區(qū)由骨樣組織修復(fù),新生軟骨和軟骨下骨以及宿主骨界面耦合良好;B組新生軟骨細胞無軟骨陷窩,排列混亂,各界面藕合欠理想;C組可見陳舊性肉芽組織生長并突出于缺損區(qū)表面。甲苯胺藍染色陽性率和組織學(xué)評分結(jié)果表明,A組與B、C兩組之間的差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<
軟骨細胞;骨髓細胞;干細胞;細胞,培養(yǎng)的;支架;膝損傷;軟骨,關(guān)節(jié);兔
膝關(guān)節(jié)損傷十分常見,直徑大于4 mm的缺損一般不能自行修復(fù),軟骨表面刨削、鉆孔等治療方法遠期效果不佳,傳統(tǒng)的組織工程骨軟骨復(fù)合支架存在機械強度不高、修復(fù)組織和宿主界面耦合欠佳等問題。本研究應(yīng)用骨、軟骨組織工程原理,建立骨髓間充質(zhì)干細胞(bone marrow mesenchymal stem cells,BMSCs)/誘導(dǎo)分化的軟骨細胞-動物源性骨軟骨復(fù)合支架,并將其植入兔膝關(guān)節(jié)骨軟骨復(fù)合缺損處,以期達到較好修復(fù)骨軟骨復(fù)合缺損、解決傳統(tǒng)修復(fù)方法耦合界面欠佳的目的。
1.1 主要實驗試劑和儀器(見表1)
1.2 實驗動物
普通級健康新西蘭大白兔32只,體重2.5 kg左右,雌雄不限,由廣東省醫(yī)學(xué)實驗動物中心提供,動物合格證:SCXK(粵)2008-0002,粵監(jiān)證字2008A001。實驗過程中對動物的處置參照國家科學(xué)技術(shù)部2006年發(fā)布的《關(guān)于善待實驗動物的指導(dǎo)性意見》[1]。
1.3 實驗方法
1.3.1 動物源性骨軟骨復(fù)合支架的制備 隨機取5只新西蘭兔,空氣注射法處死,用直徑4 mm空心鉆頭在雙側(cè)股骨髁間窩分別鉆取2條長約8 mm的骨軟骨柱,置入-80℃深低溫冰箱中凍存7 d,然后置入體積比為1∶l的三氯甲烷/丙酮溶液中脫脂24 h,再置入Von Ebener’s脫鈣液7 d,無菌蒸餾水反復(fù)沖洗、浸泡至中性,真空冷凍干燥24 h,修剪支架為直徑4 mm、高6 mm的圓柱體,最后用鈷-60γ射線按15 KGY的劑量輻照滅菌5 d后無菌包裝,制得動物源性骨軟骨復(fù)合支架并置入4℃冰箱保存?zhèn)溆谩?/p>
1.3.2 共培養(yǎng)細胞與動物源性骨軟骨支架的復(fù)合改良貼壁離心法獲取BMSCs并采用流式細胞術(shù)進行細胞表面抗原測定[2];取P3代BMSCs在軟骨誘導(dǎo)液(胎牛血清100 mL/L、DMEM 10 g/L、地塞米松10-7mol/L、TGF-β1 10 μg/L、IGF-1 10 μg/L)中進行軟骨向誘導(dǎo),之后行甲苯胺藍染色和Ⅱ型膠原染色檢測[3];取P3代BMSCs和由BMSCs誘導(dǎo)21 d分化的軟骨細胞用胰蛋白酶消化為細胞懸液后,調(diào)整細胞濃度為3×105/mL,按2∶1的體積比(4 mL∶2 mL)用DMEM和1640完全培養(yǎng)基混勻共培養(yǎng)6 d,胰酶消化為細胞懸液后,調(diào)整細胞濃度為3×105/mL,滴加入有支架的18孔培養(yǎng)板中,每孔1 mL,將培養(yǎng)板置入37℃、體積分數(shù)為5%的CO2培養(yǎng)箱內(nèi),用1640和DMEM完全培養(yǎng)液混合培養(yǎng)4 d,制備成細胞-支架復(fù)合體。
1.3.3 實驗動物分組、手術(shù)及術(shù)后取材 將27只大白兔隨機分為3組,每組9只。濃度為10 mg/mL的戊巴比妥鈉溶液按3 mL/kg體重行兔耳緣靜脈注射麻醉,切開膝關(guān)節(jié),顯露股骨髁關(guān)節(jié)面,用直徑4 mm實心鉆頭在兔單側(cè)股骨髁間窩處鉆一深6 mm的骨軟骨復(fù)合缺損。實驗組(A組)于缺損處植入共培養(yǎng)細胞+骨軟骨復(fù)合支架(圖1),對照組(B組)單純植入骨軟骨復(fù)合支架,空白組(C組)不植入任何支架材料和細胞??p合切口,術(shù)后用標準兔飲料單籠飼養(yǎng),連續(xù)3 d肌注青霉素80萬單位,不固定術(shù)肢,不限制飲水和進食。實驗動物于手術(shù)1周后逐漸恢復(fù),飲食、運動正常,無感染跡象,傷口Ⅰ期愈合,皮膚縫線自行脫落。分別于術(shù)后4周、8周和12周隨機選取3組動物各3只行空氣注射法處死,切除實驗側(cè)股骨遠端,取材時關(guān)節(jié)腔無感染,無關(guān)節(jié)腔黏連,髕骨無脫位。行大體觀察、蘇木精—伊紅染色和甲苯胺藍染色,計算甲苯胺藍染色陽性率,參考O’Driscoll組織形態(tài)學(xué)評分標準[4-6]對各標本的軟骨切片進行組織學(xué)評分。
表1 主要實驗材料、試劑和儀器
圖1 在股骨髁間窩復(fù)合缺損處植入共培養(yǎng)細胞+骨軟骨復(fù)合支架
1.4 統(tǒng)計學(xué)分析
采用SPSS 13.0軟件進行數(shù)據(jù)處理,所得數(shù)據(jù)以均數(shù)±標準差表示,應(yīng)用單因素方差分析對取材各時間點的甲苯胺藍染色陽性率和組織學(xué)評分結(jié)果進行統(tǒng)計學(xué)分析,組內(nèi)兩兩比較采用LSD-t檢驗,P<0.05認為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。
圖2 BMSCs培養(yǎng)12 d(P0)空白組圖片 細胞多為梭形,核圓形或橢圓形,聚集呈漩渦狀生長,形態(tài)較均一(×40)
2.1 骨髓間充質(zhì)干細胞
原代BMSCs多為梭形,部分為多角形,團簇狀,胞核呈卵圓形或圓形,胞質(zhì)豐富、胞漿清晰,培養(yǎng)12 d左右細胞聚集呈漩渦狀生長(圖2)。流式細胞表面抗原標志:CD29表達為91.05%,CD44表達為91.02%,CD34表達為0.64%,CD45表達為0.55%(圖3)。
2.2 誘導(dǎo)分化的軟骨細胞
BMSCs經(jīng)成軟骨誘導(dǎo)后體積增大,細胞由成纖維樣變?yōu)闄E圓形及三角形,有的呈腎形(圖4~5),經(jīng)甲苯胺藍染色后胞內(nèi)出現(xiàn)大量的異染性基質(zhì),甲苯胺藍染色陽性(圖6),經(jīng)Ⅱ型膠原免疫組化染色后胞核周圍呈現(xiàn)黃褐色的染色陽性反應(yīng)(圖7),均表現(xiàn)為軟骨細胞分化的特點。
2.3 大體觀察
圖3 BMSCs流式細胞表面抗原標志檢測(高表達CD29、CD44,低表達CD34、CD45)
圖4 BMSCs誘導(dǎo)培養(yǎng)后7 d(×100)
圖5 BMSCs誘導(dǎo)培養(yǎng)后14 d(×40)
圖6 BMSCs誘導(dǎo)21 d甲苯胺藍染色陽性(×100)
圖7 BMSCs誘導(dǎo)21 dⅡ型膠原免疫組化染色陽性(×100)
術(shù)后4周,A組缺損區(qū)稍凹陷,大部分缺損區(qū)被質(zhì)軟、有光澤及阻抗感的灰白色組織覆蓋,并與鄰近軟骨組織逐漸融合(圖8);B組缺損區(qū)凹陷更加明顯,新生灰白色組織質(zhì)軟、量少、無阻抗感,與鄰近軟骨組織不融合(圖9);C組無新生組織生成(圖10)。術(shù)后8周,A組缺損區(qū)已無明顯凹陷,大量新生質(zhì)韌、有光澤、阻抗感更明顯的乳白色組織覆蓋絕大部分缺損區(qū),并與鄰近軟骨組織融合(圖11);B組缺損區(qū)新生灰白色組織較4周時量增多,質(zhì)稍韌,有光澤和阻抗感,但與宿主組織界面融合欠佳(圖12);C組則有少許新生組織生成(圖13)。術(shù)后12周,A組原缺損區(qū)平坦,新生質(zhì)韌有光澤的乳白色組織與宿主軟骨組織已完全融合(圖14);B組新生質(zhì)韌有光澤的灰白色組織仍不能完全填充缺損(圖15);C組缺損區(qū)明顯(圖16),內(nèi)有少許質(zhì)軟無光澤的灰白色和灰黃色新生組織生成。
圖8 術(shù)后4周實驗組大體觀察
圖9 術(shù)后4周對照組大體觀察
圖10 術(shù)后4周空白組大體觀察
圖11 術(shù)后8周實驗組大體觀察
圖12 術(shù)后8周對照組大體觀察
圖13 術(shù)后8周空白組大體觀察
圖14 術(shù)后12周實驗組大體觀察
圖15 術(shù)后12周對照組大體觀察
圖16 術(shù)后12周空白組大體觀察
2.4 蘇木精—伊紅染色觀察
術(shù)后4周,A組缺損區(qū)可見炎癥反應(yīng),內(nèi)有較多量新生的類軟骨樣和成骨樣細胞(圖17);B組缺損較明顯,亦可見炎癥反應(yīng)和少許類軟骨樣細胞生成,成軟骨區(qū)與成骨區(qū)兩者界線不明顯(圖18);C組缺損區(qū)被新生肉芽組織填充,炎癥反應(yīng)明顯(圖19)。術(shù)后8周,A組炎癥反應(yīng)減輕,新生細胞以圓形透明軟骨樣細胞為主,局部可見軟骨陷窩,基底有新生骨生成,新生組織與宿主組織界面耦合良好(圖20);B組新生的軟骨樣細胞量較少,局部無軟骨陷窩,新生組織與宿主組織界面耦合欠佳(圖21);C組僅見少量類軟骨樣組織生成(圖22)。術(shù)后12周,A組軟骨缺損由圓形柱狀排列、軟骨陷窩明顯的透明軟骨細胞形成的透明軟骨組織修復(fù),成骨缺損由成骨細胞形成的骨樣組織修復(fù),兩區(qū)界面耦合及與宿主界面耦合均良好(圖23);B組新生軟骨細胞無軟骨陷窩,排列混亂,軟骨下骨組織生成少,各界面耦合欠理想(圖24);C組可見陳舊性肉芽組織的生長并突出缺損區(qū)表面(圖25)。
2.5 甲苯胺藍染色觀察
圖17 術(shù)后4周實驗組
圖18 術(shù)后4周對照組
圖19 術(shù)后4周空白組
圖20 術(shù)后8周實驗組
圖21 術(shù)后8周對照組
圖22 術(shù)后8周空白組
圖23 術(shù)后12周實驗組
圖24 術(shù)后12周對照組
圖25 術(shù)后12周空白組(蘇木精—伊紅染色×40)
圖26 術(shù)后4周實驗組
圖27 術(shù)后4周對照組
圖28 術(shù)后4周空白組
圖29 術(shù)后8周實驗組
圖30 術(shù)后8周對照組
圖31 術(shù)后8周空白組
圖32 術(shù)后12周實驗組
圖33 術(shù)后12周對照組
圖34 術(shù)后12周空白組(甲苯胺藍染色 ×40)
術(shù)后4周,A組見少量圓形或橢圓形的形狀規(guī)則的細胞著淡藍色,細胞排列較整齊,極性較好,可見軟骨陷窩,甲苯胺藍染色弱陽性(圖26);B組及C組甲苯胺藍染色均陰性(圖27~28)。術(shù)后8周,A組藍染的圓形或橢圓形透明軟骨樣細胞增多,著色更深,軟骨陷窩更加明顯,部分細胞可見兩個胞核,軟骨下有較多新生骨生成并與宿主骨的骨小梁融合,新生組織與宿主組織界面耦合較好,甲苯胺藍染色陽性(圖29);B組少量藍染的軟骨樣細胞排列不整齊,極性差,軟骨陷窩不明顯,新生組織與宿主組織界面耦合較差,甲苯胺藍染色弱陽性(圖30);C組甲苯胺藍染色陰性(圖31)。術(shù)后12周,A組大量圓形或橢圓形的形狀規(guī)則的藍染細胞排列整齊,極性一致,軟骨陷窩數(shù)量更多更明顯,軟骨下多量的新生骨與宿主骨的骨小梁融合整合良好,缺損區(qū)新生軟骨與宿主軟骨、新生軟骨下骨界面耦合亦良好,甲苯胺藍染色強陽性(圖32);B組藍染細胞排列仍較紊亂,數(shù)量較A組少,甲苯胺藍染色陽性(圖33);C組可見陳舊性肉芽組織生長并突出于缺損區(qū)表面,甲苯胺藍染色陰性(圖34)。
3組術(shù)后各時間點甲苯胺藍染色陽性率的比較如表2所示,A組與B組間、A組與C組間的差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。
2.6 軟骨組織學(xué)評分
術(shù)后4周、8周和12周A、B、C三組各時間點組織學(xué)評分結(jié)果的比較如表3所示,A組與B組之間、A組與C組之間的差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。
關(guān)節(jié)軟骨自我修復(fù)能力有限[7]。Redman等[8]認為直徑小于3 mm的缺損可部分或全部修復(fù),但修復(fù)產(chǎn)生的纖維軟骨會逐漸退化甚至壞死,也有學(xué)者[9]提出直徑大于2 mm的軟骨缺損無法自行正常修復(fù)。在參考部分相關(guān)文獻[10-13]后,我們建立的骨軟骨復(fù)合缺損模型軟骨缺損直徑達4 mm,深至軟骨下骨的潮線以下,以確保缺損需采用骨軟骨組織工程的方法才能得以修復(fù)。
表2 3組術(shù)后各時間點甲苯胺藍染色陽性率的比較(±s,%)
表2 3組術(shù)后各時間點甲苯胺藍染色陽性率的比較(±s,%)
注:*與A組比較,P<0.05
組別8周A組B組C組F值P值甲苯胺藍染色陽性率4周35.2±6.3 5.8±3.9* 0.5±1.2* 11.363 0.037 63.4±5.4 17.7±3.6* 5.6±3.1* 15.849 0.012 12周84.1±6.3 43.6±3.7* 6.8±3.8* 18.832 0.009
表3 3組術(shù)后各時間點組織學(xué)評分的比較(±s,分)
表3 3組術(shù)后各時間點組織學(xué)評分的比較(±s,分)
注:*與A組比較,P<0.05
組織學(xué)評分12周24.8±0.8 17.4±2.7* 9.5±0.7* 71.706 0.001組別8周A組B組C組F值P值4周13.6±1.3 5.5±1.8* 2.4±0.5* 28.136 0.017 19.5±0.9 12.5±2.5* 7.2±0.8* 52.309 0.003
選擇合適的種子細胞在骨和軟骨組織工程的構(gòu)建中尤為重要。目前可供選擇的種子細胞種類繁多,但迄今為止尚無一種能完全滿足組織工程要求,種子細胞來源不足也嚴重限制骨軟骨組織工程技術(shù)的應(yīng)用[14]。在種子細胞的選擇上,本研究聯(lián)合應(yīng)用TGF-β1、IGF-1和地塞米松將少量BMSCs誘導(dǎo)成為軟骨細胞后與BMSCs以1∶2的比例共培養(yǎng),這樣既避免為獲取足量的軟骨細胞而進行大量的軟骨取材,減少損傷,同時也避開軟骨細胞反復(fù)傳代培養(yǎng)4代以上即產(chǎn)生衰老和去分化的風(fēng)險,為擴大和優(yōu)化軟骨組織工程的種子細胞來源提供實驗依據(jù)。本研究的實驗結(jié)果證實,共培養(yǎng)細胞中的BMSCs能促進軟骨細胞的增殖,同時軟骨細胞也為BMSCs的分化提供軟骨微環(huán)境,從而為細胞復(fù)合到支架材料上、植入復(fù)合缺損區(qū)并進一步形成軟骨和成骨提供重要前提。實驗結(jié)果還表明,空白組骨軟骨復(fù)合缺損在8周、12周只能由少量的纖維軟骨和陳舊性肉芽組織填充,沒有形成正常的透明軟骨,而對照組和實驗組復(fù)合缺損處都能形成軟骨和成骨。對照組的成軟骨、成骨速度較為緩慢,且與宿主軟骨、骨的界面耦合欠佳,軟骨細胞排列紊亂,細胞極性較差,軟骨陷窩少,推測可能與植入單純支架材料的對照組沒有復(fù)合外源性種子細胞有關(guān)。實驗組從4周起即有較為明顯的軟骨生成,至12周時,蘇木精—伊紅染色和甲苯胺藍染色均提示缺損區(qū)修復(fù)的軟骨主要為透明軟骨,其與宿主的軟骨、骨界面耦合良好,軟骨細胞出現(xiàn)柱狀排列的趨勢,細胞極性好,軟骨陷窩明顯,軟骨下骨的骨小梁和宿主骨的骨小梁整合良好,提示實驗組缺損處軟骨和軟骨下骨都得到有效修復(fù)。三組術(shù)后各時間點甲苯胺藍染色陽性率以及組織學(xué)評分的比較結(jié)果亦說明,不植入支架和細胞的空白組很難形成軟骨組織修復(fù)缺損,而實驗組的復(fù)合缺損處植入共培養(yǎng)細胞-骨軟骨復(fù)合支架后可生成軟骨組織修復(fù)缺損,修復(fù)效果明顯優(yōu)于空白組,且在12周內(nèi)隨著時間的延長修復(fù)效果越來越好。推測主要是由于共培養(yǎng)細胞復(fù)合到骨軟骨支架材料上后,支架成軟骨區(qū)原有的活性生長因子TGF-β1和膠原促進誘導(dǎo)分化的軟骨細胞和BMSCs的黏附和增殖并進一步構(gòu)建軟骨組織;而成骨區(qū)原有的活性生長因子骨形態(tài)發(fā)生蛋白(bone morphogenetic protein,BMP)和膠原一方面促進共培養(yǎng)細胞中BMSCs以及宿主髓腔或松質(zhì)骨中BMSCs的黏附和增殖[15]并構(gòu)建骨組織,另一方面也使得異位黏附的共培養(yǎng)細胞中的軟骨細胞發(fā)生凋亡,從而使骨軟骨復(fù)合結(jié)構(gòu)性缺損獲得有效修復(fù)。
在界面的整合上,本研究的復(fù)合缺損除了軟骨-軟骨界面的整合,尚有軟骨-軟骨下骨和軟骨下骨-骨界面的整合。由于載體為復(fù)合支架,外源性BMSCs和宿主BMSCs能迅速黏附到支架的成骨區(qū)并分化為成骨細胞來構(gòu)建骨組織,因此軟骨下骨-骨界面整合較快;同時,由于本研究使用的是同種異體的軟骨-骨一體化復(fù)合支架,支架的軟骨和軟骨下骨的耦合十分完好,界面更加接近生理結(jié)構(gòu),細胞-支架復(fù)合體植入體內(nèi)后能很好地構(gòu)建出軟骨和軟骨下骨組織,從而達到軟骨-軟骨下骨界面的牢固整合。
本研究設(shè)計的動物源性骨軟骨復(fù)合支架與傳統(tǒng)的組織工程骨軟骨支架如納米羥基磷灰石/殼聚糖支架[3]相比,具有機械強度大,外觀可塑性強,生物相容性好,細胞黏附率高、黏附速度快,修復(fù)效果佳等優(yōu)點,因此我們認為,BMSCs與誘導(dǎo)分化的軟骨細胞的共培養(yǎng)細胞復(fù)合動物源性骨軟骨支架有望成為一種較理想的修復(fù)骨軟骨復(fù)合缺損的方法。
參考文獻
[1]中華人民共和國科學(xué)技術(shù)部.關(guān)于善待實驗動物的指導(dǎo)性意見.2006-09-30.
[2]梁耀中,査振剛,鄭力恒,等.BMSCs與PLGA支架構(gòu)建組織工程化骨軟骨復(fù)合組織[J].暨南大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)與醫(yī)學(xué),2010,31(2):168-173.
[3]李劼若,査振剛,姚平,等.納米羥基磷灰石/殼聚糖支架與誘導(dǎo)骨髓間充質(zhì)干細胞體外構(gòu)建軟骨支架復(fù)合體[J].中國組織工程研究與臨床康復(fù),2009,13(3):411-416.
[4]O'Driscoll SW,Recklies AD,Poole AR.Chondrogenesis in periosteal explants:an organ culture model for in vitro study [J].J Bone Joint Surg Am,1994,76(7):1042-1051.
[5]Fortier LA,Mohammed HO,Lust G,et al.Insulin-like growth factor-Ⅰ enhances cell-based repair of articular cartilage[J]. J Bone Joint Surg Br,2002,84(2):276-288.
[6] O'Driscoll SW, Keeley FW, Salter RB.Durability of regenerated articular cartilage produced by free autogenous periostealgraftsin majorfull-thicknessdefectsin joint surfaces under the influence of continuous passive motion:a follow-up report at one year[J].J Bone Joint Surg Am,1988, 70(4):595-606.
[7]Agung M,Ochi M,Adachi N,et al.Osteochondritis dissecans of the talus treated by the transplantation of tissue-engineered cartilage[J].Arthroscopy,2004,12(10):1075-1080.
[8]Redman SN,Oldfield SF,Archer CW,et al.Current strategies for articular cartilage repair[J].Eur Cell Mater,2005,14(9): 23-32.
[9]胡炯,杜寧,代嶺輝,等.建立膝骨性關(guān)節(jié)炎關(guān)節(jié)軟骨缺損的動物模型的研究[J].中國中醫(yī)骨傷科雜志,2009,17(11): 13-16.
[10]Shapiro F,Kiode S,Glimcher MJ.Cell origin and differentiation in the repair of fullthickness defect of articular cartilage [J].J Bone Joint Surg Am,1993,75(4):532-553.
[11]楊瑞甫,胡蘊玉,吳銀松,等.兔骨關(guān)節(jié)炎軟骨缺損動物模型的建立[J].中華骨科雜志,2007,27(10):779-782.
[12]翟吉良,翁習(xí)生,邱貴興.骨關(guān)節(jié)炎動物模型的建立及選擇[J].中國矯形外科雜志,2007,15(11):843-845.
[13]段小軍,左鎮(zhèn)華,楊柳.細胞移植技術(shù)修復(fù)關(guān)節(jié)軟骨缺損的臨床應(yīng)用進展[J].中華關(guān)節(jié)外科雜志:電子版,2010,4(1): 124-128.
[14]Vats A,Tolley NS,Buttery LD,et al.The stem cell in orthopaedics surgery[J].J Bone Joint Surg Br,2004,86(2): 159-164.
[15]Im GL,Kim DY,Shin JH,et al.Repair of cartilage defect in the rabbit with cultured mesenchymal stem cells from bone marrow[J].J Bone Joint Surg Br,2001,83(2):289-294.
Repair of composite defect in rabbit knee joint using animal-derived osteochondral scaffold
TAN Wencheng*,LIN Hongsheng,ZHANG Jiaqing,ZHENG Liheng,LIANG Yaozhong,XIA Jisheng,HUANG Xinpei, Wu Hao,CHEN Shu,ZHA Zhengang.*Macau Medical Science&Technology Research Association,Macau 999078,China
ZHA Zhengang,E-mail:woohaoo@163.com
Objective To investigate the feasibility of chondrocytes-animal derived osteochondral scaffold composite for repairing osteochondral composite defects in rabbit knee.Methods The co-cultured cells,consisted of adherence separated bone marrow mesenchymal stem cells(BMSCs)/induced and differentiated chondrocytes, were cultured on the animal osteochondral scaffold which was processed with deep frozen,degreased, decalcified,vacuum freezely dried and radiation sterilized procedures to construct the co-cultured cellular osteochondral scaffold composite.Twenty-seven newzealand rabbits were randomly divided into experimental group(group A),control group(group B)and blank group(group C),and there were 9 rabbits in every group. After a 6 mm-depth osteochondral composite defect was made by drilling in the intercondylar fossa of femur, co-cultured cellular osteochondral scaffold composite were planted in group A,only osteochondral scaffolds were planted in group B,while neitherscaffolds nor cellular composite were planted in group C.At 4,8,and 12weeks postoperatively,the restoration for osteochondral composite defects were evaluated by gross observation, hematoxylin-eosin staining,toluidine blue staining and histological score.Results With time go on,gross observation showed that the defects in group A were recovered completely,the regeneration and surrounding tissues were integrated and there was no hollow,while the new connective tissue in group B could not completely coverthe defects,and the defects in group C were not recovered at all.Hematoxylin-eosin and toluidine blue staining revealed that there were a lot of new hyaline cartilage at cartilage defect area in group A. In the new growth tissue columnar cells and cartilage lacuna were well arranged and polarized,also,there were many osteoid tissues in the bone defects,the interface of the regenerative cartilage,the subchondral bone and host bone coupled well.In group B,there were no cartilage lacuna in the regeneration cartilage,the arrangement of the cells were confusion and all interface coupled insufficiently.In group C,there were growing granulation tissue protruding from the surface of the defects.The positive rate of toluidine blue staining and histology score manifested that the differences between group A and B,and group A and C were statistical significance(P< 0.05).Conclusion Animal-derived osteochondral scaffold cultured with the co-culture cells consisted of BMSCs/ induction differentiation chondrocytes could successfully repair the composite defects of the cartilage and the subchondral bone in rabbit knee joint.
Chondrocyte;Bone marrow cells;Stem cells;Cells,cultured;Scaffold;Knee injuries;Cartilage, articular;Rabbits
R329.2,R684
A
1674-666X(2011)01-0051-09
2011-01-30;
2011-02-24)
(本文編輯 白朝暉)
10.3969/j.issn.1674-666X.2011.01.010
澳門醫(yī)學(xué)科技研究基金項目(031/2009/A),廣州市科技計劃(2008Z1-E411)
999078澳門醫(yī)學(xué)科技研究協(xié)會(譚文成,黃馨霈);510630廣州,暨南大學(xué)附屬第一醫(yī)院暨南大學(xué)骨科疾病研究所(林宏生,吳昊,查振剛);510632廣州,暨南大學(xué)醫(yī)學(xué)院(張嘉晴);999087澳門仁伯爵醫(yī)院(鄭立恒,夏吉生);510630廣州,暨南大學(xué)附屬第一醫(yī)院急診科(梁耀中);510800廣州,南方醫(yī)科大學(xué)附屬花都人民醫(yī)院(陳舒)
査振剛,E-mail:woohaoo@163.com
0.05 )。結(jié)論BMSCs/誘導(dǎo)分化的軟骨細胞共培養(yǎng)細胞復(fù)合動物源性骨軟骨支架對兔膝關(guān)節(jié)軟骨和軟骨下骨的復(fù)合缺損具有修復(fù)作用。