骨髓基質干細胞作為一類未分化的細胞,其具有自我復制能力,能夠分化成為至少一種功能細胞的早期未分化細胞[1].目前絕大多數學者認為,組織工程包含的三個核心因素是:干細胞,適合的生物支架和生長因子。骨組織工程的先決條件是有足量的成骨潛能的細胞。骨髓基質干細胞具有以下特點:(1)具有向多種組織類型分化的潛能,可以在體外大量擴增;(2)取材方便且對機體損害輕微,在進行移植時由它誘導的組織不存在免疫排斥和組織配型反應[2];(3)植入外源性基因不影響其生理特性,所以它成為當今骨組織工程的最理想種子細胞。由于綠色熒光蛋白分子相對較?。? 619 kD),可以與很多蛋白融合表達而對各自性質的特性幾乎沒有影響,因而利用標準亞克隆技術即可將感興趣的基因與GFP融合后轉入感興趣的生物體內進行瞬間或穩定表達,這樣可進行細胞間的物質運輸、運輸的動力、活體定位觀察及蛋白質定位學的研究[3].本實驗擬通過體外培養兔骨髓基質干細胞,體外轉染綠色熒光蛋白,證明其在正常細胞中可存活。我們建立了一種復合骨組織人工骨的材料,同時采用骨組織工程復合材料學方法,以異體骨髓基質干細胞(Mesenchymal stem cells MSCs)為種子細胞,制成細胞-載體復合物,用來修復兔橈骨骨缺損,檢查修復情況。
1資料和方法。
1.1一般資料。BM-Ⅱ型水浴式生物組織包埋機(Olmpus,日本),1512型組織切片機(WMK-08,山東濰坊醫療器械廠,濰坊),水浴式自動恒溫攤片器(TD5A-WS,湘儀,北京),WP700L17型微波爐(SW-CT-1FD,北京大楊傲飛實驗室設備有限公 司,北 京),Leica quantimet 500圖 像 分 析 儀(1X70,Olmpus,日本),Toshiba KXO15 R型X線機(FA2104,上海衡平儀器儀表廠,上海),Siemensplus 4螺旋CT機,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型膠原多克隆抗體:武漢博士得生物制品有限公司產品。SABC免疫組織化學試劑盒:由武漢博士得生物制品有限公司提供,包括正常血清封閉液、二抗、SABC、抗原修復液和復合消化液。HE染液,Modified tetrachrome染液。
1.2試驗動物分組選用健康成年中國大白兔72只,重2.0~2.5 kg,雄雌不限,隨機分為實驗組(A組),對照組(B,C組),每組24只。A組行同種異體骨髓基質干細胞骨移植,B組行自體骨移植,C組行空白支架。
1.3手術方法速眠新5 ml/kg耳緣靜脈麻醉后,仰臥位固定,術區剪毛,碘伏酒精消毒,鋪洞巾。取右側前肢中段橈側骨凸起處做約3.0cm縱形切口,逐層切開,保護血管、分離軟組織后顯露橈骨。在距橈骨遠端2.0cm處用線鋸截斷橈骨,再向近端距第1截骨線1.0cm處做第2截骨線,切除1.0cm骨段,A組植入同種異體基質干細胞復合物、B組原位植入自體骨,C組植入支架,徹底止血、沖洗后依次縫合筋膜與皮膚,無菌敷料繃帶包扎。術后肌注青霉素針劑每次50萬單位,1次/d,連續5 d,在相同條件下用標準飼料分籠飼養。由于兔前肢的上下尺橈關節先天性骨性融合,橈骨離斷后尺骨可發揮很好的支撐作用,故骨折端穩定性好,不需要內外固定。術后4周、8周、12周分批取材進行拉伸應力實驗、X線片和HE染色以及內源性BMP-2表達情況的檢查,然后作對比分析。
1.4標本處理。分別于術后4、8、12周分3批,每組各隨機抽取8只動物,先行拍攝X線片,然后用氣體栓塞法處死,于右側前肢橈骨骨折端取材(切取以骨折端為中心2cm的骨段)。肉眼大體觀察后用生理鹽水沖洗,立即置于4%多聚甲醛溶液,在室溫下固定24~48 h.置于福爾馬林100 ml、生理鹽水800 ml、甲酸70 ml、鹽酸80 ml、三氯化鋁60 g、乙酸25 ml配成的混合脫鈣液中1周,至脫鈣滿意后,梯度酒精脫水,叔丁醇透明,石蠟包埋,5μm厚度組織切片,行HE染色及免疫組織化學染色觀察。
1.5放射學檢查每只動物均由專人負責拍攝右側前肢正側位X線片,進行觀察和對比。攝片條件:30 mA、50 kV、0.05S[6].
1.6拉伸應力實驗。國標拉力機下行10 mm/s拉伸實驗,記錄產生斷裂時的最大拉力值,然后將各組進行比較。
1.7光鏡觀察。光鏡下觀察HE染色切片,比對組織學變化。
1.8免疫組化觀察。比較3組生物因子BMP-2表達情況。生物因子的表達情況經計算機圖像分析系統處理后用平均灰度值來表示。
1.9統計學處理平均灰度值用均數標準差表示,使用統計學軟件SPSS 14.0進行配對t檢驗,3組比較,P<0.05.
2結果。
2.1放射學檢查。
實驗A組:術后4周時骨缺損處有低密度組織陰影出現,骨折端有新生骨痂出現;術后8周骨痂量增多,且其骨密度增加,部分骨缺損已經達到臨床愈合;術后12周骨痂量明顯增多,且密度接近正常骨密度,出現骨髓腔結構,髓腔再通。
對照B組:術后4周時骨折端有低密度組織陰影出現骨折端有新生骨痂出現,骨折線明顯模糊;術后8周骨痂量增多,且其骨密度增加密度接近正常骨密度,出現骨髓腔結構;術后12周已經達到臨床骨愈合,髓腔再通。對照C組:術后4周時無骨痂形成,骨折邊緣光滑;術后8周骨折邊緣趨向模糊,無明顯骨痂形成;術后12周骨折邊緣模糊,少量骨痂形成。