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目的:接骨中药已广泛应用于临床,临床观察发现接骨中药能构促进骨折及骨缺损愈合。本试验通过中药血清药理学方法,进行复方接骨中药含药血清培养诱导的骨髓间充质干细胞(MSC)复合去抗原牛松质骨载体(BCB)修复兔桡骨缺损的研究,旨在从细胞水平上探讨复方中药促进骨缺损修复的作用机制。
方法:传统复方接骨中药由厚朴、大黄、枳壳、桃仁、苏木、当归、红花、骨碎补、川断、龟板等组成。按体表面积计算等效剂量,以中医方法煎制后灌喂饲养试验组动物,对照组则用等量自来水灌喂。同种条件下喂养10d后,采集各组动物股动脉血4ml并于无菌离心管中室温下离心,提取血清并灭活补体,制备含药及对照血清。于无菌条件下在新西兰兔双侧坐骨棘处用骨髓穿刺针抽吸骨髓液,以无菌培养皿收集骨髓,而后用注射器反复抽吸,使之成为细胞悬液。收集并离心细胞悬液,在37℃、5%CO2饱和湿度的培养箱中培养,3代以后的细胞用于试验。试验组细胞用10%含药血清+DMEM培养,对照组细胞用10%非含药血清+DMEM培养,每日于倒置显微镜下观察细胞生长情况及形态变化,以MTT法检测细胞增殖,麦胚凝集沉淀法测定骨源性碱性磷酸酶(BALP)活性。
将含药及不含药血清培养诱导分化2周的骨髓间充质干细胞(MSC)种植于预湿的去抗原牛松质骨载体上,在37℃、5%CO2培养箱内培养4h,待细胞基本贴壁后,取4月龄新西兰兔24只,随机分为两组,每组12只。每只兔一侧前肢截取中段1.2cm桡骨,造成骨缺损。试验组于骨缺损处植入中药诱导的骨髓间充质干细胞与去抗原牛松质骨复合物,对照组于骨缺损处植入非中药诱导的细胞和去抗原牛松质骨。分别于术后3、6、12周收集植骨标本,经大体观察及摄X线片后将各组标本保留于10%中性福尔马林中,经石蜡包埋后切片并行HE染色,光镜下观察骨缺损修复及成骨的组织学变化。测定6,12周标本植入区中部骨密度,并与对侧正常骨比较。
结果:试验组与对照组的组织学变化明显不同。经中药血清诱导后的骨髓MSC数量多,细胞核较大并呈扁圆形,染成蓝色,细胞排列呈成纤维细胞样,植入载体内有新骨形成。对照组细胞体积较大,成梭形,个别细胞呈三角形或多角形,载体骨小梁间隙可见纤维组织,未见新骨形成,统计学分析表明BALP活性明显高于对照组。
用体积分数为0.1含药血清+DMEM培养的实验组细胞培养第1周末,增殖细胞呈簇集生长,以培养孔的周缘最为明显,细胞形态以梭形为主;培养第2周末,细胞大量增殖,密度增高,细胞形态出现明显变化,由单一的梭形纤维状变成较多量的三角形、多角形、立方形细胞,完全具备成骨细胞形态。此时测定骨碱性磷酸酶活力达到高峰,骨髓间充质干细胞已大量诱导分化为成骨细胞。培养孔内成骨细胞贴附成星形,突起向孔隙壁延伸。培养孔周缘的细胞已连接成片,形成细胞重叠,细胞分泌旺盛,胞体丰满,胞浆透明清晰,贴壁牢固,细胞突起增多,胞体间紧密连接,细胞之间界限模糊,以后细胞生长情况变化不大。对照组诱导分化为成骨细胞形态及生长特点与实验组相似,但成骨细胞数量、密度明显较实验组下降,同期细胞骨碱性磷酸酶活力较实验组低,同期细胞BALP活性较低。
经四唑盐法证实,实验组及对照组细胞均先进入生长缓慢的滞留阶段,为潜伏期,该期约在传代后1-2d,此时两组比较差异无显著性(P>0.05)。以后进入迅速增殖的指数生长期(该期在传代后3-5d),在3d、4d、5d时进行四唑盐试验证明实验组均比对照组增殖迅速(P<0.05,P<0.01,P<0.01),5d后实验组与对照组达到生长停止的平台期。
实验组及对照组均是在第2周末时骨碱性磷酸酶活力达到高峰,第3周末开始明显下降,在第1和4周末时实验组与对照组比较差异无显著性(P>0.05),在第2,3周末时实验组骨碱性磷酸酶活力均大于对照组(P<0.05)。
大体观察及X线片显示:试验组骨痂生长良好,骨缺损修复完成;对照组骨缺损部分修复,部分为骨不连接。试验组骨密度测定实验组的骨密度均显著高于对照组的骨密度,差异有统计学意义(P<0.01)。
结论:
1.复方接骨中药可促进体外培养的骨髓MSC增殖及成骨分化;
2.复方接骨中药含药血清体外诱导复合体促进体内成骨;
3.复方接骨中药能促进骨质愈合;
4.从细胞水平上验证含药血清培养诱导的骨髓间充质干细胞复合去抗原牛松质骨载体能够较好地修复兔桡骨缺损。