基于软骨脱细胞基质的组织工程支架对骨髓间充质干细胞成软骨分化的影响

来源 :广西医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhangduanhua870505
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目的:由于关节软骨组织无血管、无神经。一旦发生损伤,很难进行自我修复。软骨脱细胞基质是一种具有生物活性分子的天然生物材料,可通过脱除组织中的细胞及抗原成分获得。脱细胞基质支架在组织工程领域的应用越来越广泛,但脱细胞基质支架修复效果与来源物种、加工方法和脱细胞效率等变量相关。其中,组织来源年龄是影响修复效果的重要因素。我们通过研究比较了新生(3d)、青少年(100d)和成年(200d)三个不同年龄兔子软骨组织之间的差异。并考察这三个年龄段的软骨脱细胞基质在不同结构支架中对骨髓间充质干细胞(Bone marrow mesenchymal stem cells,BMSCs)成软骨分化的影响。方法:第一部分,提取3天、100天、200天三个年龄段的关节软骨组织。表征不同年龄段组织中的sGAG、DNA含量、力学强度、胶原以及特异性生长因子含量。研磨后进行脱细胞处理,接着通过DAPI染色和DNA含量检测的手段来确认脱细胞效果。通过sGAG、总胶原和ELISA等检测手段确认基质保留效果。第二部分,探讨BMSCs在不同年龄段脱细胞基质水凝胶中的分化情况。将三个年龄段的脱细胞颗粒与胶原复合形成水凝胶(Col3d-H、Col100d-H、Col200d-H),以纯胶原水凝胶(Col-H)作为对照组。将水凝胶包裹骨髓间充质干细胞分别进行体外细胞培养和裸鼠皮下植入实验。通过DNA和sGAG定量检测以及切片染色检测细胞在四组水凝胶中的增殖以及分化情况。第三部分,探讨不同年龄段脱细胞基质定向结构支架对BMSCs分化的影响。将三个年龄段的脱细胞基质颗粒与胶原复合制成具有定向孔隙结构支架(Col3d-S、Col100d-S、Col200d-S),并以纯胶原定向支架(Col-S)作为对照组。将BMSCs种植到支架上体外培养28天,通过sGAG定量检测和切片染色观察四组支架特异性基质分泌情况以及矿化情况。在体内,胶原-DMP复合定向支架用于兔膝关节软骨缺损的修复。结果:第一部分:随着年龄的增长,DNA、sGAG和生长因子含量呈现下降趋势。而总胶原含量和力学性能呈现上升的趋势。脱细胞后,细胞脱除效率高达99.2%,且重要的生物活性分子得到保留。第二部分:Col3d-H组具有很好的软骨诱导性。但有钙结节的生成,说明基质钙化。Col100d-H组具有较好的软骨诱导效果和抗钙化能力。Col200d-H组软骨诱导能力最差。第三部分:Col3d-S组能促进BMSCs成软骨分化,但后期有钙结节的出现。Col100d-S组具有较好的软骨分化能力。Col200d-S组后期容易形成纤维化软骨。体内结果表明胶原-DMP复合支架具有更好的软骨修复能力。结论:1.三个年龄段的软骨脱细胞基质均可有效促进BMSCs的增殖以及诱导BMSCs的成软骨分化。2.3d的软骨脱细胞基质可能具有更好的软骨诱导作用,但同时也会导致明显的基质钙化。3.100d的软骨脱细胞基质有较好的软骨诱导能力和抗钙化能力。4.200d的软骨脱细胞基质诱导能力比较弱。5.相比于新生和成年脱细胞基质,青少年脱细胞基质可能是软骨再生应用中更好的来源。这一发现为我们设计基于脱细胞基质的未来生物材料以实现关节软骨的成功修复提供了重要信息。
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