新型脱细胞异种肋软骨移植物的制备与性能评价

来源 :中国医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiaoluc
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目的:由于人工合成假体的生物相容性差,数以百万计的隆鼻接受者被迫选择自体肋软骨作为移植物。自体肋软骨具有极强的生物相容性,但其组织来源有限、造成供区损伤(疼痛、运动受限、胸廓畸形和胸壁瘢痕)和手术时间延长等诸多不足,使其实际临床应用受到极大限制。脱细胞异种肋软骨因其保留了天然细胞外基质并且具有低免疫原性,有望成为自体肋软骨有前景的替代品。然而,传统的软骨脱细胞方法以去污剂多轮次、长时间的反复洗涤为主,这造成了组织活性成分的损失和力学结构的明显破坏,导致植入体内的效果不佳。为了应对这些问题,本研究通过将渗透压作用、冷冻-溶解、酶化处理和温和去污剂洗涤等多种技术相结合的改良脱细胞方法来制备新型脱细胞异种肋软骨,并通过多种检测方法进行测验。1.评估新型脱细胞肋软骨的脱细胞效果、组织形态学特点、生物活性成分含量、超微结构以及机械性能;2.通过体内体外实验评价新型脱细胞肋软骨的细胞毒性和细胞相容性;3通过成年兔子鼻部植入的体内实验来分析新型脱细胞肋软骨的组织相容性、炎症反应和维持形态的功能。方法:1.通过改良脱细胞方法制备新型异种肋软骨(CDCC,combination-based decellularized costal cartilage),并将其与传统脱细胞方法制备常规脱细胞肋软骨(SDCC,sodium deoxycholate-based decellularized costal cartilage)和天然肋软骨(NCC,native costal cartilage)进行比较。进行HE染色和DAPI染色判断软骨细胞的残留情况,提取各组DNA后进行定量检测评估DNA残留情况,并且采用琼脂糖凝胶电泳实验检测残留DNA的片段大小,此外还对α-Gal抗原表位进行定量分析。通过Safranin O染色和Ⅱ型胶原免疫组化染色进行组织形态学分析。对细胞外基质的重要成分胶原蛋白及糖胺聚糖进行生化定量检测。通过ELISA定量分析细胞分子b-FGF,TGF-β1 and TIMP-1的保留情况。通过扫描电镜观察各组材料表面超微结构。采用机械力学试验来评价各组的机械性能。2.提取大鼠鼻中隔软骨细胞,种植在CDCC和SDCC支架上,通过测定培养基中DNA释放量来分析各组脱细胞肋软骨的生物相容性。再将大鼠软骨细胞培养于CDCC和SDCC浸提液中,利用CCK-8实验评价各组材料的细胞毒性作用。成纤维细接种在两组脱细胞材料上,电镜下观察细胞粘附情况。大鼠皮下植入实验后进行炎性因子ELISA和CDb11免疫组化染色,评估移植物可能引起的系统和局部免疫反应。3.使用成年新西兰兔子作为实验动物,根据填充移植物的种类将它们随机分为两组:常规脱细胞肋软骨组(SDCC)和新型改良脱细胞肋软骨组(CDCC)。在术后第3个月和第6个月,对实验兔子进行磁共振分析以评估植入物的情况。利用HE染色、Safranin O染色和Ⅱ型胶原免疫组化染色,对植入物形态学分析,评估降解和炎症反应情况。通过对ECM主要成分的定性和定量分析,评估植入物降解吸收程度。结果:1.HE染色和DAPI染色结果显示,CDCC的脱细胞效果与SDCC相同,其二者均无可见的细胞膜和细胞核残留。DNA定量检测结果显示,经过脱细胞处理后,与NCC的DNA含量相比,CDCC和SDCC都出现了明显下降(p<0.05),并且均达到了50ng/mg(干重组织)以下的国际标准,两组DNA含量之间没有显著性差异(p<0.05)。琼脂糖凝胶电泳结果显示,CDCC和SDCC均没有出现可见的DNA条带,达到了没有超过200bp DNA片段的标准。α-Gal抗原表位的定量检测结果显示CDCC组和SDCC组的结果显著低于NCC组(p<0.05)。Ⅱ型胶原免疫组化染色中,NCC,SDCC和CDCC均显示棕黄色胶原染色,没有明显差异。Safranin O染色表明,与NCC相比,SDCC和CDCC都有显著浅染,但CDCC比SDCC明显深染。总胶原蛋白的定量检测结果证明,NCC、CDCC和SDCC三组的总胶原蛋白含量没有显著差异(p>0.05)。糖胺聚糖的定量分析结果表明,CDCC和SDCC都较NCC出现显著的下降(p<0.05),但是CDCC的糖胺聚糖含量显著高于SDCC(p<0.05)。ELISA检测结果显示,CDCC中b-FGF,TGF-β1 and TIMP-1含量均显著高于SDCC(p<0.05)。扫描电镜结果可见,CDCC和SDCC均保留了完整的胶原纤维,但CDCC的细微结构形态较SDCC保留更完好。机械性能分析结果表明,与NCC相比,SDCC和CDCC的杨氏模量和断裂应力下降,但CDCC的这两个力学参数明显高于SDCC(p<0.05),三组间的断裂应变没有明显差异(p>0.05)。2.鼻中隔软骨细胞与SDCC和CDCC分别共同培养后,两组培养基中都没有检测到明显的DNA释放,它们的DNA含量都明显低于阳性对照组(p<0.05),而与阴性对照组相比没有显著差异(p>0.05)。此外,CCK-8实验结果表明,在24h、48h和72h三个时间点,CDCC和SDCC的OD450值之间均没有显著差异(p>0.05),且均显著高于阳性对照组(p<0.05),与阴性对照组比较没有显著差异(p>0.05)。在大鼠背部皮下植入实验中,在第3d和第7d时,SDCC组和CDCC组的IL-2和IFN-γ高于空白组,有显著统计学差异(p<0.05)。在第14d时,SDCC组高于空白组,有统计学差异(p<0.05),CDCC组与空白组之间没有统计学差异(p>0.05)。在第28d时,空白组、SDCC组和CDCC组3组间的IL-2和IFN-γ无显著统计学差异(p>0.05),而IL-4的表达量在三组之间未见明显的统计学差异(p>0.05)。皮下植入局部免疫组化染色结果见在SDCC组和CDCC组中,CD11b(+)细胞的数量在第3天和第7天之间逐渐增多,第14天出现回落,在第28天时,两组移植物所在区域的染色明显浅于之前,而且这两组之间并未见明显的差异。免疫组化染色切片定量分析显示两组之间在4个时间点的定量结果遵循从少到多,又逐渐回落的趋势,并且两组的结果没有统计学差异(p>0.05)。3.新西兰白兔鼻部植入实验中,在术后3个月和6个月的磁共振图像中,我们可以观察到,SDCC组的植入物体积明显变小,而CDCC组植入物的形态维持了基本稳定,无显著变化。其中,在术后第3个月,SDCC组的移植物周围发生液化,而CDCC组的移植物与周围组织紧密连接;在术后第6个月,SDCC中心出现液化区,表明SDCC组发生降解,相反,CDCC组的移植物保持均匀的密度,没有液化或坏死,并且紧密附着在周围组织上,形成生物结合。HE染色的结果显示在术后第6个月,SDCC组中心区域有降解裂痕,且有大量炎性细胞浸润,在CDCC组中没有明显降解,炎性细胞数量很少,仅出现在移植物表面周围。此外,炎性细胞计数分析还证实了CDCC组中炎性细胞的数量显着低于SDCC组中的炎性细胞,并且差异具有统计学显著性(p<0.05)。术后6个月,Safranin O染色显示CDCC组中的GAG比SDCC组中的多,尤其是在CDCC的外周部分。此外,GAGs定量分析证明了,与植入前相比,SDCC和CDCC都有下降,但CDCC组中GAG的含量在植入6个月后明显高于SDCC,并且差异比植入前更显着(p<0.01)。Ⅱ型胶原免疫组化染色结果显示SDCC组的胶原结构被明显破坏,而CDCC组无明显裂解且在移植物浅层区域可见少量新生胶原组织。结论:1.应用改良的脱细胞方法所制备新型脱细胞异种肋软骨中的细胞性抗原成分被有效地清除,而且与传统方法制备的脱细胞肋软骨相比,更好的保存了各种细胞外基质成分和细胞因子,并且具备更优良的力学特性。2.新型脱细胞异种肋软骨具有良好的体内外生物相容性。3.新型脱细胞异种肋软骨比常规脱细胞肋软骨在鼻部植入能够更好的维持形态,减慢降解速度和减少炎症反应。
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