CPC-PLGA复合材料体外构建组织工程化骨的实验研究

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支架材料和种子细胞一直是组织工程学研究的重点,作为骨组织工程基础的支架材料,需要满足多方面的苛刻要求,现有的支架材料各有缺点,均不理想。通过改进制造工艺,将不同材料复合,有望开发出性能优良的新型支架材料。骨髓中的间充质干细胞(MSCs)具有取材方便、增殖能力强、可向成骨细胞分化等多项优点,是骨组织工程种子细胞的热门之选。 目的本实验通过混合磷酸钙骨水泥(CPC)和聚乳酸一聚乙醇酸共聚体(PLGA)两种生物材料,加工制备出一种新型的支架材料CPC—PLGA复合物。然后以人的MSCs为种子细胞体外初步构建出组织工程化骨,为进一步的动物体内实验提供依据。 方法此次实验主要分为材料制备理化性能检测、细胞培养鉴定成骨诱导、组织工程化骨种植构建三个步骤。 材料制备及理化性能检测:低温粉碎PLGA(50:50),筛选出100~300μm的PLGA微粒,然后按比例与CPC混合均匀,滴加固化液(磷酸盐缓冲液)后填入模具,挤压固化成型。制成后,利用试验机检测复合材料的力学性能,利用X射线衍射仪(XRD)分析固化产物的组成,利用扫描电子显微镜(SEM)观察材料表面的降解情况。 细胞培养鉴定成骨诱导:征集并筛选健康志愿者,髂前上嵴穿刺抽取骨髓,分离后培养、扩增,溴化3一(4,5一二甲基噻唑一2)一2,5一二苯基四氮唑(MTT)比色法绘制细胞生长曲线,流式细胞分析仪(FCM)鉴定细胞表面标志物表达,混合化学诱导剂(B一甘油磷酸钠、抗坏血酸、地塞米松)诱导细胞向成骨细胞方向分化4周,进行形态学观察,钙一钴法碱性磷酸酶(AKP)染色,定量检测试剂盒检测AKP酶的活性改变和ABC免疫组化试剂盒检测I型胶原、骨钙素(OC)表达,采用Von Kossa’s染色法进行钙化结节染色。 组织工程化骨种植构建:制作成片状的CPC—PLGA复合材料,消毒处理后,表面种植对数生长期MSCs,培养7天后扫描电镜观察。 结果力学仪检测CPC—PLGA复合材料的抗压强度达到40.5 MPa,弹性模量达到13.8Gpa;XRD分析CPC—PLGA复合材料与单一的CPC的固化产物主要物相均为羟基磷灰石(HA);SEM观察发现CPC—PLGA复合材料表面仅有微孔;模拟体液(Ringer’s液)浸泡降解6周后材料表面出现大小约为100~300um孔洞,分布均匀。 MTT比色法检测细胞1周生长情况,绘制生长曲线推算细胞倍增时间约为30小时;FCM检测细胞表面标志物CD29阳性,CD34、CD45为阴性;使用化学诱导剂诱导4周,显微镜观察细胞形态转化为多边形,有毛刺,生长趋于停滞;AKP染色阳性;AKP/ALP活性定量检测约为诱导前4倍,统计学分析P<0.05,差别有统计学意义;免疫组化染色发现I型胶原、oC表达阳性;钙化结节染色发现有钙化结节形成。 种植后电镜观察细胞在支架材料表面粘附生长,材料表面开始降解。 结论CPC-PLGA复合材料制作方法简易、可塑性强、理化性能优良、降解性好,是较为理想的骨组织工程支架材料。将hMSCs种植于CPC-PLGA复合材料上,体外环境下可初步构建组织工程化骨。
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