以丝素蛋白(silk fibroin,SF)和羟基磷灰石(hydroxyapatite,HA)为材料制备含软骨钙化层(calcified cartilage layer,CCL)的仿生骨软骨支架,接种兔脂肪干细胞(adipose-derived stem cells,ADSCs),评估CCL在体内修复中起到的作用,探讨这一设计组合作为骨软骨组织工程理念的可行性。
方法以SF/HA为材料,采用石蜡微球沥滤和定向结晶(thermally induced phase separption,TIPS)结合技术,制备含软骨钙化层的多相一体化仿生支架,通过扫描电镜、micro-CT进行观察,测定支架软骨层和成骨层的孔径、孔隙率和压缩弹性模量;ADSCs接种到支架上,建立兔双侧膝关节骨软骨缺损模型,分别植入CCL支架组、non-CCL+ADSCs组(不含CCL的支架复合自体ADSCs)和CCL+ADSCs组(含CCL的支架复合自体ADSCs),分别在术后4、8、12周取材,进行大体观察评分、组织学和免疫组化评估、新生骨组织Micro-CT扫描,评估各组兔膝关节骨软骨缺损修复效果,对比分析CCL在体内修复中起到的作用。
结果含CCL的仿生骨软骨支架由层次鲜明的"透明软骨-CCL-软骨下骨"组成,各层连接紧密。软骨层具有明显的取向微孔结构,分布均匀,孔径(112.43±12.65)μm,孔隙率为90.25%±2.05%;软骨下骨层具有良好的三维大孔结构,连通性好,孔径(362.23±26.52)μm,成骨层孔隙率为85.30%±1.80%;CCL+ADSCs组软骨再生情况优于non-CCL+ADSCs组,组织学和免疫组化染色可见GAG和Ⅱ型胶原表达较non-CCL+ADSCs组高;新生骨组织分析、生物力学性能测试在两组间未见明显差异。
结论含CCL的SF/HA仿生骨软骨支架模仿正常骨软骨组织结构,具有良好的三维孔隙结构和生物相容性。该支架复合自体来源的ADSCs成功修复兔膝关节骨软骨缺损,CCL的存在加速软骨组织的生长。