脱细胞基质材料制备方法及在骨关节软骨损伤修复中的应用

中国组织工程研究第20卷第34期2016–08–19出版ChineseJournalofTissueEngineeringResearchAugust19,2016Vol.20,No.34ISSN2095-4344CN21-1581/RCODEN:ZLKHAH5051·研究原著·赵玉果，男，1982年生，河南省南阳市人，汉族，2009年郑州大学毕业，硕士，主治医师，主要从事骨关节损伤及脊柱微创的临床研究。中图分类号:R318文献标识码:A文章编号:2095-4344(2016)34-05051-06稿件接受：2016-06-12脱细胞基质材料制备方法及在骨关节软骨损伤修复中的应用赵玉果1，李明明2(1南阳市中心医院，河南省南阳市473000；2郑州大学第一附属医院，河南省郑州市450001)引用本文：赵玉果，李明明.脱细胞基质材料制备方法及在骨关节软骨损伤修复中的应用[J].中国组织工程研究，2016，20(34):5051-5056.DOI:10.3969/j.issn.2095-4344.2016.34.006ORCID:0000-0002-0003-0264(赵玉果)文章快速阅读：文题释义：脱细胞基质：是将同种异体组织经过脱细胞工艺处理后，去除能够引起免疫排斥反应的抗原成分，同时完整地保留细胞外基质的三维空间结构及一些对细胞分化有重要作用的生长因子，如成纤维细胞生长因子2、转化生长因子β、血管内皮生长因子等。经过处理的细胞外基质材料具有良好的机械力学性能，该材料的组织相容性好，植入体内没有免疫排斥现象，在体内起着支持、连接细胞的作用，同时其三维的空间结构及细胞因子有利于细胞的黏附和生长。关节软骨：属于透明软骨，表面光滑，呈淡蓝色，有光泽，它是由一种特殊的叫做致密结缔组织的胶原纤维构成的基本框架，这种框架呈半环形，类似拱形球门，其底端紧紧附着在下面的骨质上，上端朝向关节面，这种结构使关节软骨紧紧与骨结合起来而不会掉下来，同时当受到压力时候，还可以有少许的变形，起到缓冲压力的作用。摘要背景：研究显示，组织脱细胞基质与正常细胞外基质相比能够在机体内诱导上皮细胞、平滑肌细胞，促进其演化为机体的一部分。目的：观察脱细胞基质组织工程材料在骨关节软骨损伤修复中的应用效果。方法：采用随机对照方法将30只新西兰大白兔分为纤维样组织组和脱细胞基质组织组，每组15只，在大白兔股骨髁部建立直径为4mm的骨关节软骨缺损模型。用牛膝关节软骨制备软骨脱细胞基质支架，脱细胞基质组织组采用脱细胞软骨基质支架修复；纤维样组织组采用纤维样组织修复，比较两组不同组织修复效果。结果与结论：①脱细胞基质组织工程材料交联后呈现为深蓝色，疏松多孔，直径为5mm，硬度适中，具备一定的弹性；②苏木精-伊红染色不含有细胞碎屑及蓝染的核物质，不存在残留的细胞外基质；③甲苯胺蓝染色为蓝色材料支架孔隙率为90%，溶胀率为(1314±337)%；④脱细胞基质组织组材料1，3，5，7，9d的A值显著高于纤维样组织组(P0.05)；⑤兔纤维样组织组缺损明显，纤维瘢痕基本形成并充填在缺损中。脱细胞基质组织组修复12周后缺损部位存在白色组织覆盖，表面光滑，缺损面基本修复，与正常组织边界不明显。甲苯甘蓝染色显示蓝染，细胞细小变平，软骨下骨骨结构与软骨连接良好，直接基本降解；⑥结果提示：脱细胞基质组织工程材料具有良好的生物相容性、细胞吸附性以及亲水性而在骨关节软骨损伤修复中得到应用，能促进损伤部位的修复效果，是一种适用于骨关节软骨损伤的修复材料。脱细胞基质组织工程材料在骨关节软骨损伤修复中的应用30只新西兰大白兔建立骨关节软骨缺损模型脱细胞基质组织组采用脱细胞软骨基质支架修复纤维样组织组采用纤维样组织修复主要观察指标：⑴脱细胞基质材料大体情况；⑵观察脱细胞基质材料组织学观察；⑶脱细胞基质材料理化性能；⑷两组支架材料A值比较；⑸兔骨关节缺损修复12周后大体和组织学观察。用牛膝关节软骨制备软骨脱细胞基质支架赵玉果，等.脱细胞基质材料制备方法及在骨关节软骨损伤修复中的应用P.O.Box10002,Shenyang110180关键词：生物材料；软骨生物材料；细胞基质；骨关节软骨损伤；修复；纤维样组织主题词：骨；软骨，关节；组织工程Tissue-engineeredacellularmatrixmaterial:preparationandapplicationinarticularcartilagerepairZhaoYu-guo1,LiMing-ming2(1CentralHospitalofNanyang,Nanyang473000,HenanProvince,China;2FirstAffiliatedHospitalofZhengzhouUniversity,Zhengzhou450001,HenanProvince,China)AbstractBACKGROUND:Ithasbeenreportedthattissue-engineeredacellularmatrixcaninduceandpromoteepithelialcellsandsmoothmusclecellstoevolveintoapartofbodyinvivocomparedwiththenormalextracellularmatrix.OBJECTIVE:Toinvestigatetheeffectoftissue-engineeredacellularmatrixinarticularcartilagerepair.METHODS:Totally30NewZealandrabbitswererandomlyallottedtofibroidtissueandacellularmatrixgroups(n=15pergroup),andthenarticularcartilagedefectmodels,4mmindiameter,wereestablishedatthewhiterabbitfemoralcondyle.Acellularcartilagematrixscaffoldwaspreparedusingbovinekneecartilage,andmodelratsintheacellularmatrixgroupwererepairedwithacellularcartilagematrixscaffoldandtheothersinthefibroidtissuegrouprepairedwithfibroidtissues.Finally,repaireffectsbetweentwogroupswerecompared.RESULTSANDCONCLUSION:Thedarkblueandporoustissue-engineeredacellularmatrixmaterialcouldbefound,withadiameterof5mmandmoderatehardness,andexhibitedcertainflexibilityaftercross-linking.Hematoxylin-eosinstainingshowedthatcelldebris,blue-stainednuclearmaterialsandresidualextracellularmatrixdisappeared.Toluidinebluestainingfoundthattheporosityofthebluescaffoldwas90%,andtheswellingratiowas(1314±337)%.Theabsorbancevalueintheacellularmatrixgroupwassignificantlyhigherthanthatinthefibroidtissuegroupat1,3,5,7and9days(P0.05).Inthefibroidtissuegroup,defectsfilledwithnewbornfibrousscarswereovert.Bycontrast,intheacellularmatrixgroup,thewhitetissuescoveredthedefectregionwithsmoothsurface,andthewoundwasbasicallyhealed,withanunclearboundaryafter12weeks.Moreover,blue-stained,smallflattenedcellsappeared,subchondralbonestructurewasconnectedwellwiththecartilage,andthescaffoldwasdirectlydegraded.Inconclusion,thetissue-engineeredacellularmatrixmaterialexhibitsgoodbiocompatibility,celladsorptionandhydrophilicity,andcanpromotethedefectrepairafterarticularcartilageinjury.Therefore,itisasuitablesubstituteforarticularcartilagerepair.Subjectheadings:Bone;Cartilage,Articular;TissueEngineeringCitethisarticle:ZhaoYG,LiMM.Tissue-engineeredacellularmatrixmaterial:preparationandapplicationinarticularcartilagerepair.ZhongguoZuzhiGongchengYanjiu.2016;20(34):5051-5056.0引言Introduction创伤、骨性关节炎等均为临床上常见的骨科疾病，这种疾病发病率较高，诱因也相对较多，且多数患者损伤后伴有软骨下骨的缺损，缺损如果得不到及时有效的修复，将会诱发其他疾病，严重者甚至导致关节功能的丧失[1-2]。目前，临床上对于骨关节软骨缺损尚缺乏理想的修复方法，常用的修复方法尚存在一定的局限性，自体移植是目前最理想的修材料，但是该方法受到来源的限制、取骨软骨处受到进一步损伤，增加患者痛苦，而对于异体或异种移植则容易产生免疫排斥反应等[3-4]。研究结果显示：组织脱细胞基质与正常细胞外基质相比能够在机体内诱导上皮细胞、平滑肌细胞[5-6]，从而促进其演化为机体的一部分。目前，临床上对于脱细胞处理的真皮、心包、角膜等作为相应组织替代物已经取得了阶段性进展[7-8]。组织工程学是一门新兴的学科，它主要是利用细胞生物学、生物材料学以及工程学原理，开发应用于修复或改善机体缺损器官结构、功能替代物的学科[9-10]。组织工程在修复过程中其三大要素包括种子细胞、支架材料以及生长因子等，并且三者相辅相成，融会贯通，融合了工程学、生命科学等原理和理论[11]。支架材料在构建组织工程软骨时，材料的性能在一定程度上影响细胞的生物学特性及细胞增殖能力，从而影响植入物及受体效果[12-13]。目前，临床上对于细胞基质组织工程材料制赵玉果，等.脱细胞基质材料制备方法及在骨关节软骨损伤修复中的应用ISSN2095-4344CN21-1581/RCODEN:ZLKHAH5053备方法及其性能以及在骨关节软骨损伤中的效果尚缺乏研究。因此，临床上研究细胞基质材料在骨关节软骨损伤修复中的效果能为提高临床治愈率提供依据[14-1