含钙化层仿生组织工程骨支架对运动性踝关节损伤的修复

中国组织工程研究第20卷第21期2016–05–20出版ChineseJournalofTissueEngineeringResearchMay20,2016Vol.20,No.21ISSN2095-4344CN21-1581/RCODEN:ZLKHAH3065·研究原著·陈会鹏，男，1989年生，贵州省水城县人，苗族，2015年成都体育学院毕业，硕士，主要从事民族传统体育学研究。通讯作者：陈会鹏，成都体育学院，四川省成都市610041中图分类号:R318文献标识码:B文章编号:2095-4344(2016)21-03065-06稿件接受：2016-03-19含钙化层仿生组织工程骨支架对运动性踝关节损伤的修复陈会鹏，刘玲娜(成都体育学院，四川省成都市610041)引用本文：陈会鹏，刘玲娜.含钙化层仿生组织工程骨支架对运动性踝关节损伤的修复[J].中国组织工程研究，2016，20(21):3065-3070.DOI:10.3969/j.issn.2095-4344.2016.21.004ORCID:0000-0003-2320-6901(陈会鹏)文章快速阅读：文题释义：组织工程支架材料：是指能与组织活体细胞结合并能植入生物体的不同组织，并根据具体替代组织具备的功能的材料。为了使种子细胞增殖和分化，需要提供一个由生物材料所构成的细胞支架，支架材料相当于人工细胞外基质。软骨组织工程：是将软骨种子种植于可生物降解、组织相容性好的生物材料形成复合物，然后再把该复合物植入软骨缺损处，生物材料自行降解的过程中，种植的细胞形成新的软骨来填充缺损。摘要背景：在体育运动或日常生活中，由于受力的突发性，尤其是受到非生理性剥离运动时造成的损伤比较普遍，如篮球、足球、橄榄球和武术运动中，该类运用均为对抗性、爆发性运动导致踝关节损伤发生率较高。常规方法虽然能改善患者症状，但是长期治疗欠佳，治疗后并发症发生率较高，容易引起二次伤害。目的：制备含钙化层仿生组织工程骨支架，观察其对运动性踝关节损伤的修复效果。方法：选取成都体育学院2014年12月至2015年12月诊治的80例武术运动踝关节损伤患者，随机分为对照组和含钙化层仿生组织工程骨支架组，每组40例。利用羊软骨制备脱细胞微粒悬液，加入预冷磨具中制备直径为8mm的含钙化层骨软骨组织块，且利用冻干法和化学交联法能获得含钙化层仿生组织工程支架，含钙化层仿生组织工程骨支架组采用含钙化层仿生组织工程骨支架植入方法治疗，对照组给予药物治疗。结果与结论：①制备的支架形态：骨软骨组织切取表面透明部分后，保留骨软骨钙化层，透明软骨呈白色，正常骨软骨之间存在钙化层，软骨下骨为松质骨；将制备的骨软骨钙化层脱细胞组织块进行苏木精-伊红染色，结果显示：骨软骨钙化层仅剩下细胞空巢，但是骨软骨块中软骨、骨软骨钙化层以及软骨下骨结构保持良好；②患者疼痛情况：两组患者治疗前疼痛评分差异无显著性意义(P0.05)；含钙化层仿生组织工程骨支架组治疗后1，4周疼痛评分显著低于对照组(P0.05)；③疗效：含钙化层仿生组织工程骨支架组治疗疗效率显著高于对照组(P0.05)。④结果证实，试验成功制备含钙化层仿生组织工程支架，将其用于修复运动性踝关节损伤效果较好。关键词：生物材料；骨生物材料；含钙化层仿生组织工程骨支架；制备方法；武术运动；踝关节损伤；治疗效果；冻干法；化学交联法；疼痛评分；生物化学；组织学主题词：组织工程；生物相容性材料；踝关节基金资助：四川省教育厅科研基金(A20150201)含钙化层仿生组织工程骨支架对运动性踝关节损伤的修复利用冻干法和化学交联法制备钙化层仿生组织工程支架植入损伤踝关节含钙化层仿生组织工程支架，将其用于修复武术运动踝关节损伤效果较好陈会鹏，等.含钙化层仿生组织工程骨支架对运动性踝关节损伤的修复P.O.Box10002,Shenyang110180:ChenHui-peng,ChengduSportInstitute,Chengdu610041,SichuanProvince,ChinaAcalcifiedbiomimeticscaffoldforbonetissueengineeringinthetreatmentofmartialarts-inducedankleinjuryChenHui-peng,LiuLing-na(ChengduSportInstitute,Chengdu610041,SichuanProvince,China)AbstractBACKGROUND:Insportsorindailylife,damageduetosuddenpower,especiallyduetonon-physiologicalrelease,iscommonlyseen.Forexample,duringbasketball,soccer,rugby,ormartialartsmovement,oppositionalandexplosivemovementsresultinahigherincidenceofankleinjuries.Whileconventionalmethodscanimprovesymptoms,thelong-termefficacyisunsatisfactory,accompaniedbyahigherincidenceofcomplicationsthatarelikelytocausesecondarydamage.OBJECTIVE:Toprepareacalcifiedbiomimeticscaffoldforbonetissueengineeringandtoobservethetherapeuticeffectofthisscaffoldonmartialarts-inducedankleinjuries.METHODS:Eightypatientswithmartialarts-inducedankleinjurywereselectedfromChengduSportInstitutebetweenDecember2014andDecember2015.Thesepatientswererandomlyassignedtocontrolgroupwithdrugtreatmentandbiomimeticscaffoldgroupwithcalcifiedbiomimeticscaffoldimplantation(n=40pergroup).Acellularsuspensionpreparedbygoatcartilagewasusedtomakecartilagetissueblockswithacalcifiedlayerwithadiameterof8mminaprechilledabrasiveapparatus.Then,thecalcifiedbiomimeticscaffoldforbonetissueengineeringwaspreparedusinglyophilizationandchemicalcrosslinkingmethods.RESULTSANDCONCLUSION:Osteochondraltissueswerepartiallyhyalinizedonthesurfacewiththepresenceofosteochondralcalcifiedlayer.Thehyalinizedcartilagewaswhiteincolor,thecalcifiedlayerexistedbetweennormalosteochondraltissues,andthesubchondralbonewasconsideredasthecancellousbone.Thenthecalcifiedlayerwasstainedusinghematoxylin-eosin.Wefoundthatcartilagecellsinthecalcifiedlayerwerebasicallyremoved,forming“emptynests”onebyone.Butthestructureofbonecartilageinthetissueblock,thecalcifiedlayerandthesubchondralboneretainedwell.Forpainassessment,visualanalogscalescoresweredetectedandshowednodifferencebetweentwogroupspriortotreatment(P0.05),butbecamesignificantlyhigherinthebiomimeticscaffoldthanthecontrolgroupat1and4weeksaftertreatment(P0.05).Besides,thebiomimeticscaffoldexhibitedbettertherapeuticefficacythanthedrugtreatment(P0.05).Overall,thisstudysuccessfullypreparethecalcifiedbiomimeticscaffoldforbonetissueengineeringthatissuitableforrepairofsport-inducedankleinjuries.Subjectheadings:TissueEngineering;BiocompatibleMaterials;AnkleJointFunding:theScientificResearchFundofSichuanProvincialEducationBureau,No.A20150201Citethisarticle:ChenHP,LiuLN.Acalcifiedbiomimeticscaffoldforbonetissueengineeringinthetreatmentofmartialarts-inducedankleinjury.ZhongguoZuzhiGongchengYanjiu.2016;20(21):3065-3070.0引言Introduction踝关节是人体的弹跳启动器，也是落地缓冲器，在人们日常运动、生活尤其是多项体育运动中均发挥了重要的作用[1]。从结构组成来说：踝关节由胫骨、腓骨远端和距骨组成，胫骨下方的关节面、内踝关节面以及腓骨外踝关节面则又共同组成了关节窝，胫骨下段底部与内踩关节面相互连接[2-3]。武术运动属于是一项剧烈运动，身体在弹跳、下落时需要保持身体的平衡，容易引起骨软骨损伤，且伴有不同成都的机械应力改变，导致足前外侧着地、内翻，引起踝关节损伤，患肢功能障碍，生活质量下降[4-5]。人体关节软骨主要由软骨、软骨下骨及之间的钙化层组成。关节软骨基本无血液、淋巴及神经，仅包含单一的软骨细胞，导致关节软骨自身修复能力相对较差。关节软骨峡谷主要对人体关节软骨起到支持作用，软骨下骨替代物由于血管化不足，难以将其进行修复，大块软骨下骨缺损将明显影响其支持效果。同时，骨软骨之间的钙化层包括深层透明软骨、潮线、钙化软骨、黏合线及上层软骨下骨，其结构相对微细，难以在体外进行构建，影响机体生理功能。常规方法虽然能帮助患者修复，但是长期修复效果欠佳，预后较差，难以保证踝关节恢复到损伤前状态[6]。理想的骨代替物必须具备以下特征：①具备骨传导性，符合人体骨解剖生理结构[7-8]；②能与人体相互融合，避免生物排斥，保证良好的组织生物相容性；③能分泌细胞