京尼平交联脱细胞纤维环基质,壳聚糖水凝胶与兔纤维环源干细胞的生物相容性

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:ZLKHAH3143·研究原著·刘晨，男，1989年生，安徽省巢湖市人，汉族，2015年苏州大学毕业，硕士，主要从事纤维环组织工程研究。通讯作者：徐宏光，教授，主任医师，皖南医学院弋矶山医院脊柱外科，安徽省芜湖市241001通讯作者：李斌，教授，苏州大学附属第一医院骨科，江苏省苏州市215007中图分类号:R318文献标识码:A文章编号:2095-4344(2016)21-03143-07稿件接受：2016-03-22京尼平交联脱细胞纤维环基质/壳聚糖水凝胶与兔纤维环源干细胞的生物相容性刘晨1，赵泉来1，王凌挺1，王弘1，刘平1，李斌2，徐宏光1(1皖南医学院弋矶山医院脊柱外科，安徽省芜湖市241001；2苏州大学附属第一医院骨科，江苏省苏州市215007)引用本文：刘晨，赵泉来，王凌挺，王弘，刘平，李斌，徐宏光.京尼平交联脱细胞纤维环基质/壳聚糖水凝胶与兔纤维环源干细胞的生物相容性[J].中国组织工程研究，2016，20(21):3143-3149.DOI:10.3969/j.issn.2095-4344.2016.21.015ORCID:0000-0003-4105-7823(徐宏光)文章快速阅读：文题释义：脱细胞基质：是运用化学、酶解或机械等方法去除组织中的细胞成分，而保存以细胞外基质为主的其他成分，不仅维持了原有的力学特性和生物学功能，还明显降低了支架的免疫原性。由于其保留了大量的细胞外基质和原有组织的部分结构，具有良好的生物相容性和可降解性，有利于各种细胞的黏附、扩增和分化同时，促进了组织再生，可作为生物组织工程的支架材料。但其力学性能较差，单独作为纤维环组织工程支架材料仍存在不足。京尼平交联脱细胞纤维环基质/壳聚糖水凝胶：天然材料壳聚糖具有良好的生物相容性和较强的力学性能，有文献报道其分子结构近似于纤维环重要组成成分——聚集蛋白聚糖，通过生物交联剂京尼平将脱细胞基质与壳聚糖交联制备成水凝胶，可望成为纤维环修复的新型支架材料。摘要背景：为改善脱细胞基质的力学性能及降解不可控性，前期研究制备了京尼平交联脱细胞纤维环基质/壳聚糖水凝胶纤维环组织工程支架。目的：观察京尼平交联脱细胞纤维环基质/壳聚糖水凝胶和纤维环源干细胞的生物相容性，以及京尼平交联脱细胞纤维环基质/壳聚糖水凝胶的体内降解情况。方法：制备京尼平交联脱细胞纤维环基质/壳聚糖水凝胶，通过扫描电镜和接触角测试仪观察水凝胶内部结构及表面亲水性。将第1代兔纤维环源干细胞种植于京尼平交联脱细胞纤维环基质/壳聚糖水凝胶上3d，行细胞骨架染色，通过倒置免疫荧光显微镜和扫描电镜观察细胞形态，并绘制细胞生长曲线。将京尼平交联脱细胞纤维环基质/壳聚糖水凝胶种植于新西兰大耳白兔肌间隙内，4周后观察水凝胶降解情况及与周围组织炎症反应。结果与结论：京尼平交联脱细胞纤维环基质/壳聚糖水凝胶支架为多孔网状结构，接触角为(39.94±1.61)°；纤维环源干细胞黏附于京尼平交联脱细胞纤维环基质/壳聚糖水凝胶支架表面，增殖较快，生长状态良好，说明京尼平交联脱细胞纤维环基质/壳聚糖水凝胶具有良好的生物相容性。种植于兔体内的水凝胶支架在4周后有所降解，周围肌肉组织有炎症细胞存在。关键词：生物材料；材料相容性；纤维环组织工程；脱细胞基质；壳聚糖；水凝胶；干细胞；国家自然科学基金京尼平交联脱细胞纤维环基质/壳聚糖水凝胶的生物相容性与降解性共培养3d，行细胞骨架染色，通过倒置免疫荧光显微镜和扫描电镜观察细胞形态，并绘制细胞生长曲线提取纤维环源干细胞制备京尼平交联脱细胞纤维环基质/壳聚糖水凝胶将细胞与水凝胶共培养4周后观察水凝胶降解情况及与周围组织炎症反应刘晨，等.京尼平交联脱细胞纤维环基质/壳聚糖水凝胶与兔纤维环源干细胞的生物相容性P.O.Box10002,Shenyang110180:XuHong-guang,Professor,Chiefphysician,DepartmentofSpineSurgery,YijishanHospitalofWannanMedicalUniversity,Wuhu241001,AnhuiProvince,ChinaCorrespondingauthor:LiBin,Professor,DepartmentofOrthopedics,FirstAffiliatedHospitalofSuzhouUniversity,Suzhou215007,JiangsuProvince,China主题词：壳聚糖；水凝胶；干细胞；组织工程基金资助：国家自然科学基金(81272048)；安徽省自然科学基金(1308085MH152)Biocompatibilityofrabbitannulusfibrosus-derivedstemcellswithgenipincross-linkeddecellularizedannulusfibrosusmatrix/chitosanhydrogelsLiuChen1,ZhaoQuan-lai1,WangLing-ting1,WangHong1,LiuPing1,LiBin2,XuHong-guang1(1DepartmentofSpineSurgery,YijishanHospitalofWannanMedicalUniversity,Wuhu241001,AnhuiProvince,China;2DepartmentofOrthopedics,FirstAffiliatedHospitalofSuzhouUniversity,Suzhou215007,JiangsuProvince,China)AbstractBACKGROUND:Toimprovethemechanicalpropertiesanduncontrollabilityofdegradationofdecellularizedmatrix,wemanufacturedgenipincross-linkeddecellularizedannulusfibrosusmatrix/chitosanhydrogelsasannulusfibrosustissue-engineeredscaffold.OBJECTIVE:Toobservethebiocompatibilityofannulusfibrosus-derivedstemcellswithgenipincross-linkeddecellularizedannulusfibrosusmatrix/chitosanhydrogels,andthedegradationofhydrogelsinvivo.METHODS:Genipincross-linkeddecellularizedannulusfibrosusmatrix/chitosanhydrogelscaffoldswereprepared,andtheinternalstructureandhydrophilicpropertyofhydrogelswasdetectedbyscanningelectronmicroscopyandcontactanglemeter,respectively.Afterwards,passage1rabbitannulusfibrosus-derivedstemcellswereseededonthescaffoldsfor3days,cellmorphologywasobservedbyinvertedimmunofluorescencemicroscopyandscanningelectronmicroscopyaftercytoskeletonstaining,andadditionally,curveofcellgrowthwasobtained.Inthemeanwhile,thescafflodsweretransplantedintotheintermuscularspaceofNewZealandwhiterabbits,andthedegradationandinflammatoryreactionofthehydrogelswereobservedafter4weeks.RESULTSANDCONCLUSION:Thepreparedhydrogelscaffoldshowedporousandnetworkstructureandthecontactanglewas(39.94±1.61)°;annulusfibrosus-derivedstemcellsadheredwellonthescaffoldsurfacewithafastergrowthrate.Furthermore,at4weeksaftertransplantation,thehydrogelinvivowasdegraded,andinflammatorycellsappeared.Thesefindingsindicatethatgenipincross-linkeddecellularizedannulusfibrosusmatrix/chitosanhydrogelshavegoodbiocompatibility.Subjectheadings:Chitosan;Hydrogel;StemCells;TissueEngineeringFunding:theNationalNaturalScienceFoundationofChina,No.81272048;theNaturalScienceFoundationofAnhuiProvince,No.1308085MH152Citethisarticle:LiuC,ZhaoQL,WangLT,WangH,LiuP,LiB,XuHG.Biocompatibilityofrabbitannulusfibrosus-derivedstemcellswithgenipincross-linkeddecellularizedannulusfibrosusmatrix/chitosanhydrogels.ZhongguoZuzhiGongchengYanjiu.2016;20(21):3143-3149.0引言Introduction椎间盘退行性疾病是引起中老年人颈肩痛和腰腿痛的主要原因之一，在骨科门诊中就诊率最高[1-2]。目前，对于这类疾病的治疗包括保守治疗和手术治疗，手术治疗如各种融合虽能明显改善患者腰痛症状，但术后脊柱生物力学的改变会导致或加速临近节段退变，引发更严重的脊柱疾患[3-4]。一些专家和学者试图通过构建组织工程化椎间盘来代替病变椎间盘，达到根治的目的。一些研究表明，保持纤维环的完整性，在椎间盘退行性疾病的治疗中起到关键作用[5-6]。因此，纤维环组织工程日益得到学者的关注。支架材料是纤维环组织工程的重要组成部分，脱细胞基质是由组织细胞分泌的结构性和功能性蛋白构成，保留了大量细胞外基质和原有组织的部分结构，具有良好的生物相容性和可降解性，适合培养细胞，可作为生物组织工程的支架材料，但其力学性能较差，单独作为纤维环组织工程支架材料仍存在不足。壳聚糖具有优越的机械性能，已被应用于纤维环组织工程中。实验尝试构建新型纤维环组织工程支架材料——京尼平交联