本文關(guān)鍵詞：自體軟骨微粒復合仿生凝膠修復局灶性關(guān)節(jié)軟骨缺損研究

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【摘要】：研究背景軟骨是分布在長骨的兩端,其生理作用是承重、耐磨、低摩擦界面,使關(guān)節(jié)在運動時不會產(chǎn)生疼痛。但是軟骨沒有血管、神經(jīng)、淋巴組織和低細胞分布密度,這導致軟骨在受到損傷時很難修復或者修復成僵硬的纖維軟骨,容易導致骨性關(guān)節(jié)炎,造成患者的疼痛或者關(guān)節(jié)的殘疾,給患者造成嚴重的精神和身體不適。關(guān)節(jié)軟骨在臨床上十分常見,許多創(chuàng)傷造成直接的軟骨損傷如關(guān)節(jié)內(nèi)骨折、或者間接的造成軟骨損傷如關(guān)節(jié)周圍的韌帶損傷后造成軟骨損傷;許多病理條件能造成軟骨損傷如骨性關(guān)節(jié)炎、肢端肥大、血友病、內(nèi)風濕關(guān)節(jié)炎等。軟骨組織工程是將種子細胞(干細胞或者軟骨細胞)和細胞因子接種在各種不同的生物支架上用來修復軟骨缺損,利用細胞分泌的胞外基質(zhì)逐漸替代支架,與周圍正常軟骨整合,達到修復軟骨的目的。組織工程技術(shù)為基礎(chǔ)的軟骨細胞移植方法經(jīng)歷了三個發(fā)展階段:第一代ACI技術(shù):1984年P(guān)eterson報道在兔關(guān)節(jié)軟骨缺損模型中,用可吸收縫線將自體骨膜作為覆蓋膜縫于軟骨缺損周緣,將體外擴增的自體軟骨細胞懸液注入缺損,術(shù)后16周修復組織為透明樣軟骨;第二代ACI技術(shù):2006年Gooding等報道用Ⅰ/Ⅲ型膠原薄膜代替骨膜進行對照研究,術(shù)后2年隨訪證實修復效果與骨膜組比無差異,其優(yōu)點避免了因獲取骨膜而增加額外創(chuàng)傷,但可能存在細胞外漏、覆蓋膜脫落等問題。為了克服ACI技術(shù)缺點,研究者將擴增的軟骨細胞種植在Ⅰ/Ⅲ膠原支架上,共培養(yǎng)后用生物膠固定于缺損,此技術(shù)為第三代ACI技術(shù),即基質(zhì)誘導的自體軟骨細胞移植(MACI)。然而這些方法在修復軟骨缺損上的療效并不是十分理想,原因在于:(一)體外擴增的軟骨細胞增殖能力有限,且易發(fā)生細胞表型改變。ACI技術(shù)和MACI技術(shù)均需對軟骨細胞進行體外擴增,由于體外難以模擬在體微環(huán)境,尤其是缺乏機體免疫系統(tǒng)的監(jiān)控,擴增的軟骨細胞容易發(fā)生去分化。表現(xiàn)為軟骨細胞向成纖維細胞轉(zhuǎn)變,透明軟骨基質(zhì)的主要成分Ⅱ型膠原蛋白基因表達減少,而纖維軟骨的主要成分Ⅰ型膠原纖維基因表達增加。軟骨細胞表型的改變必將影響其體內(nèi)分泌基質(zhì)的功能,從而導致再生軟骨質(zhì)量缺陷。(二)植入的支架材料與天然軟骨基質(zhì)存在較大的差異。ACI技術(shù)單純使用軟骨細胞懸液,由于缺少細胞外基質(zhì)的固定與支撐,最終再生的修復組織生物力學性能較差、耐磨持久性不佳。MACI技術(shù)使用Ⅰ/Ⅲ膠原為細胞支架材料,與天然軟骨基質(zhì)存在較大的差異,使用的支架成分為Ⅰ、Ⅲ膠原而不是透明軟骨中的Ⅱ型膠原,支架成分類似于皮膚而不是透明軟骨,因此形成的組織無論在結(jié)構(gòu)上還是成分上都與天然軟骨存在本質(zhì)差異。我們課題組旨在研究出Ⅱ型膠原蛋白(COLII)—硫酸軟骨素(CS)—透明質(zhì)酸(HA)三者的仿生水凝膠,再確保生物安全的基礎(chǔ)上,與種子細胞(軟骨微粒)結(jié)合構(gòu)建仿生軟骨,用來修復小香豬的膝關(guān)節(jié)軟骨全層缺損,證實仿生凝膠復合軟骨微粒修復軟骨缺損的可行性。研究方法1、用高碘酸鈉氧化CS,對氧化的CS進行紅外光譜檢測;采用不同的比例制備COLII-HA-CS仿生凝膠,得出最佳成膠比例。2、取新西蘭大白兔,用軟骨微粒獲取裝置在兔子膝關(guān)節(jié)的股骨滑車處磨取軟骨微粒,將軟骨微粒混合于COLII-HA-CS仿生凝膠中,在體外培養(yǎng),在3d,7d,14d,21d,25d,30d取標本,做組織切片HE染色,觀察到微粒中的軟骨細胞均存活情況。3、取15頭貴州小豬,共30膝,隨機分為兩組,每組15膝,麻醉,鋪無菌單,逐步切開皮膚、關(guān)節(jié)囊,暴露關(guān)節(jié)滑車,用直徑8mm的套筒確定軟骨缺損范圍,用軟骨微粒獲取裝置獲取粒徑為100-200um的微粒并制作好直徑為8mm的軟骨全層缺損,以軟骨微粒:仿生凝膠為3:1的比例混合均勻,植入缺損區(qū)域,對照組為單純軟骨缺損。術(shù)后1、3、6月取標本,分別進行大體、體式顯微鏡及組織學觀察,同時用ICRS對大體組織和O’Driscoll組織學評分對軟骨缺損處的修復效果進行評價。研究結(jié)果:1、氧化的硫酸軟骨素從紅外光譜上看,氧化的硫酸軟骨素紅外光譜顯示:波長在1750cm處出現(xiàn)新的吸收峰,其是醛基中的C=0吸收峰;以COLII-HA:CS按2:1、3:1、4:1、5:1的比例成膠,最終以3:1成膠的效果最好。2、軟骨微粒與仿生凝膠混合培養(yǎng)在3d,7d,14d,21d,25d,30d,取標本做組織切片HE染色,觀察到微粒中的軟骨細胞均存活。3、成功的將軟骨微粒復合仿生凝膠植入軟骨缺損,術(shù)后1月,對照組見少許修復組織形成,軟骨下鈣化層不連續(xù),部分可見軟骨下骨破壞、塌陷,缺損處顏色為淡黃色。實驗組見大部分修復組織覆蓋缺損,新生組織顏色接近正常軟骨顏色,術(shù)后3月及6月,對照組大體組軟骨表面粗糙,有裂隙存在,軟骨下骨塌陷,鈣化層不連續(xù)。實驗組大體及組織切片觀察發(fā)現(xiàn)修復組織完全覆蓋缺損,與周圍正常軟骨整合良好,表面光滑,細胞分布均。實驗組術(shù)后1月ICRS評分:14±1.2,3月ICRS評分:17.8±1.31,術(shù)后6月ICRS評分:19.4±0.89;對照組術(shù)后1月ICRS評分:0.6±0.89,3月ICRS評分:12.4±2.4,術(shù)后6月ICRS評分:18.2±0.44;實驗組術(shù)后1月O’Driscoll評分:13±1.22,3月O’Driscoll評分:15.8±1.30,術(shù)后6月O’Driscoll評分:17.2±0.84;對照組術(shù)后1月O’Driscoll評分:2.2±0.45,3月O’Driscoll評分:5.2±0.84,術(shù)后6月O’Driscoll評分:7.2±0.44(各時間點n=5,p0.05)。研究結(jié)論:1、高碘酸鈉能夠氧化硫酸軟骨素,使硫酸軟骨素產(chǎn)生醛基基團,氧化后的硫酸軟骨素能夠和膠原蛋白發(fā)生schiff-base交聯(lián)反應(yīng),生成一種新型水凝膠。2、氧化的硫酸軟骨素能與COLII-HA復合溶膠發(fā)生交聯(lián)反應(yīng),形成在滿意的仿生凝膠,仿生凝膠混合軟骨微粒在體外培養(yǎng)一個月軟骨微粒中的軟骨細胞存活,為體內(nèi)動物實驗提供理論依據(jù)。3、軟骨微粒復合仿生凝膠植入軟股缺損處,能夠修復膝關(guān)節(jié)局灶性軟骨缺損,修復組織表面平整,與周圍正常軟骨整合良好,修復組織基質(zhì)多以Ⅱ型膠原蛋白為主,各時間點實驗組修復效果均好于對照組(p0.05)。
【學位授予單位】：第三軍醫(yī)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：R687;R318.08

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本文編號：1161871