组织工程化人形下颌骨髁状突的实验研究

作者:翁雨来 曹谊林 Vacanti CA  文章来源:上海口腔医学 

2008-2-2 10:27:20         【博客】 【论坛】 【投稿】 【打印】 【关闭


1.6 种植PGA/PLA下颌骨髁状突
  成骨细胞藻酸钙悬液注入PGA/PLA髁状突模型内,同时在髁突头表面涂敷300μl软骨细胞-Pluronic F127凝胶(图1)。

图1  构建人形下颌骨髁状突示意图
Fig.1 A diagram for constructed mandibular condyle of human shape

  无胸腺雄性小鼠18只,4-6周龄。无菌条件下在小鼠背部制成皮下间隙,每只小鼠均接受1只PGA/PLA塑制成的髁状突模型。
  实验共分3组,第1组(n=6):PGA/PLA髁状突模型仅注入藻酸钙和Pluronic;第2组(n=6):PGA/PLA髁状突模型单纯注入成骨细胞和软骨细胞悬液;第3组(n=6):PGA/PLA髁状突模型既注入成骨细胞藻酸钙悬液,又在髁突头表面涂敷软骨细胞-Pluronic凝胶液。植入后12周处死动物,仔细剥离周围软组织,取出实验标本,10%福尔马林固定,作大体和组织学观察。
1.7 组织学观察
  10%福尔马林固定标本24-72h,石蜡包埋、切片,标准组织学技术行HE、Safranin O、Masson's trichrome和 Van Kossa染色。

2 结果

  骨膜体外培养3周后,成骨细胞碱性磷酸酶活性反应阳性,表明该细胞在分化、生长过程中具有成骨特性。植入后12周未发现排斥和炎症反应。第1组无骨和软骨形成,PGA/PLA模型明显缩小,形态不规则。第2组仅留有残缺不全的结构,体积缩小,外形不规则。第3组形态结构与原PGA/PLA髁状突模型结构相同。组织学检查显示第2和第3组均有骨和软骨形成,而第1组无任何组织形成。在第3组标本中,可见典型的2-3mm厚、质地刚柔、乳白色不透明软骨覆盖于髁突头表面。镜下可见标本表面软骨呈明显的3层排列:表面层、移行层和放射层,有序地嵌入于骨组织中,所有标本均有新骨形成,成熟骨板在骨小梁中明显可见,骨小梁边缘排列整齐的成骨细胞和包埋在基质中的骨细胞(图2)。

图2A 示骨、软骨和界面(HE×100)
Fig.2A Illustrating interface of bone and cartilage 

图2B 示关节表面软骨3层排列:表面层、移行层和反射层,并有序地嵌入于骨组织(HE×200)
Fig.2B Illustrating three layers of joint surface: superficial, transitional and radial layers, interdigitation of bone and cartilage at their interface

3 讨论

  迄今为止,重建下颌骨髁状突的常用方法和材料效果不甚满意。关键在于种植体不能维持其正常形态结构和缺乏关节表面应有的软骨组织。为了从形态和功能上对髁状突缺损进行修补,须在建立正常骨形态结构的基础上,提供具有缓冲功能的关节软骨面,从而适应关节生长和改建。
  本实验结果发现,含有骨和软骨细胞的人形髁状突三维双层生物支架植入体内可形成骨和软骨复合组织。既再建了髁状突的正常骨结构形态,又提供了关节表面的功能性软骨组织。这在修复、再建髁状突时尤为重要。
  本实验还发现,只有在PGA/PLA生物支架的基础上,应用藻酸钙才能复制出结构复杂的髁状突。因为作为细胞生物支架的PGA/PLA髁状突给细胞提供了理想的生长代谢的生态环境,而藻酸钙对PGA/PLA支架结构起到内支撑固定作用。藻酸钙吸收降解速度缓于PGA/PLA,使骨组织形成与生物材料降解吸收同步进行,以维持再生髁状突形态结构的完整性,同时藻酸钙能在骨组织形成过程中,逐渐释放出骨代谢所必需的钙离子。迄今所知,藻酸钙是组织工程化骨组织中最理想的人工合成细胞载体,但其最大缺点是不能塑形,因此单独与骨细胞组合还不能形成所需的特定三维立体结构。本实验利用PGA/PLA和藻酸钙两者之优,有机结合,首次在骨组织工程形态结构上获得成功。本实验仅是在无免疫功能的裸鼠体内进行,在有免疫功能的动物体内能否形成组织工程化骨组织、生物材料的组织相容性、成骨细胞的来源是将此技术应用临床需要解决的关键问题,有待于进一步研究。

[作者简介]翁雨来(1953-),男,硕士,副教授

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责任编辑:姚红祥  

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