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目的:由于肿瘤、炎症、外伤和发育异常等导致的骨缺损在临床上极为常见,骨缺损自身修复能力较低,只能修复有限大小的骨缺损,自体、异体骨移植作为修复骨缺损最常用的方法,存在着诸多不足:来源有限、供区结构破坏、功能受影响、具有免疫原性、传染疾病等,目前开发的骨替代材料距理想的目标还有很大距离。骨缺损的治疗一直是骨科领域不断深入研究的课题。组织工程学的发展为这一难题提供了新的思路和方法。骨组织工程学的研究内容主要包括:种子细胞、可降解的生物材料、骨生长相关因子。藻酸钙凝胶是一种理想的组织工程支架材料,藻酸钙凝胶在电镜下扫描为三维网状结构,其作为细胞载体具有以下特点:良好的力学性能、化学稳定性、低毒性、低致热源性、低免疫反应性、确定的空隙率和空隙间距、与细胞有良好的相容性并且操作可一步完成,同时,它能为细胞生长建立良好的三维空间结构,有利于氧和营养物质进行交换并排出废物,从而具有良好的骨传导作用。骨膜含有成骨细胞、骨原细胞及成纤维细胞等,大量实验证明骨膜来源的成骨细胞成骨能力强,是较好的种子细胞提供物。骨膜中及骨损伤局部分泌丰富的转化生长因子(TGF-β)和骨形态生发蛋白(BMP),具有刺激骨膜细胞分化和骨膜成骨的作用。藻酸钙凝胶与自体骨膜细胞如何配比才能达到最佳骨骼生长状态,是实验过程中亟待解决的难题。本实验在总结前人研究经验的基础上,进一步观察自体骨膜细胞—藻酸钙凝胶复合体在动物机体中的成骨情况,并初步探讨藻酸钙凝胶与骨膜细胞的最佳配比。
方法:健康成年新西兰白兔96只,随机分成六组,即A、B、C、D、E、F组(其中A、B、C、D、E组为试验组,F组为对照组),每组16只。手术造成双侧桡骨15mm标准骨缺损模型,将取下的双侧桡骨骨膜锐性剥离后剪成碎片,混入5ml的1640液中,用细胞悬液制备器将混合液制成细胞悬液,800转/分钟离心8分钟浓集细胞,将A、B、C、D、E组沉淀的细胞分别与藻酸钠溶液充分混匀,体积约为0.4ml(约等于骨缺损体积),置于模型中,调节A、B、C、D、E组细胞数为总数的1、1/4、1/16、1/64、1/256,滴加葡糖酸钙使溶液变成凝胶,并植入自体右侧桡骨缺损模型处。于术后2、4、8、12周每组随机处死动物4只,将标本仔细去除肌肉后进行大体观察、X-线检查、组织学观察,同时测定血清碱性磷酸酶(ALP)、血清钙水平。
结论:
1.自体骨膜细胞悬液—藻酸钙凝胶复合体在自体内成骨作用良好,修复骨缺损效果满意,且操作简便,易于临床掌握和应用。
2.藻酸钙凝胶具有良好的组织相容性、表面活性、生物降解性和可塑形性,是一种良好的组织工程学材料,适用于构建组织工程骨。
3.骨膜细胞是骨种子细胞的可靠来源,将骨膜制成细胞悬液,成骨细胞成活率高,在合适载体中成骨作用强,并主要以软骨内成骨为主,形成多中心成骨。
4.本实验观察可以看出:家兔桡骨骨膜(面积)与澡酸钙凝胶载体(体积)比为0.862:1~3.448:1(cm2:cm3)之间时骨膜细胞悬液—藻酸钙凝胶复合体成骨作用可靠,比值过大或过小都将影响复合体成骨作用。