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BMSCs来源ECM片层-种植体复合物的体内外研究

朱丹吉  冯煜婷  姜治伟  杨国利  
【摘要】:目的:目前,已有学者成功构建具有高成骨能力的细胞膜片-种植体复合物,然而其面临保存困难、难以保持生物学活性等难题。本研究旨在制备大鼠骨髓间充质干细胞(bone mesenchymal stem cells,BMSCs)来源的细胞外基质(extracellular matrix, ECM)片层-种植体复合物,建立一种易于保存并兼具促成骨活性的种植体。材料与方法:体外实验提取SD大鼠BMSCs,经脱细胞处理获得ECM片层,光学显微镜、扫描电镜、免疫荧光染色分析检测ECM片层表征。在ECM片层上接种BMSCs并评估其黏附、增殖、成骨分化能力。将ECM片层包裹于喷砂大颗粒酸蚀(sandblasted, large-grit, acid-etched, SLA)种植体表面,植入大鼠胫骨干骺端,以空白SLA种植体为对照,评价种植体骨结合能力。结果:体外实验结果表明ECM片层构建成功,光学显微镜下呈无完整细胞形态的结构。扫描电镜的结果显示,ECM片层表面有平滑富含胶原纤维的结构,并且免疫荧光染色分析显示ECM片层中无细胞核,主要成分I型胶原纤维和纤连蛋白仍大量存在。ECM片层-种植体复合物在扫描电镜下仍可见网状多级孔洞结构。接种在ECM片层上的BMSCs在黏附初期(0.5h)较对照组形态更为伸展,且黏附细胞数更多,在后期(4h)无明显差异;在培养初期(3d, 5d)细胞数显著高于对照组,且似沿ECM片层排列,在后期(7d)无明显差异;细胞内成骨相关基因ALP、BMP2、Runx2的表达水平与对照组相比显著上调。体内实验显示,通过Micro-CT检测发现植入大鼠胫骨干骺端的ECM片层-种植体复合物的周围单位体积内骨量、骨密度值、种植体骨接触率、骨小梁数量和骨小梁厚度均显著高于对照组,种植体周围可见显著的新骨形成。硬组织形态学切片显示ECM片层-种植体复合物种植体周围单位面积内骨量均显著高于对照组。结论:BMSCs来源的ECM片层显著促进了细胞黏附、增殖和成骨分化,并促进种植体骨结合。

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