Ⅱ型膠原-透明質(zhì)酸-6-硫酸軟骨素組織工程髓核支架材料的體內(nèi)外生物學性能研究.pdf

1、腰痛是發(fā)病率僅次于上呼吸道感染的一種常見病。此外,腰痛也是致殘的主要原因之一。椎間盤退變性疾病通常被認為是導(dǎo)致腰痛的主要原因。異常的應(yīng)力負荷,遺傳易感,降低的細胞活力或者以上三個原因的組合導(dǎo)致椎間盤內(nèi)細胞外基質(zhì)成分的改變,進而加速椎間盤生物力學特性的惡化,最終促成椎間盤退變性疾病的發(fā)生。
　　 目前治療椎間盤退變性疾病的方法包括保守治療和手術(shù)治療。其中保守治療包括臥床休息,止痛、肌松類藥物治療,局部封閉以及按摩等,然而所有這些治

2、療方式主要為姑息治療。常規(guī)的髓核摘除和脊柱融合術(shù)等手術(shù)治療雖然通過摘除病變的間盤組織或者犧牲脊柱局部節(jié)段的活動度來換取癥狀的解除,然而從根本上并沒有修復(fù)退變的椎間盤組織和恢復(fù)椎間盤的生理功能。近年來的人工椎間盤置換雖然展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景,然而與該技術(shù)相關(guān)的許多并發(fā)癥和缺陷依然需要克服。
　　 目前沒有任何一種外科治療手段旨在從根本上解決椎間盤退變所帶來的生物學功能丟失。因此,具有生理椎間盤或髓核組織結(jié)構(gòu)和功能的生物學植入物被認

3、為可能是重建退變椎間盤和治療椎間盤退變性疾病的一種理想替代品。近些年來組織工程學的迅速發(fā)展使得應(yīng)用組織工程化椎間盤治療椎間盤退變性疾病成為可能。椎間盤組織工程就是通過生物學手段,體外培養(yǎng)構(gòu)建功能性的椎間盤組織單位并植入體內(nèi),進而替代重建原有退變椎間盤的生物功能。在椎間盤的三個解剖組分中(纖維環(huán),髓核,終板),髓核是由隨機排列的膠原蛋白纖維,放射狀排列的彈性纖維以及蛋白聚糖組成的高度水化的凝膠樣組織。其中蛋白聚糖成分可以結(jié)合水分子,維持髓

4、核組織的滲透壓,因此其在椎間盤承載壓力載荷的功能中發(fā)揮著重要的作用。此外椎間盤退變性疾病被認為起源于髓核組織中蛋白聚糖和含水量的逐漸丟失,因此目前絕大多數(shù)的組織工程椎間盤研究集中在對退變髓核的治療上。
　　 在組織工程的三個主要組分中(種子細胞,支架材料,信號分子),支架材料扮演著載體的角色,在所植入的體內(nèi)不利環(huán)境中,為種子細胞提供一個臨時性的庇護所。此外支架材料必須能夠促進種子細胞的粘附,增殖,相關(guān)基因的表達以及新的功能性的細

5、胞外基質(zhì)的合成。目前雖然大量研究探索了應(yīng)用于髓核組織工程的支架材料,然而幾乎沒有文獻涉及到能夠模擬天然髓核內(nèi)環(huán)境的支架材料。由于組織工程支架材料的主要功能是盡量模仿所植入部位的生物學環(huán)境,因此用于組織工程髓核的支架材料應(yīng)該同時包括天然髓核組織的三種主要組分-Ⅱ型膠原,透明質(zhì)酸和6-硫酸軟骨素。根據(jù)此原則我們構(gòu)建了由Ⅱ型膠原,透明質(zhì)酸和6-硫酸軟骨素組成的支架材料,培養(yǎng)兔髓核細胞并接種到該支架材料上,通過體外檢測所接種細胞的活性/增殖特性

6、,組織特異性基因的表達和細胞外基質(zhì)的分泌來評估該支架材料的體外生物活性。此外將體外培養(yǎng)的兔髓核細胞和Ⅱ型膠原/透明質(zhì)酸-6-硫酸軟骨素支架材料復(fù)合物植入到兔椎間盤髓核摘除模型中,通過影像學手段(磁共振和X線)分析手術(shù)節(jié)段椎間隙信號強度和高度的變化,以及對所植細胞材料復(fù)合物進行組織學和細胞活力檢測來評估Ⅱ型膠原/透明質(zhì)酸-6-硫酸軟骨素支架材料的體內(nèi)生物學功能。
　　 我們的結(jié)果如下:體外實驗中,細胞支架材料復(fù)合物在培養(yǎng)28天以后

7、,種子細胞仍然能夠保持良好的活力和增殖活性,復(fù)合物內(nèi)硫酸化氨基葡聚糖含量顯著增加。此外,與單層培養(yǎng)的兔髓核細胞相比,同材料復(fù)合培養(yǎng)的種子細胞的Ⅱ型膠原蛋白和蛋白聚糖基因表達水平顯著升高,Ⅰ膠原蛋白基因表達水平顯著降低。組織學和掃描電鏡結(jié)果進一步證實了細胞材料復(fù)合物內(nèi)新分泌的細胞外基質(zhì)的沉積。在體實驗結(jié)果表明,細胞材料復(fù)合物植入體內(nèi)24周后,同種異體移植的種子細胞仍然存活且有細胞外基質(zhì)的分泌,從而使得細胞材料復(fù)合物植入組的椎間隙高度和信號