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目的:寻找更佳的关节软骨玻璃化保存程序,并将玻璃化法与其他冷冻方法(慢速梯度降温法、直接液氮冷冻法)比较,探讨玻璃化法保存关节软骨的可行性和优越性。
方法:
实验1.骨软骨移植物在玻璃化液中浸泡时间的筛选:以猪为研究对象,无菌条件下在内外侧股骨髁关节面负重区切取圆柱性骨软骨块,其直径约为4.5mm,骨及所带软骨下骨全长约5mm,共32枚,随机分为四组,每组8枚:新鲜组(Ⅰ组)为对照组,其余各组在412经梯度玻璃化溶液:1/3浓度VS1→2/3浓度VS1→VS1(VS1为含20.5%二甲基亚砜、15.5%乙酰胺、10%1,2-丙二醇、6%聚乙二醇(8000)的玻璃化溶液)逐级浸泡,总时间分别为30min(Ⅱ组)、60min(Ⅲ组)、90min(Ⅳ组),然后以最快速度直接投入液氮中保存2周,复温后用荧光染色检测细胞存活率,以选择较合适的浸泡时间。
实验2.采用实验1筛选的玻璃化法与慢速梯度降温法、直接液氮冷冻法的比较研究:取材同实验1,共取骨软骨块120枚,随机分为新鲜对照组(A组)18枚、玻璃化组(B组)34枚、慢速梯度降温组(C组)34枚、直接液氮冷冻组(D组)34枚。慢速梯度降温组将标本在4℃ 10%DSMO浸泡30min,然后在程序冷冻仪中以-1℃/min的速率降温至-4℃维持45min、-8℃维持30min、-40℃维持10min,最后放入-80℃保存。直接液氮冷冻组不经预处理直接将标本投入液氮中保存。各实验组在2周、8周时间点分别取8枚进行组织学、组织化学(番红O染色显示软骨基质蛋白多糖PG的变化)检测,8枚进行细胞存活率(荧光染色法)检测,在2周点取2枚行软骨纵断面扫描电镜(SEM)检查,了解软骨基质的损伤情况,新鲜组在取材半小时内检测指标。
结果:
实验1.各组的软骨细胞存活率依次为:Ⅰ组96.60%、Ⅱ组75.24%、Ⅲ组64.22%、Ⅳ组51.58%。各实验组(Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ组)均下降,各组间两两比较差异均有显著统计学意义,Ⅱ组即30分钟组软骨细胞存活率明显高于其余两实验组,证实30分钟是较合适的浸泡时间。
实验2.①PG的变化:C组即慢速梯度降温组PG(IOD值)减少明显,2周点与对照组比较有统计学意义,8周点与对照组比较有显著统计学意义;其它两组PG下降不明显,在2周和8周点与对照组比较均无统计学意义。②软骨细胞存活率:随保存时间延长各实验组均程度不同下降,B组(玻璃化组)2周75.24%,8周62.33%:C组(慢速梯度降温组)2周56.15%,8周37.78%:D组(直接液氮冷冻组)存活率极低,2周和8周均不到5%。B组与C组比较,在2周和8周点差异均有显著统计学意义。证实玻璃化法比慢速梯度降温法能获得更高的软骨细胞存活率。③SEM检查:软骨基质的损伤程度:直接液氮冷冻组>慢速梯度降温组>玻璃化组。
结论:
1.软骨冷冻损伤客观存在不可完全避免,但可被减弱。通过软骨冷冻保存方法的改进,可以提高冷冻保存后软骨细胞存活率,减少软骨基质的损伤。
2.与慢速梯度降温法相比,玻璃化法能显著提高冷冻保存后软骨细胞存活率,能更好地维持软骨基质中PG的稳定,对基质的损伤更小。用玻璃化法体外冷冻保存关节软骨效果理想。但是,移植效果需进一步体内实验验证。
3.直接液氮冷冻法软骨细胞存活率极低,对基质损伤严重。