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目的:对兔膝关节软骨细胞进行体外琼脂糖凝胶滚压培养;探讨滚压载荷对软骨组织体外构建的可行性。
方法:
1.细胞培养及鉴定:无菌条件下取四周龄健康新西兰白兔双膝关节软骨,应用分阶段酶消化法,分离提取软骨细胞,20%胎牛血清的HG-DMEM作为细胞培养基,在37℃、体积分数为5%的CO2及饱和湿度条件下培养,每3天换液一次。取第3代软骨细胞,进行甲苯胺蓝、番红O-固绿、Ⅱ型胶原免疫组织化学染色,以用作对软骨细胞的初步鉴定。
2.以分离提取的兔膝关节软骨细胞为种子细胞,以琼脂糖凝胶为支架,构建细胞/支架复合体。将细胞/支架共同培养48小时后,电镜观察支架内软骨细胞的黏附、生长情况。设置实验组A(8例)和对照组B(8例),实验组滚压动态加载培养(每天定时滚压加载20min),对照组正常体外静态培养。4周后观察标本大体形态,并对实验组和对照组进行HE染色和Ⅱ型胶原免疫组织化学染色,应用Image-proplus对Ⅱ型胶原免疫组织化学染色切片行Ⅱ型胶原半定量分析。
结果:
1.细胞形态学观察和鉴定:原代培养的软骨细胞贴壁较慢,24-36小时才开始贴壁变形。其外形多为多边形,胞浆丰富,胞核圆形,居中,有2-3个清晰可见的核仁。细胞长成一片时呈明显的铺路石状外观,与长梭形的成纤维细胞较易区分。首次传代细胞死亡略多,生长较慢,细胞呈梭形、多角形等多种形态。随着传代次数的增加,渐渐细胞以三角形、长梭形为主,出现集落生长倾向。取第3代细胞进行鉴别染色,甲苯胺蓝染色呈现蓝紫色,番红O/固绿染色出现典型的胞核黑色,胞浆绿色,软骨组织红色。Ⅱ型胶原免疫组织化学染色呈现棕黄色。
2.电镜观察和免疫组织化学检测:
实验组细胞/支架复合体较对照组表面更光滑,有光泽,周围有瓷白色半透明分泌物。凝胶细胞复合物滚压加载培养48小时后电镜下可见部分细胞已呈现梭形黏附在支架空隙中。4周后可见细胞体积增大,胞浆丰富,并分泌大量基质,细胞之间形成一定连接,具有生物学活性。HE染色发现,实验组软骨细胞在支架内增殖旺盛,软骨细胞呈圆形,排列紧密,被大量细胞外基质包围,融合成片。对照组软骨细胞增殖较弱,细胞排列稀疏,分泌的软骨基质较少,未融合成片。Ⅱ型胶原免疫组织化学检测发现,各组均有阳性染色,但实验组较对照组染色深、染色面积大。采用图像分析系统对棕黄色面积行染色面积计数,实验组阳性染色的面积为(60.67±6.41)%,对照组为(19.92±2.34)%,两者差异有统计学意义(P<0.01)。
结论:在琼脂糖凝胶中培养的关节软骨细胞具有典型的软骨细胞特性,在滚压载荷培养下,能够正常合成细胞外基质,并形成具有一定弹性和抗压缩能力的软骨样凝胶块。滚压载荷刺激软骨细胞分泌Ⅱ型胶原,可以作为软骨组织体外构建的适当环境,但具体机制及作用尚需今后深入研究。