TGF-β1、CTGF结合双向支架诱导骨髓间充质干细胞修复兔膝关节软骨缺损的实验研究

来源 :内蒙古医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:pwd19881217
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目的:关节与骨骼及肌肉一起构成了人体活动的最基本的运动单元,这三者中最为脆弱的就是关节,尤其是关节软骨。关节软骨由于没有固定血管直接提供营养支持,所以一旦出现损伤,仅依靠自身能力修复是非常困难的。如果对于关节软骨表面的损伤没有进行有效地干预就会出现疼痛,关节活动障碍及炎性渗出,在某些患者中有可能会出现关节退变和骨性关节炎。以往出现的包括微骨折技术、自体软骨移植技术及同种异体软骨移植技术等在内的外科治疗未能达到预期的临床效果,近年来出现的组织工程技术开辟了关节软骨修复新领域。但该项技术处于实验阶段,我们需要筛选合适的种子细胞,制作优良的支架,寻找更加合理的生长因子。而细胞因子的选择是其中的关键部分。转化生长因子-β1(transforming growth factor,TGF-β1)能够诱导骨髓间充质干细胞获得形成软骨的表型并促进其增殖合成特殊的细胞外蛋白基质,比如Ⅱ型胶原及糖氨聚糖。结缔组织生长因子(connective tissue growth factor,CTGF)在骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cells,BMSCs)的增殖及软骨分化方面起到了关键作用。有实验表明损伤的关节软骨在修复过程中TGF-β1、CTGF呈高表达,但是外源性联合TGF-β1、CTGF修复关节软骨缺损的研究方面缺乏相关报道。本研究首先建立成年新西兰大耳白兔膝关节软骨全层缺损的动物模型,选用BMSCs作为种子细胞,Ⅱ型胶原修饰的PLGA-HA双向支架作为载体支架,以TGF-β1及CTGF作为诱导种子细胞增殖及分化的生长因子,在缺损形成后将种子细胞-支架-生长因子的复合体植入缺损,通过观察新生软骨组织的大体学观察、组织学观察、Ⅱ型胶原基因的表达及Ⅱ型胶原含量的测定综合评估以此方法修复关节软骨缺损的效果,进一步与为组织工程技术将来应用于临床提供理论依据,丰富生长因子的配伍组合。  方法:选取72只成年新西兰大耳白兔,采用单纯随机抽样法随机分为四组。分组如下:A组:BMSCs+双向支架对照组18只,编号A1-A18;B组:BMSCs+双向支架+TGF-β1组18只,编号B1-B18;C组:BMSCs+双向支架+CTGF组18只,编号C1-C18;D组:BMSCs+双向支架+TGF-β1+CTGF组,编号D1-D18。术后4、8、12周随机抽取6只实验动物,留取标本。利用1.大体观察并评分;2.组织学观察并评分:HE染色;3.RT-PCR法测定Ⅱ型胶原基因的表达差别;4.ELISA法确定Ⅱ型胶原的存在情况,综合评估软骨缺损修复情况。运用统计软件SPSS13.0进行统计学分析,以P<0.05为差异有统计学意义。  结果:(1).肉眼观察各组标本软骨缺损修复情况并评分,4周、8周和12周各组标本缺损修复评分差异有显著性(P<0.05),D组最高,A组最低;各组内互相比较得出:A组,4周、8周和12周标本修复效果评分差异无显著性(P>0.05);B、C、D三组,12周缺损修复效果优于8周及4周(P<0.05)。(2).对四组关节软骨缺损修复的标本切片进行评分,结果显示D组最高,A组最低,差异有统计学意义;12周评分高于4周和8周,差异有统计学意义。(3).RT-PCR结果显示,四组中Ⅱ型胶原mRNA的表达量D组最高,A组最低,随时间推移逐渐增加,差异有统计学意义(P<0.05);B组与C组Ⅱ型胶原mRNA的表达量比较差异无明显(P>0.05)。(4).ELISA分析Ⅱ型胶原含量结果,由统计结果可知,A、B、C、D各组标本中Ⅱ型胶原含量随时间推移而增加,D组最高,比B组及C组高,A组最低,可认为外源性CTGF、TGF-β1在兔膝关节软骨修复过程中具有协同作用。  结论:1.关节软骨损伤后,D组大体学评分、组织学评分、Ⅱ型胶原的基因表达及Ⅱ型胶原的含量均显著提高,提示外源性TGF-β1、CTGF联合应用于组织工程修复关节软骨缺损能明显提高修复效果。2.单一使用外源性TGF-β1或CTGF拥有相似的关节软骨修复效果。
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