3D生物打印在软骨修复中的应用*

关节软骨损伤后的自我修复是医学界一直在研究和探讨的难题。3D生物打印技术可以精准的分配载细胞生物材料,构建复杂的三维活体组织,在优化软骨缺损修复组织的内部结构、机械性能以及生物相容性上有很大优势,因此近年来成为软骨修复组织工程领域的研究热点。重点介绍了软骨生物3D生物打印的最新进展,包括软骨生物打印“墨水”材料的选择、种子细胞的来源以及3D生物打印技术的发展。此外,还阐述了3D生物打印技术在组织工程学应用上的部分局限性,并对其在软骨修复领域的发展与应用进行了预测。     

力学环境对软骨基质代谢的影响

正常关节软骨所受压力是由动态压力与静态压力交替完成。压力引起软骨一系列生理变化包括细胞及细胞外基质成分变形、组织内液体流动、水流电位和生理生化变化。这些变化直接调控细胞外基质代谢。体外构建有良好功能的组织工程化软骨是目前软骨病变、缺损理想的修复方法。研究力学环境对软骨基质代谢的影响,对构建组织工程化软骨有深远意义。     

诱导多能干细胞在组织工程修复关节软骨损伤的研究进展

关节软骨位于骨骼末端,主要起承重、减震和润滑关节的作用。由于缺乏血运,关节软骨损伤后难以自行修复。关节软骨损伤为临床常见疾病,目前尚无理想的方法促进其修复和再生,而以种子细胞、支架材料和细胞生长因子为基础的组织工程技术为关节软骨修复开辟了新道路。诱导多能干细胞(i PSC)作为软骨组织工程全新的种子细胞,与其他种子细胞相比,在软骨细胞移植及体外软骨组织和器官再造方面具有更广阔的应用前景。随着对i PSC的重编程机制、诱导方法、定向软骨分化条件以及临床应用安全性等研究的不断深入,其应用于临床的脚步将越来越近。     

外胚间充质干细胞构建组织工程骨骼肌的应用研究

目的:探讨利用大鼠颌突外胚间充质干细胞构建组织工程骨骼肌的可行性,并观察对骨骼肌缺损的修复重建的促进效应。方法:取妊娠E 11.5胎鼠颌突外胚间充质干细胞,纯化后在含5ml/L体积浓度二甲基亚砜的DMEM/F12培养基中诱导分化为骨骼肌样细胞,将细胞种植于BAM膜上培养形成组织工程骨骼肌。将其移植入大鼠骨骼肌缺损模型,手术后14 d观察骨骼肌恢复情况,同期进行组织学及免疫组化染色鉴定。结果:经诱导后外胚间充质干细胞可向骨骼肌样细胞转化,构建的组织工程骨骼肌可加速缺损的修复重建,组织学染色显示外胚间充质干细胞具有正常骨骼肌的组织形态,可表达成肌相关蛋白MyOD。结论:诱导后的外胚间充质干细胞可作为种子细胞构建组织工程骨骼肌,本实验为临床肌肉的缺损修复奠定了理论基础。     

组织工程的突破与挑战——组织工程国家工程中心科研进展

组织工程技术已被普遍认为是解决组织、器官缺损修复与功能重建的有效手段,它的飞速发展依赖于细胞学、材料学、工程学、临床医学等多学科的交叉渗透.作为组织工程的三大核心,种子细胞、生物材料、组织构建各方面的突破,为组织工程技术的发展奠定了基础.组织工程国家工程中心近年来围绕上述核心开展了系列研究,通过研究胚胎干细胞、成体干细胞、同种异体干细胞、以及发育同源细胞替代的探索,为解决种子细胞来源问题提供了多种选择;生物支架材料的开发,为细胞增殖分化、组织再生提供理想的支持与空间,而生物反应器的开发与应用,进一步提高了组织构建技术,为促进组织的体外形成、重塑和功能成熟创造了条件.在此基础上,开展了大动物体内组织构建和缺损修复的研究,形成了以应用为目标的研究特色,并成功将部分技术应用于临床治疗.本文将对组织工程国家工程中心已有进展做简单介绍并对面临的挑战进行分析.     

用于软骨修复的组织工程水凝胶

软骨损伤的发病率逐年增高,治疗要求也从过去的缓解疼痛,到现在的恢复运动功能,达到或接近伤前生活质量水平。传统的治疗方式受限于软骨组织特殊的生理病理条件,难以达到良好的远期治疗效果,所以,开发新型有效的治疗方式是软骨组织工程领域的研究热点。要达到良好的软骨修复效果,除了满足必需的生物活性因子与种子细胞要求外,作为载体的水凝胶也至关重要,只有与软骨本身的生物力学特征相似,才能够为软骨再生提供仿生的微环境。为了达到这一要求,已有多种设计方式与结构被应用于软骨组织工程水凝胶的构建,该文从水凝胶结构设计的角度对其在软骨修复组织工程中的应用进行了系统的综述。     

组织器官三维构建及原位组织工程概念——组织工程连载之四

组织器官三维构建就是把种子细胞和支架材料结合而获得设计的组织或器官,属于组织工程的核心内容,也最能体现组织工程的技术水平,如血管、气管的构建。由于传统组织工程存在缺陷,Shimizu于1998年首先提出了原位组织工程的概念,它是运用组织工程学基本原理,通过各种方法诱导移植的外源性的种子细胞或内源性的缺损组织局部细胞发生迁移、增殖、分化形成新生组织修复缺损。原位组织工程最大的特点是不依赖体外的细胞培养装置--生物反应器。原位组织工程是传统离体组织工程的有益补充。离体组织工程仍具有广阔的发展前景。     

骨碎补结合组织工程软骨促进软骨再生的实验研究

目的:评估骨碎补结合组织工程软骨治疗对实验兔软骨缺陷模型软骨再生的疗效。方法:将h IGF-1基因转染MSCs,并与脱细胞真皮基质(ADM)构建组织工程软骨。24只新西兰白兔随机分为A、B、C、D四组,A、C组进行自体软骨移植,B、D组进行改建的细胞-ADM移植。C、D组用40%骨碎补汤喂养4周,150 m L/d。第12周处死实验动物,分离缺损关节软骨部位,蜡块包埋染色,通过总体形态评价软骨再生组织。采用组织学评分评估再生软骨质量。采用甲苯胺蓝染色评价缺损部位产生软骨糖胺聚糖的情况。结果:与B组比较,C组和D组的新生软骨覆盖度、新骨髓的颜色、缺损边缘和表面粗糙度均显著提高(P0.05);再生软骨的组织学评分软骨表面评分显著改善(P0.05)。C组与D组具有比其他组更好的基质、细胞分布和表面指数。并且有较厚的透明样软骨组织,具有正常的糖胺聚糖产生。表明该治疗方法可以通过再生透明样软骨且没有不良事件来减少软骨缺陷。结论:工程软骨结合骨碎补治疗可显著改善兔膝关节软骨缺损修复的质量,为临床治疗软骨病变提供重要理论依据。     

以人胎盘来源干细胞为种子细胞构建组织工程软骨

通过胰酶消化法分离培养人胎盘来源干细胞（human placenta-derived stem cells,hPDSCs）,对其生物学性状进行检测,在一定条件下使其向软骨细胞诱导分化;将hPDSCs和制备的胶原海绵支架材料复合体外构建组织工程软骨组织,移植到裸鼠体内后观察其形成软骨组织的能力,为以hPDSCs作为种子细胞进行组织工程软骨组织的构建提供理论基础.研究发现hPDSCs具有间充质干细胞性状和良好的增殖能力,能连续培养30代以上保持未分化状态;将hPDSCs培养于软骨细胞诱导培养基中,可以分化形成具有生物学功能的软骨细胞.将hPDSCs与胶原海绵支架材料在诱导培养基中复合,7天后可以观察到有软骨样结构形成,Ⅱ型胶原表达阳性;裸鼠体内移植实验证实,hPDSCs与胶原海绵复合后可以在体内形成软骨组织,组织学观察软骨陷窝形成,并且Ⅱ型胶原阳性表达.研究结果表明hPDSCs具有向软骨细胞分化的潜能,与胶原海绵支架材料复合后可以构建形成具有生物学功能的软骨组织,为临床工作中软骨缺损的修复治疗提供了新的治疗策略,具有广阔的临床应用前景。     

肌腱组织工程研究进展

随着人口的年龄和预期寿命的增加,尤其是在年轻的人群中,肌腱损伤将变得更加普遍。传统的肌腱修复方法有许多不足之处,其功能重建不能令人满意。组织工程是一个发展的领域,组织工程肌腱体外的构建和体内的应用技术逐渐成熟,为临床上治疗肌腱缺损提供了一种不需要自体肌腱移植而且更加有前景的途径。在肌腱组织工程的研究中所面临的挑战和未来的发展方向为:种子细胞,新型支架材料和力学刺激。近年来肌腱干细胞的发现为种子细胞的选择提供了新思路,力学刺激对组织工程肌腱的影响也逐渐成为热点。本文就组织工程肌腱研究中种子细胞、支架材料和力学刺激的进展做一综述,并对未来的发展进行展望。