生物反应器内应用富血小板血浆构建血管化组织工程骨修复骨坏死的实验研究

Avascular necrosis of the femoral head is a major problem for orthopaedic surgeons, there is no way to cure. The basic problem of bone necrotic zone is the deficiency of osteoblast progenitor cells and vascular. Vascularization in necrotic area can increase the rate of bone tissue repair. Platelet-rich plasma(PRP) is autologous platelet concentrates.after centrifugating the fresh whole blood, which contains growth factors and bioactive proteins ,including platelet derived growth factor(PDGF),transforming growth factor(TGF-β),insulin-like growth factor(IGF),epidermal growth factor(EGF)and vascular endothelial growth factor(VEGF). PRP can enhance the tissue repair, vascularization and bone formation. This project aims to building high-quality vascularized tissue-engineered bone complex, cocultured three-dimensional dynamically bone marrow stromal cells ( BMSCs ) and beta three calcium of phosphoric acid (β-TCP ) in perfusion bioreactor, using the effect of angiogenesis and bone repair of PRP. Under the guidance of MRI，copying the rabbit model of necrosis of femoral head using cryoablation, the vascularized tissue-engineered bone complex is precisely plugged into the necrotic area of the femoral head through the argon helium cryoablatio probe tract.Gross observation, bone density measurement, MRI test, histological evaluation is used to observe bone repair in necrotic area, expecting to find a new breakthrough for the clinical treatment of early avascular necrosis of femoral head.

股骨头缺血性坏死是骨科医生面临的一大难题。骨坏死区的根本问题是成骨祖细胞和血管缺乏，坏死区域骨血管的形成是骨组织修复的前提。富血小板血浆（PRP）是新鲜全血经离心后获取的自体血小板的浓缩体，含有多种高浓度的生长因子，包括：血小板源性生长因子（PDGF）、转移生长因子（TGF-β）、血管内皮生长因子（VEGF）、类胰岛素生长因子（IGF）、表皮生长因子（EGF）等。本项目拟将骨髓基质细胞（BMSCs）与β-磷酸三钙（β-TCP）在灌注式生物反应器内复合三维培养，利用PRP的促血管生成、成骨作用，构建高质量的血管化组织工程骨，在MRI导引下利用氩氦冷冻消融建立兔股骨头坏死动物模型，同时在MRI导引下通过氩氦刀探针钉道将构建的血管化组织工程骨精确置入到股骨头骨坏死区，通过大体观察、骨密度测定、MRI检测、组织学评价观察其促进骨坏死修复的作用，期望为临床治疗早期股骨头缺血性坏死提供新的治疗方法。

股骨头缺血性坏死是骨科医生面临的一大难题。骨坏死区的根本问题是成骨祖细胞和血管缺乏，坏死区域骨血管的形成是骨组织修复的前提。富血小板血浆（Platelet-rich plasma PRP）是新鲜全血经离心后获取的自体血小板的浓缩体，含有多种高浓度的生长因子，包括：血小板源性生长因子（platelet derived growth factor PDGF）、转移生长因子（transforming growth factor TGF-β）、血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor VEGF）、类胰岛素生长因子（insulin-like growth factor IGF）、表皮生长因子（epidermal growth factor EGF）等。本项目将骨髓基质细胞（bone marrow stromal cells BMSCs）与β-磷酸三钙（beta three calcium of phosphoric acid β-TCP）在灌注式生物反应器内复合三维培养，利用PRP的促血管生成、成骨作用，构建高质量的血管化组织工程骨，在MRI导引下利用氩氦冷冻消融建立比格犬股骨头骨坏死动物模型，同时在MRI导引下通过氩氦刀探针钉道将构建的血管化组织工程骨精确置入到股骨头骨坏死区，观察复合体修复骨坏死的作用。结果显示，实验组扫描电镜显示β－磷酸三钙(β-TCP)上可见有细胞粘附，细胞伸出伪足和β－磷酸三钙(β-TCP)相连接，骨髓间充质干细胞细胞在β－TCP 多孔陶瓷支架上的黏附、伸展和增殖良好。实验组免疫组化结果显示血管标志物CD31、第Ⅷ因子关连抗原（VWF）呈强阳性表现，其他组CD31、vWF的表达较少。MRI导引下氩氦冷冻消融两个循环二十分钟可以建立股骨头骨坏死模型，术后12周时股骨头内可见到骨坏死并且同时可看到骨修复。该方法具有造模时间短、坏死面积精确可控、定位精确、易于标准化等优点。利用该方法构建的复合体修复骨坏死区，大体标本显示未见到股骨头骨皮质塌陷，修复区骨密度与宿主骨区骨密度相近；病理学结果显示实验组骨形成量较多，骨小梁排列良好，与正常骨小梁结构相近。该项研究说明，MRI实时导引下利用氩氦冷冻消融成功建立了比格犬股骨头骨坏死模型；富血小板血浆富含多种细胞因子，灌注式生物反应器内应用富血小板血浆构建细胞-支架复合体可