BMSCs/国产多孔钽金属联合自组装关节软骨修复犬膝关节骨软骨缺损的实验研究

For a long time, there has been a lack of effective treatment for osteochondral lesion which is a kind of common disease in orthopedics. The body can regenerate and repair small-area bone defect but is unable to repair large-area bone defect. Moreover, the repair capacity of articular cartilage is very limited. Our previous study demonstrated the efficacy and safety of autologous implantation of ex vivo expanded bone marrow stromal stem cells (BMSCs) into the femoral head for the treatment of early-stage osteonecrosis of the femoral head. Tantalum metal has good ductility, tenacity and biocompatibility and is highly resistant to corrosion, but does not result in body tissues stimulation. We has successfully prepared high open-cell porous tantalum and its pore size is very close to the cancellous bone. Our previous studies also found that the osteogenesis of porous tantalum associated with autologous BMSCs were more excellent than only tantalum implantation. BMSCs/porous tantalum regenerated trabecular in hind legs’ greater trochanter area equivalent to mature bone in the pore of tantalum. In this study, we use BMSCs/ porous tantalum associated with self-assembling articular cartilage to repair the osteochondral defect in femeral condyles of dogs. The detection and analysis for bone and cartilage tissue by imageology and histology will been done compared pretherapy with post-treatment. Meanwhile, multiple bone and cartilage related gene expression will be detected by molecular biology. This work in weight-bearing area will provide new idea and strategies for the treatment of osteochondral lesion.

骨软骨联合病变是骨科常见的疾病，一直缺乏有效的治疗手段。其主要原因是对于较大面积的骨缺损机体难以自行愈合，且关节软骨的再生修复能力极为有限。我们在临床上发现了骨髓基质干细胞(BMSCs)对早期股骨头坏死的修复具有一定作用。钽金属的生物相容性已得到世界公认。本课题组已经成功制备出孔径大小与松质骨十分接近的，具有高开孔率的多孔钽金属。我们前期研究也发现BMSCs/国产多孔钽金属植入犬大转子骨缺损位点后能够诱导新生骨小梁长入，促进类骨质生成。本研究建立犬膝关节股骨内髁负重区骨软骨缺损模型，采用BMSCs/国产多孔钽金属替代缺损骨，同时联合体外自组装关节软骨技术修复软骨损伤。通过影像学及组织学手段观察修复前后的骨及软骨组织，并利用分子生物学检测多个成骨及软骨相关基因的表达。探讨BMSCs/国产多孔钽金属联合自组装关节软骨对犬膝关节负重区骨软骨缺损的修复效果，为骨软骨联合病变的治疗提供新的策略。

因创伤、坏死、炎症、退变、肿瘤等疾病引起的骨软骨联合病变是骨科常见的疾患，治疗缺乏有效手段，严重影响人们生活质量。目前尚无“金标准”技术存在。对于小面积的骨软骨联合损伤，骨软骨移植(马赛克成形术)是目前临床上主要的治疗方法，但是存在取材量的限制、对供区造成损伤、移植物与关节面的匹配困难等问题。对于较大面积的骨缺损机体难以自行愈合，且关节软骨的再生修复能力极为有限，临床上最常用的方法是关节置换。但是，应用假体存在感染、松动、下沉等并发症，一旦发生就是灾难性的后果。在本实验中，通过使用胶原膜悬浮自体软骨细胞进而与自主研发的三维多孔钽金属支架材料联合自体骨髓基质干细胞复合从而设计构建了一种新型的仿生骨组织工程复合体，我们使用该双相支架修复山羊负重区大面积骨软骨缺损。在本研究中，我们主要取得三大成果：(1)发现自主研发的三维多孔钽金属在体外能促进骨髓间充质干细胞的粘附，增殖和分化。同时能够在动物体内和宿主产生稳定紧密地连接。多孔钽金属联合骨髓间充质干细胞体外培养后，植入骨缺损的犬内，能够很好地修复大面积骨缺损，可以看做是骨小梁的一种替代物。(2)本研究使用胶原膜悬浮自体软骨细胞，植入体内16周后产生新生的透明软骨。说明除了体内软骨缺损部位合适的环境，胶原膜的三维结构和表面形貌特征等或许也对软骨细胞表型的维持起到积极的作用。(3)本项目设计构建了一种新型的一体化仿生骨组织工程复合体用于修复股骨头负重区大面积的骨软骨缺损。由于该一体化的修复材料所使用的细胞均为自体细胞，两种支架材料都是临床准入的支架材料，我们本研究的结果为大面积骨软骨联合病变的临床治疗提供新的组织工程策略。