PDGF-BB对血管化三维框架生物活性组织工程骨的影响及机制研究

Using 3 D printing rapid prototyping technology to build the three-dimensional frame of bioactive bone tissue engineering scaffold has opened up a new way for the treatment of bone defect repair. In our previous study, we successfully use 3D printing rapid prototyping technology to build the three-dimensional frame of biologicaltissue engineering scaffolds, and using it to construct tissue engineering bone. However, we have to confront an important issue in the construction of tissue engineering bone to repair bone defects, that is how to establish the vascular system in the tissue engineering scaffold promptly in the body, which can supply the cell scaffold complexes with nutrients and excrete metabolized to avoid some of the larger area of bone defect because of the lack of adequate blood supply to the implant and necrosis. The members of the our research group study has found that the use of preosteoclasts - conditioned mediumcombined with cultured bone marrow mesenchymal stem cells (MSCs) and vascular endothelial progenitor cells(EPCs), promote the formation of PDGF-BB, significantly improve the angiogenesis in the bone tissue. Therefore, we tried to use the osteoclast precursor - conditioned medium combined with cultured osteoblasts and vascular endothelial progenitor cells (EPCs) in a three-dimensional framework of biological tissue engineering scaffold as the carrier to construct tissue engineering bone implantation in nude mice and New Zealand white rabbits in vivo, to observe the osteogenic condition and angiogenic ability, and lay the foundation to provide a theoretical basis for formation of clinical vascularized tissue engineering bone.

3 D打印快速成型技术构建三维框架生物活性骨组织工程支架为骨缺损的修复治疗开辟了一条崭新的道路。在前期试验中，我们成功使用3D打印快速成型技术构建三维框架生物活性组织工程支架，并利用其构建组织工程骨。然而，在使用组织工程骨来修复骨缺损时我们要面临的一个重要问题，就是如何在组织工程骨植入体内后及时迅速的与机体建立血管系统，避免一些较大面积骨缺损因植入物缺少血供而发生坏死。课题组成员研究发现使用前破骨细胞--条件培养基联合培养骨髓间充质干细胞（MSCs）和血管内皮前体细胞（EPCs），促进PDGF-BB生成，显著提高骨组织中微血管的形成。因此，我们试图使用前破骨细胞--条件培养基联合培养成骨细胞和血管内皮前体细胞（EPCs）以三维框架生物活性组织工程支架为载体构建成的组织工程骨植入裸鼠和新西兰大耳白兔体内，观察成骨情况以及血管生成能力，为临床构建血管化组织工程骨奠定基础和提理论依据。

目的：探讨含有血小板源性生长因子(Platelet-Derived Growth Factor BB，PDGF-BB)的三维框架生物组织工程支架细胞毒性及成骨作用、成血管作用。 研究内容：2016年1月至2019年12月，利用3D打印技术精确制备出三维框架生物组织工程支架，将PDGF-BB加载进入三维框架生物组织工程支架。从新西兰大耳兔提取并培养血管内皮细胞（EPCs），取长势良好的第三代EPCs检测该支架的细胞毒性，扫描电子显微镜观察支架表面成骨细胞与EPCs生长情况。荧光RT-PCR用于检测含有PDGF-BB的条件培养基成骨、成血管相关基因表达，Western blot用于检测含有PDGF-BB的条件培养基成骨、成血管相关蛋白表达。并将该支架植入兔骨缺损模型，用于检测其在生物体内成骨和成血管能力。将数据进行统计学分析，p＜0.05则证明差异有统计学意义。 结果：随着时间的增加，该支架浸提液吸光度增加；在浓度为5～15ng/mL区间内，血管内皮细胞对PDGF-BB的反映为增值作用，而在15～30ng/mL区间内，PDGF-BB对血管内皮细胞的增殖作用明显的的抑制。含有PDGF-BB条件培养基促进成骨细胞OPG基因、蛋白表达的上调，促进血管内皮细胞VEGF基因、蛋白表达的上调。 结论：体外实验证明该三维框架生物组织工程支架毒性较小，兔EPCs呈现持续增殖状态。含有PDGF-BB 条件培养基具有成骨作用及成血管作用。体内实验发现该支架体内降解能力有限，成骨性能及血管生成能力有限。 科学意义：本项目将PDGF-BB与3D打印技术结合，制备三维框架生物组织工程支架，体外实验证明该三维框架生物组织工程支架具有良好的生物活性，有良好的促成骨作用，对治疗骨缺损有重要的理论价值和潜在的应用前景。