外周血干细胞区域性诱导分化构建组织工程半月板的实验研究

Meniscectomy can lead to cartilage degeneration and osteoarthritis, but the source of allogeneic meniscal graft is limited. At present, often used in tissue engineering the meniscus (TEM), cytokine induction and static cultured model is difficult to build the heterogeneity of the meniscus. In our study, the peripheral blood-derived mesenchymal stem cells (PB-MSCs) are isolated from the mobilized rabbit peripheral blood extraction. With TGF-b1 and IGF-I induction, the PB-MSCs are cultured with circular xenogeneic demineralized cancellous bone (DCB) scaffold for 7 days. Then the cyclic compression stimulation is added in order to induce the PB-MSCs to fibrocartilage cells of different phenotypic differentiation by different regions. After 14 days, the cell phenotype, gene expression, secretion of matrix and biomechanical properties of TEM by different regions are assessed. Then the trim molded TEM is transplanted into the rabbit knee with medial meniscectomy to study the in vivo outcome. The project is expected to build the structure of the heterogeneity TEM by simulating in vivo mechanical environment of meniscus. Besides, a new TEM build mode might be explored and a kind of less traumatic seed cell (PB-MSCs) would be introduced into the study of TEM.

半月板切除后可导致软骨退变和骨性关节炎发生，而同种异体半月板移植物的来源非常有限。目前，组织工程半月板（TEM）常采用的细胞因子诱导和静态复合培养模式难以构建半月板的异质性结构。本课题拟抽取经过动员的兔外周血，分离培养外周血间充质干细胞（PB-MSCs），先在TGF-β1和IGF-I诱导下，与异种脱钙松质骨（DCB）环形支架静态复合培养7天。再对复合物施加间歇性循环应力刺激，诱导环形支架中不同区域的PB-MSCs向纤维软骨细胞不同表型分化，14天后评估TEM中不同区域的细胞表型、基因表达、基质分泌以及生物力学特性等。然后将TEM修整成型，原位植入内侧半月板缺失的兔膝关节，研究其体内转归。本课题有望通过模拟半月板体内受力环境，构建出更接近天然半月板的TEM，从而探索出一种新的TEM构建模式，并为TEM的研究引入一种创伤更小的种子细胞（PB-MSCs）。

半月板是膝关节的重要结构，切除后会增加骨性关节炎的发生率，降低患者的运动机能和生活质量。同种异体半月板移植效果良好，但移植物来源有限。本课题以脱矿松质骨（DCB）为支架，复合外周血间充质干细胞（PB-MSCs）后，在外源性应力刺激和细胞因子的诱导下构建组织工程半月板。预试验表明DCB支架生物力学强度较差，植入后吸收明显，遂改用聚己内酯（PCL）作为支架。通过对比筛选，采用效率最高的离心法进行细胞接种，诱导复合培养28天后，细胞增殖明显，且已向纤维软骨方向分化。在IGF-1与TGF-β1联合刺激下，动态应力刺激可以增强外周血干细胞诱导分化能力，同时明显增强了支架的生物力学强度。体内植入后，移植物被滑膜覆盖，与关节囊愈合紧密，细胞从周缘及支架的孔隙长入，有蛋白多糖和胶原表达，初步形成纤维软骨样结构。移植后关节软骨无明显退变，明显优于半月板切除对照组。本课题研究表明，应力和细胞因子的联合作用促进了PB-MSCs的诱导分化，有利于组织工程半月板的构建，移植后组织再生良好，有保护关节软骨的作用, 然而，适用于组织工程半月板的PCL支架结构、性状及其与干细胞之间的相互作用尚需进一步研究。