以间充质干细胞为基础的软骨缺损修复研究

发布时间：2019-04-13 16:05

【摘要】：透明软骨很容易受到损伤。但是,由于缺乏血管和神经分布,透明软骨无自我修复能力。软骨缺损一旦发生,如果不能得到及时、有效的治疗,将很快导致整个关节退行性改变。据不完全统计,在青壮年人群中,软骨缺损性疾病的发生率为20%左右。这带来了严重的社会问题。目前,临床一线常用的关节软骨缺损性疾病治疗方法主要有关节腔灌注清洗、微骨折技术、骨软骨移植技术(Osteochondral transplantation, OCT)等。这些方法都有一定的局限性,均无法在关节软骨缺损处再生出和天然软骨在结构和功能上接近的修复组织。目前研究比较多的软骨组织工程技术最有希望在软骨缺损处重建出透明软骨组织,解决软骨再生难题。种子细胞、生长因子和支架材料是组织工程技术的三大要素。但是,现阶段这三大要素均存在各种各样的缺陷,因而大大限制了软骨组织工程技术治疗软骨缺损的效果。针对软骨组织工程技术存在的问题,本课题进行实验来研究改善软骨组织工程的三大要素,从而期望可以提升软骨组织工程技术治疗软骨缺损的效果。本课题着眼于种子细胞、生长因子和支架材料这三方面,进行了三个方面的实验研究。分别为：研究种子细胞的使用形式、研究新型种子细胞体内修复软骨缺损的效果和研究新型仿生支架材料。第一部分：本课题构建了滑膜间充质干细胞(Synovium derived mesenchymal stem cells, SMSCs)膜片,并使用SMSC膜片联合自身OCT来修复新西兰大白兔膝关节全层软骨缺损。细胞膜片技术因保留有大量的细胞外基质、细胞与细胞之间的连接,从而比游离的细胞更容易存活和分化,从而有利于修复组织损伤。因而,SMSCs膜片有望解决OCT技术的不足,而更好的修复软骨缺损。结果显示SMSCs+OCT组术后4周和8周均无明显关节软骨退变,且OCT移植物和天然软骨之间的连接处愈合更好。第二部分：间充质干细胞(Mesenchymal stem cells,MSCs)虽然是组织工程领域应用最多的种子细胞,但是MSCs增殖分化能力有限、且取材受限。而诱导多能干细胞(Induced pluripotent stem cells, iPSCs)来源的MSCs样细胞具有MSCs和iPSCs的双重优点。本课题从人诱导多能干细胞(Human induced pluripotent stem cells, hiPSCs)诱导培养得到MSCs样细胞即hiPSC-MSCs,并将其接种在聚乳酸-羟基乙酸共聚物(poly(lactic-c0-glycolic acid), PLGA)上后移植到新西兰大白兔全层软骨缺损处进行体内修复。结果发现术后6周实验组有类软骨样组织产生,而空白对照组和空PLGA支架植入组仅有纤维组织覆盖软骨缺损。第三部分：最接近天然软骨细胞生长环境的支架材料才最有利于细胞贴附、增殖和分化。脱细胞软骨基质因保留了所有细胞外基质有望实现这一目的。本课题构建了脱细胞骨软骨基质支架,拟保留软骨层、钙化软骨层和软骨下骨层而构建最仿生脱细胞基质支架。验证该支架脱细胞效果后将其移植入新西兰大白兔全层软骨缺损处。术后12周发现实验组并没有很好的促进软骨缺损修复。这可能与构建的复合脱细胞骨软骨基质支架孔隙和孔径率不足有关系。本课题研究结果发现SMSCs膜片可以显著改善自身OCT治疗全层软骨缺损的效果；hiPSC-MSCs可以体内修复软骨缺损,是软骨组织工程领域有应用前景的种子细胞之一；单纯脱细胞骨软骨基质因孔隙率和孔径不足无法有效体内修复软骨缺损。本课题第一次将SMSCs膜片和自身OCT结合起来,显著改善了自身OCT治疗效果并且体内验证了hiPSC-MSCs的修复效果。本研究结果可为将来软骨缺损修复的研究提供依据。
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【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R68;R318.08

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