摘要：背景:研究证实,壳聚糖及其衍生物可作为骨损伤的填充材料以及骨组织工程支架材料,但壳聚糖降解缓慢且不可控制的特性限制了其在骨组织工程中广泛应用。目的:评估羧甲基壳聚糖/纳米胶原纤维复合支架对兔腓骨损伤的修复作用。设计、时间及地点:随机分组设计、对照动物实验,于2007-06/2008-03在清华大学生物科学与技术系生物膜与膜生物工程国家重点实验室完成。材料:以羧甲基壳聚糖和纳米胶原纤维为基础材料,模拟骨的结构设计制备了双层羧甲基壳聚糖/纳米胶原纤维复合支架。方法:选择成年新西兰大白兔10只,按随机数字表法分为3组,阴性对照组2只,壳聚糖支架组4只,复合支架组4只。制备兔腓骨10mm的损伤,分别以旷置缝合、植入壳聚糖支架、植入双层羧甲基壳聚糖/纳米胶原纤维复合支架处理各组。主要观察指标:扫描电镜观察支架微观形貌。术后12周,检测损伤部位的再生情况,以四环素荧光和Von Kossa染色检测实验动物骨损伤部位新生骨钙化情况。结果:10只兔均进入结果分析。①扫描电镜观察到外层致密光滑的壳聚糖膜和多孔的中心区域,多孔区域有大量纳米胶原纤维网络结构填充。其孔径分布的峰值为60～100μm,孔隙率大于85%。②手术后12周,不脱钙切片的四环素染色,可发现阴性对照组两个断端间还没有连上,依旧以游离端存在。复合支架组移植物中形成多个大的钙化岛,其中心网状材料已经大部分降解,钙化岛分布在整个支架的内部区域;而壳聚糖支架组,材料基本没有降解,未见钙化区域。③Von Kossa银染色显示,复合支架组动物骨损伤的中心区域,出现染成黑色的钙化区,中间夹杂着中性红复染的骨组织细胞。壳聚糖支架组动物没有明显的钙化区,多为组织细胞充斥在材料的孔隙中,可见材料基本没有降解。结论:双层羧甲基壳聚糖/纳米胶原纤维复合支架植入动物体内12周后,未见明显的炎症反应和坏死,降解明显,能够促进骨修复,是很有前景的骨组织工程用支架材料。

摘要：目的:为克服目前组织工程中细胞和材料的复合方法中存在的缺陷,利用细胞装配系统将细胞和材料的共混物按照预先设定的结构直接打印成三维复合支架,并通过体外培养检测支架里细胞的形态和活性。方法:实验于2006-06/2007-03在清华大学生物膜与膜生物工程国家重点实验室和清华大学机械系组织制造中心完成。①选用海藻酸盐和明胶的混合水凝胶作为支架材料,配制终浓度为7%且藻酸盐和明胶比例为3∶4的混合物,用CaCl2溶液交联后,冷冻干燥,用扫描电镜观察共混材料的内部结构。②取出生3～5 d的新西兰乳兔的关节软骨组织,用Ⅱ型胶原酶消化获得原代软骨细胞并体外扩增至2或3代后备用。③将软骨细胞悬液与复合水凝胶混合均匀后,再利用快速成形技术组装的细胞装配系统将此共混物直接打印成组织工程三维复合支架,并体外培养此复合支架。④在培养的1,7,14和21 d采用MTT的方法检测软骨细胞在支架中的增殖;培养7 d后用苏木精-伊红染色的组织学方法观测细胞的形态;培养14 d后采用免疫组化检测支架中软骨细胞的Ⅱ型胶原表达。结果:①扫描电镜观察的结果表明共混物的内部是交错的网格结构,有着互相连通的孔。②在细胞装配系统上按照预先设计的参数将细胞和材料直接组装为网格状的细胞/凝胶复合支架,尺寸为10 mm×10 mm×6 mm,锥虫蓝染色表明成形后支架里细胞的存活率大于90%。③MTT实验表明软骨细胞在细胞/凝胶的支架里增殖很快,21 d的吸光度是1 d的3.5倍。④苏木精-伊红染色显示体外培养7 d后,复合支架里的软骨细胞都是圆形的,是生理状态下软骨细胞的正常状态,而且还可以看到正在分裂的细胞。⑤免疫组化的结果表明培养14 d后,培养在支架里的软骨细胞仍保持着分泌Ⅱ型胶原的活性。结论:通过细胞装配系统按照预先设定的结构形成包含细胞的软骨组织工程三维支架,成形的一系列操作对细胞损伤极小,并且支架里的软骨细胞在体外培养中能够正常的生长,具有生理形态和软骨活性,从而为软骨修复提供了新途径。