BMP—7局部基因治療和組織工程化骨對脊柱融合影響的實驗研究.pdf

1、脊柱融合術(shù)是脊柱外科的常用技術(shù)，在脊柱手術(shù)中有重要作用，不論是腰椎后外側(cè)自體髂骨植骨融合術(shù)，還是椎間融合，其取得臨床療效的關(guān)鍵是良好的融合。雖然應(yīng)用自體髂骨植骨被認(rèn)為是植骨融合的金標(biāo)準(zhǔn)，但是它常伴有骨丟失、出血、神經(jīng)損傷、持續(xù)性疼痛和感染等并發(fā)癥。并且后外側(cè)單椎固定融合的失敗率可達(dá)26-35％，即使在應(yīng)用脊柱內(nèi)固定的患者，其術(shù)后脊柱不融合率仍為10％～15％。異種骨移植由于只有骨傳導(dǎo)性沒有骨誘導(dǎo)性，單獨應(yīng)用并不能提高脊柱融合率，而且可引

2、起疾病傳播、引發(fā)機(jī)體產(chǎn)生排異反應(yīng)，使異種骨移植的應(yīng)用受到限制?；蛑委熀徒M織工程化骨組織在修復(fù)動物骨缺損中的成功應(yīng)用，為我們提高脊柱融合率的研究提供了新的思路。 在骨組織工程研究中，種子細(xì)胞、載體材料和骨生長相關(guān)因子是其三大要素。如何獲得種子細(xì)胞及使用何種細(xì)胞以及種子細(xì)胞和何種支架復(fù)合一直是研究的關(guān)鍵。骨髓基質(zhì)干細(xì)胞(BMSCs)又稱為間充質(zhì)干細(xì)胞，是骨髓內(nèi)一種有分化潛能的干細(xì)胞，有活躍的成骨能力，BMSCs在體內(nèi)外不同的微環(huán)

3、境中可以被誘導(dǎo)分化為多種細(xì)胞。由于BMSCs具有易于分離培養(yǎng)和體外擴(kuò)增，并具有移植無免疫排斥反應(yīng)的特點，同時作為干細(xì)胞易于被外源基因轉(zhuǎn)染，因此本實驗選用BMSC為種子細(xì)胞，骨組織工程的載體材料要符合無免疫原性、快速生物降解性、優(yōu)良骨相容性、高效的骨傳導(dǎo)性，具有一定的空隙率。納米羥基磷灰石/膠原復(fù)合材料(NHAC)是通過仿生的方法制備，在成份和結(jié)構(gòu)上都與微結(jié)構(gòu)具有同天然骨類似的某些特征，礦物相為含有碳酸根的羥基磷灰石，晶粒度低，晶體尺寸在

4、納米量級，礦物相均勻沉積在I型膠原蛋白基質(zhì)上，此材料孔隙率90％，孔隙大小100um左右，與成骨細(xì)胞有良好的親和性，細(xì)胞容易貼壁，材料的多孔結(jié)構(gòu)使細(xì)胞易于長入，同時材料具有優(yōu)良生物可降解性，由于以上的特點本實驗選用了NHAC作為細(xì)胞支架材料。 骨形態(tài)發(fā)生蛋白(Bone morphogenetic protein，BMP)是TGF-β超家族成員，它誘導(dǎo)成骨及誘導(dǎo)基質(zhì)干細(xì)胞向成骨細(xì)胞分化的能力已得到廣泛證實。其中BMP-7是目前己知

5、BMP生長因子家族中誘導(dǎo)成骨能力最強(qiáng)的生長因子之一，它又名成骨蛋白-1(Osteogenic protein，OP-1)，由于獲得有活性的BMP-7的難度較大，且BMP-7半衰期只有30min很容易被體液稀釋，應(yīng)用時需多次反復(fù)給藥，成本高：這些缺點限制了BMP-7的臨床應(yīng)用?；蛑委熥鳛橐环N新的治療方法，使用BMP-7的基因治療與植入基因工程重組的BMP相比，理論上講具有能夠進(jìn)行BMP持續(xù)釋放的優(yōu)點，一些實驗已證實了基因轉(zhuǎn)染的BMP-2

6、基因可在局部表達(dá)BMP-2蛋白，采用局部基因治療的方法為BMP的研究應(yīng)用開辟了一個新的領(lǐng)域。 本課題首先系統(tǒng)研究了BMSCs的分離培養(yǎng)、體外擴(kuò)增和橫向分化潛能(成骨和神經(jīng)元樣細(xì)胞)。其次研究了腺病毒介導(dǎo)BMP-7對BMSCs轉(zhuǎn)染方法、轉(zhuǎn)染后的BMSCs的分化及轉(zhuǎn)染后的BMSCs和NHAC支架材料的相互影響，建立了大鼠后外側(cè)脊柱融合的模型，重點研究了Ad-hBMP-7轉(zhuǎn)染的BMSCs和NHAC復(fù)合后對脊柱融合的影響，同時比較了在