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大鼠骨形成蛋白2活性多肽复合物植入异位成骨观察

加入收藏〗 发布时间:2012-06-21

  骨组织工程主要由支架材料、种子细胞和调控细胞行为的细胞因子3部分组成。如何提高组织工程化骨中支架材料的生物学活性及诱导因子的诱导效能,一直是近年来研究的热点¨3。丙交酯-CO一乙交酯(PLGA)是目前应用最多的组织工程学支架材料,具有良好的生物相容性和可控生物降解性,但因分子链中缺乏活性功能集团,亲水性差,生物学活性不理想口骨形成蛋白作为最有效的成骨诱导细胞因子,已被广泛应用,但其副作用较多,临床应用受到制约一1。作者以改性的PLGA支架材料——PLGA一[ASP-PEG]三嵌段多元共聚物作为支架材料,与自行合成的活性多肽复合,植人大鼠体内,评价三嵌段支架材料的生物学反应及BMP2活性多肽的诱导成骨能力,为临床应用提供理论依据。材料与方法.1 生物材料PLGA.[ASP—PEG]多孔材料由本课题组与中山大学高分子研究所联合制备,其相对分子质量为22.15×103,孔隙率为85%,孑L径为。PLGA多孔材料由中山大学高分子研究所制备,孑L隙率为85%,孔径为250 Ixm。根据实验要求制成0.2 cm×0.5 cm×0.5 cm立方体备用。活性多肽由本课题组与吉尔生化有限公司联合研制。将1 nag BMP2活性多肽+0.4 mg交联剂碳二亚胺(EDC)+0.6 mg N一羟基琥珀酰亚胺制成1 g/L的多肽溶液。常温下反应15 min,加入PLGA《ASP—PEG]或PLGA多孔材料反应后,冻存备用。
   动物实验成年雄性SD大鼠36只,由同济医学院动物实验中心提供,体质量(180±15)g,雌雄不限。20 g/L戊巴比妥钠1.5 mL/100 g腹腔注射麻醉,背部消毒,切开皮肤,分离两侧肌间隙,按实验分组,将植人材料用环氧乙烷处理后如图1(左分别植入。A组:BMP2活性多肽/PLGA.[ASP.复合物组;B。组:BMP2活性多肽/PLGA复合物组;C组:单纯PLGA_[ASP—PEG]组;D组:单纯组。缝合伤口。正常喂养。分别于1周,周,12周,16周时进行植入物大体和组织学观察,并利用CT三维成像观察植入物成骨情况。所有植入区伤口愈合良好,无感染。A组:1周时,植入区组织轻度肿胀,有点状淤血。8周时,植入区质地稍硬,部分有纤维状物,呈灰白色,分散,可辨认。12周时,植入区硬度明显增加,可见薄层纤维囊包裹,植入物不易辨认。
  周时,植入区为硬结状,边缘不规则,周围肌肉组织颜色接近正常。B组:呈现上述反应过程,但出现时间均较A组晚。C组和D组:早期有相对较严重的急性炎症反应,16周时植入物清晰可见,周围为纤维组织包裹。植入物组织学观察结果1周时,各组植人物周围均有明显急性炎症反应,大量中性粒细胞、淋巴细胞浸润。4周时,A组植入物周围间充质细胞开始向软骨细胞分化,可见分化成熟的软骨细胞,部分区域可见软骨岛;B组植入物周边出现纤维囊膜,厚度较均匀。C组和D组表现为特异性炎症反应,可见少量淋巴细胞和巨噬细胞。8周时,A组植入物周围可见软骨细胞及成骨细胞,并有非编织骨结构;B组植入物周围可见巨噬细胞等排列在植人物与组织的界面上,未见软骨细胞;C组和D组植人物周围为纤维组织包裹。12周时,A组植入区可见大量新骨形成,在新骨外周部有骨小梁及新生血管,偶见哈佛系统及髓腔形成;B组植入物周围可见软骨细胞及少量成骨细胞;C组和D组植入物周围为纤维组织包裹。16周时,A组可见典型的骨组织结构,B组可见明显的新骨形成,C组植人物周围见大量的纤维组织,偶见少量的软骨细胞和成骨细胞;D组有大量的纤维组织,未见成骨细胞。
  植入物CT三维成像结果16周时,A组可见块状高密度影,与正常骨密度几乎相同;B组可见块状高密度影,密度比正常骨低,骨块较A组小。c组隐约可见点状高密度影,新生骨块的大小组。D组无高密度影出现,见图1(右)。具有良好的生物相容性和可降解性,是骨组织工程中良好的支架材料,得到美国FDA的临床认证”1。但因分子链中缺乏活性功能集团,亲水性差,生物学活性不理想。聚乙二醇(PEG)具有良好的亲水性,不具有免疫原性,是目前作为亲水性组分引入PLA、PLGA分子链中最常用的物质。
  在支架材料表面接枝带有对细胞的黏附和生长具有促进作用的氨基酸及其衍生物,以提高材料表面的活性位点,是生物材料表面改性的另一途径。“这些氨基酸及其衍生物可以与细胞膜表面的蛋白多糖结合,诱导细胞黏附和增殖,影响细胞黏附后早期的形态学变化,促进细胞的黏附、在中引入天冬氨酸(ASP),能为PLGA提供了丰富的功能基团,使下一步多肽能更牢固地与改性共价结合,对种子细胞有强大的吸附和支架作用,同时还是下一步引入细胞因子的良好载体和缓释剂。作者以天冬氨酸一聚乙二醇(ASP—PEG)交替预聚物为引发剂引发LA、GA开环共聚,合成PL—·[ASP—PEG]多元共聚物,其能促进组织工程种子细胞在骨基质材料表面的黏附、增殖并能较好地保持细胞的形。 

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