成血管与成骨双向诱导的BMSCs复合负载rhBMP-2纳米纤维聚乳酸支架修复长段骨缺损

研究背景与目的：骨组织工程的关键在于骨修复过程中的血管化，本研究初步探索成骨成血管双向诱导BMSCs构建组织工程骨的可行性，并观察双向诱导后的BMSCs复合负载rhBMP-2的纳米纤维PLLA支架修复长段骨缺损的作用效果。研究内容：制备负载有rhBMP-2的多微孔纳米纤维PLLA可降解支架，并通过扫描电镜（SEM）和生物力学测试检测其孔道情况和力学性能。提取并分离培养兔BMSCs，并按诱导方式的不同将BMSC分为四组：A组（单纯的BMSc组）、B组（成骨诱导的BMSCs组）、C组（内皮诱导的BMSCs组）、D组（双向诱导的BMSCs组）。流式细胞仪检测诱导前后细胞表面抗原变化，并通过钙结节染色和成管实验观察成骨成血管的效果。SEM观察种子细胞与纳米纤维PLLA支架的复合情况。动物实验建立兔桡骨长段骨缺损模型，按负载的种子细胞的不同，将植入的负载rhBMP-2的支架分为五组：A组（无细胞组）、B组（成骨诱导的BMSCs组）、C组（内皮诱导的BMSCs组）、D组（BMSCs组）、E组（双向诱导的BMSCs组）。术后X线、生物力学检测观察骨修复情况，HE、Masson、Ⅰ型胶原免疫组化染色观察新骨形成情况，内皮细胞CD31免疫荧光观察血管形成情况。重要结果：负载有rhBMP-2的多微孔纳米纤维PLLA可降解支架的孔隙率为90%-92%，孔径约150-250μm，并且具有良好的生物力学性能与生物相容性。体外双向诱导的BMSCs同时具备了较好的成骨和成血管的能力。动物X线摄片显示术后24周E组已完全修复骨缺损，其新生骨板基本达到正常形态。生物力学结果显示E组于术后24周其生物力学性能基本达到正常对照组的80%，均大于其余各组。HE染色中E组于术后2周组织学观察可见少量炎性细胞，较多新生胶原分布于骨缺损断端；术后4周可见骨基质形成，同时有毛细血管浸润；术后12周可见编织骨及原始髓腔结构形成，并可见较大血管；术后24周可见成熟的板层骨和髓腔形成，MASSON染色各组均可见红色新生板层骨形成，尤以E组最多。CD31免疫荧光可见E组血管数量多于除C组以外的其他组，且在第4周已出现。结论：双向诱导的BMSCs复合负载rhBMP-2的PLLA支架在骨缺损局部促进成骨的同时，在支架材料内部形成毛细血管网为种子细胞提供血供，从而加速恢复正常的骨结构，为血运较差的骨修复环境提供了应用参考。