硫酸钙人工骨/骨髓间充质干细胞构建组织工程化骨诱导脊柱融合

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2014.21.001

中国组织工程研究 ›› 2014, Vol. 18 ›› Issue (21): 3281-3286.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.2014.21.001

• 组织工程骨及软骨材料 tissue-engineered bone and cartilage materials • 下一篇

硫酸钙人工骨/骨髓间充质干细胞构建组织工程化骨诱导脊柱融合

刘晓阳，李广润，刘洪涛，郝永强，王杰锋

青岛大学医学院附属烟台毓璜顶医院脊柱骨科，山东省烟台市 264000

出版日期:2014-05-21 发布日期:2014-05-21
通讯作者: 李广润，硕士，主治医师，青岛大学医学院附属烟台毓璜顶医院脊柱骨科，山东省烟台市 264000
作者简介:刘晓阳，男，1971年生，山东省烟台市人，汉族，1996年山东医科大学毕业，博士，副主任医师，主要从事脊柱外科、组织工程、骨质疏松研究。
基金资助:
烟台市科技发展项目(2007139-5)

Construction of calcium sulfate/bone marrow mesenchymal stem cells tissue-engineered bone for spinal fusion

Liu Xiao-yang, Li Guang-run, Liu Hong-tao, Hao Yong-qiang, Wang Jie-feng

Department of Spinal Surgery, Affiliated Yantai Yuhuangding Hospital of Medical College, Qingdao University, Yantai 264000, Shandong Province, China

Online:2014-05-21 Published:2014-05-21
Contact: Li Guang-run, Master, Attending physician, Department of Spinal Surgery, Affiliated Yantai Yuhuangding Hospital of Medical College, Qingdao University, Yantai 264000, Shandong Province, China
About author:Liu Xiao-yang, M.D., Associate chief physician, Department of Spinal Surgery, Affiliated Yantai Yuhuangding Hospital of Medical College, Qingdao University, Yantai 264000, Shandong Province, China
Supported by:
the Science and Technology Development Program of Yantai City, No. 2007139-5

摘要/Abstract

摘要：

背景：硫酸钙具有良好的组织相容性和可降解性，是一种安全有效的骨移植替代物。
目的：观察医用硫酸钙人工骨与兔骨髓间充质干细胞复合的成骨作用。
方法：取36只新西兰大白兔，行腰椎后路L4/5椎间盘摘除后，随机均分为3组，自体骨组在椎间隙植入自体髂骨，异种骨组在椎间隙植入异体脱钙小牛骨，组织工程骨组椎间隙植入医用硫酸钙人工骨与同种异体骨髓间充质干细胞复合物。植入后4，8，16周摄腰椎正侧位X射线片，观察椎体间植骨愈合及塑形情况；留取骨痂标本行组织学观察椎间植骨愈合程度；于16周对脊柱融合部位进行生物力学分析。
结果与结论：植入16周时，自体骨组椎间骨小梁连续，椎间融合基本完成，大量编织骨相互融合成片；异种骨组椎间隙形成不完全骨性融合，软骨组织大部分分化为骨组织，但中间仍为纤维组织；组织工程骨组椎间骨小梁连续，椎间融合基本完成，大量编织骨相互融合成片，人工骨基本吸收、骨化，仅有少部分残留；自体骨组、组织工程骨组失效强度和刚度均优于异种骨组(P < 0.05)。提示医用硫酸钙人工骨/骨髓间充质干细胞构建的组织工程骨具有具有良好的成骨和骨诱导作用，可以较好地促进脊柱椎体间融合。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

全文链接：

关键词: 生物材料, 骨生物材料, 硫酸钙人工骨, 异种骨, 骨髓间充质干细胞, 椎间融合, 兔

Abstract:

BACKGROUND: Calcium sulfate has good biocompatibility and biodegradability, which is a safe and effective bone graft substitute.
OBJECTIVE: To investigate the osteogenesis ability of calcium sulfate combined with bone marrow mesenchymal stem cells.
METHODS: After L4/5 posterior lumbar discectomy, 36 rabbits were randomized into three groups: rabbits in autologous bone group were implanted with autologous iliac bone via the intervertebral space; animals in allogenic bone group were implanted with decalcified bovine bone; rabbits in tissue-engineered bone group were implanted with calcium sulfate combined with bone marrow mesenchymal stem cells. Bone formation and molding were observed by gross observation, anteroposterior and lateral X-ray, histology and biomechanics at 4, 8 and 16 weeks. Callus specimens were employed for histological observation of interbody fusion. Biomechanical analysis of spinal fusion site was conducted at 16 weeks.
RESULTS AND CONCLUSION: Sixteen weeks later, interbody fusion was complete in the autologous bone group, the trabecular bone bridged continuously and a large amount of woven bone was merged into pieces; in the allogenic bone group, incomplete bony fusion was found between the intervertebral space, most of cartilage tissues differentiated into bone, but fibrous tissue was also full of the central part; in the tissue-engineered bone group, interbody fusion was complete, and a large amount of woven bone was fused into pieces, while the artificial bone was absorbed and ossified with small residual. Failure strength and stiffness in the autologous bone and tissue-engineered bone groups were superior to those in the allogenic bone group. These findings indicate that the calcium sulfate/bone marrow mesenchymal stem cells tissue-engineered bone has excellent osteogenic and osteoinductive capacity that can exert a good function of promoting spinal interbody fusion.

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

全文链接：

Key words: calcium sulfate, stem cells, spine, tissue engineering

中图分类号:

R318

刘晓阳，李广润，刘洪涛，郝永强，王杰锋. 硫酸钙人工骨/骨髓间充质干细胞构建组织工程化骨诱导脊柱融合[J]. 中国组织工程研究, 2014, 18(21): 3281-3286.

Liu Xiao-yang, Li Guang-run, Liu Hong-tao, Hao Yong-qiang, Wang Jie-feng. Construction of calcium sulfate/bone marrow mesenchymal stem cells tissue-engineered bone for spinal fusion [J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2014, 18(21): 3281-3286.

图/表（结果） 4

2.1 实验动物数量分析 36只兔均进入结果分析。

2.2 大体观察 术后各组动物进食与活动正常，每组各有一两只动物发生切口红肿、渗液，经对症处理后切口愈合良好，不影响观察。①自体骨组：植入后4周，手术椎间隙为纤维软骨样组织填充；8周时，椎间隙有骨痂样组织产生，但骨质菲薄，部分似软骨样；16周时，椎间隙骨痂进一步塑型，与正常骨组织肉眼难以分辨，椎间融合基本完成。②异种骨组：植入后4周，手术椎间隙有少量新骨形成，表面被纤维样组织包裹；8周时，椎间隙有纤维软骨样组织充填，上下缘之间有少量骨痂连接，异种骨降解；植入后16周椎间骨痂连续。③组织工程骨组：植入后4周，椎间隙有纤维软骨样组织充填；植入后8周，硫酸钙颗粒大部分吸收，椎间隙有骨痂样组织形成，但小部分似软骨样；16周时，椎间隙的骨痂塑型，外观与正常骨组织相似，椎间融合基本完成。

2.3 放射学检查X射线平片 ①自体骨组：植入后4周，椎间隙略模糊，自体骨开始吸收，有少量骨痂阴影；植入后8周，椎间隙模糊，椎间隙部分形成连续性骨小梁；植入后16周，椎间骨小梁连续，椎间融合基本完成(图1A)。②异种骨组：植入后4周椎间隙有植骨阴影，椎间隙较明显；植入后8周椎间隙模糊，异种骨显示不清；植入后16周椎间隙形成不完全骨性融合(图1B)。③组织工程骨组：与自体骨组基本类似。植入后4周，植骨颗粒可见，椎间隙模糊；植入后8周，硫酸钙植骨颗粒大部分吸收、减少，椎间隙有少量连续骨小梁；植入后16周，植骨颗粒基本消失，椎间骨小梁连续，椎间隙形成骨性融合(图1C)。

椎间融合的Lane-Sandhu放射学评分：16周时，自体骨组、异种骨组与组织工程骨组椎间融合的Lane-Sandhu放射学评分分别为9.96±0.83，8.75±1.35，9.50±1.10，3组间比较差异无显著性意义(P > 0.05)。

2.4 组织学检查 ①自体骨组：植入后4周，大量新生软骨形成，有骨样组织开始形成和少量编织骨出现；植入后8周，自体骨与终板结合部可见编织骨，软骨组织增多并开始分化为骨组织，移植骨内部可见大量纤维组织增生，血管长入；植入后16周，新生骨逐渐改建，有大量编织骨相互融合成片。②异种骨组：植入后4周时，移植异种骨周围可见丝团状的纤维和软骨细胞；植入后8周，异种骨大部分被吸收，移植骨与终板结合部可见散在的骨小梁结构，内部可见大量纤维组织增生；16周时，软骨组织大部分分化为骨组织，新生骨进一步成熟，但中间仍为纤维组织(图2A-C)。③组织工程骨组：植入后4周，硫酸钙人工骨可见残余颗粒，与终板结合部可见编织骨，硫酸钙人工骨内部可见纤维组织增生，血管长入；植入后8周，新生骨逐渐成熟，但中间仍是纤维组织，硫酸钙人工骨仍可见残余；16周时，新生骨进一步改建，可见大量编织骨相互融合成片，硫酸钙人工骨基本吸收、骨化，仅有少部分残留(图2D-F)

按照Lane-Sandhu 组织学标准评分，各时间点3组椎间融合程度组内差异均有显著性意义(P < 0.05)，组间比较自体骨、组织工程骨组好于异种骨组(表1)。

2.5 生物力学实验 植入16周后，解剖出所有剩余动物的脊柱，游离出L_4-5(包括L₄、L₅两个椎体和相应的融合部位)，仔细去除周围的软组织。分别在L₄、L₅两个椎体前后打孔，3.5 mm骨栓钉固定，然后将骨栓钉通过铰链固定在力学应力分析仪上(YJ-14数显式电阻应变仪，华东电子仪器厂)，分别测定3组标本的脊柱融合的失效强度和刚度，自体骨、组织工程骨组失效强度和刚度同异种骨组相比差异有显著性意义(P < 0.05)，见表2。

参考文献

[1]郑先雨,何家才.医用硫酸钙OsteoSet修复颌骨缺损的疗效评价[J].中国修复重建外科杂志,2012,26(1):87-90.
[2]李晓峰,赵劲民,苏伟,等.大鼠骨髓间充质干细胞的培养与鉴定[J].中国组织工程研究与临床康复,2011,15(10):1721-1725.
[3]张健,吕厚山,刘海鹰,等.医用硫酸钙在家兔腰椎融合模型中的成骨能力[J].中国矫形外科杂志,2007,15(15):1178-1180.
[4]Leize EM,Hemmerle J,Voegel JC,et al.Characterization and histological analyses of a coral-collagen composite used for bone-replacement graft material: a report of clinical cases.J Mater Sci Mater Med.1999;10(1):47-51.
[5]郝强,赵丽,关继奎,等.人工骨材料在骨缺损修复中的应用[J].中国组织工程研究与临床康复,2009,13(34):6745-6748.
[6]Younger EM,Chapman MW. Morbidity at bone graft donor sites. J Orthop Trauma. 1989; 3:192-195.
[7]张劲松,李雅东,季平,等.医用硫酸钙(STIMULAN)在颌骨囊肿手术中的临床应用[J].山西医科大学学报,2007,38(2):167-169.
[8]Bahn SL.Paster:A bone substitute.Oral Surg Oral Med Oral Path.1966;21(5):672-681.
[9]张建,刘海鹰,王会民,等.医用硫酸钙在腰椎后外侧融合中的成骨能力[J].中国临床康复,2006,10(45):62-64.
[10]宋元进,朱晓东,李明.生物植骨材料在脊柱融合术中的应用[J].中国矫形外科杂志,2005,13(22):1742-1744.
[11]Durak K,Bilgen OF,Kaleli T,et al.Antioxidant effect of alpha-trocopherol on fracture haematoma in rabbits.J Int Med Res.1996;24:419-424.
[12]陈同磊,成茂华,沈忆新,等.自体骨或硫酸钙人工骨结合MC_椎间融合器在颈椎前路融合中的应用疗效及并发症比较[J].中国组织工程研究与临床康复,2010,14(4):718-721.
[13]Thomas MV,Puleo DA.Calcium sulfate: Properties and clinical applications. J Biomed Mater Res B Appl Biomater.2009; 88(2):597-610.
[14]田学忠,刘越,陈华,等.硫酸钙人工骨研究进展[J].山东医药,2008, 48(9):143-144.
[15]Hadjipavlou AG,Simmons JW,Tzermiadianos MN,et al.Plaster of Paris as bone substitute in spinal surgery.Eur Spine J. 2001; 10 Suppl 2:S189-196.
[16]Alexander DI,Manson NA,Mitchell MJ.Efficacy of calcium sulfate plus decompression bone in lumbar and lumbosacral spinal fusion: preliminary results in 40 patients.Can J Surg. 2001;44(4):262-266.
[17]Chen WJ,Tsai TT,Chen LH,et al.The fusion rate of calcium sulfate with local autograft bone compared with autologous iliac bone graft for instrumented short-segment spinal fusion.Spine (Phila Pa 1976).2005;30(20):2293-2297.
[18]Liu P,Zhao J,Fan W.Clinical application of medical grade calcium sulfate as a bone graft substitute.Zhongguo Xiu Fu Chong Jian Wai Ke Za Zhi.2006; 20(11):1066-1069.
[19]Zhou G,Liu W,Cui L,et al.Repair of porcine articular osteochondral defects in non-weightbearing areas with autologous bone marrow stromal cells.Tissue Eng 2006;12: 3209-3221.
[20]Tsuchiya K,Mori T,Chen G,et al.Custom-shaping system for bone regeneration by seeding marrow stromal cells onto a web-like biodegradable hybrid sheet. Cell Tissue Res. 2004; 316:141-153.
[21]Djouad F,Delorme B,Maurice M,et al.Microenvironmental changes during differentiation of mesenchymal stem cells towards chondrocytes. Arthritis Res Ther. 2007;9:33.
[22]Smith JS,Preul MC,Crawford NR,et al.Effect of recombinant human bone morphogenetic protein-2 in an experimental model of spinal fusion in a radiated area. Spine. 2005;30 (23):2585-92.
[23]Hwang NS,Varghese S,Puleo C,et al.Morphogenetic signals from chondrocytes promote chondrogenic and osteogenic differentiation of mesenchymal stem cells. J Cell Physiol. 2007;212:281-284.
[24]Liu X,Huang W,Fu H,et al.Bioactive borosilicate glass scaffolds: in vitro degradation and bioactivity behaviors.J Mater Sci Mater Med.2009;20:1237-1243.

引言

脊柱融合目前已成为治疗脊柱结核、感染、畸形、退行性病变及椎间盘疾病等脊柱疾患的有效手段。由于自体骨在获取和应用方面存在诸多不利和限制因素，所以国内外有不少实验探索应用骨移植替代物作为自体骨的补充或替代进行脊柱融合的途径和可能性。骨移植替代材料应有良好的组织相容性，无毒，价格低廉，同时具有骨传导、骨诱导等生物活性。骨髓间充质干细胞是骨髓内一种有多向分化潜能的干细胞，有活跃的成骨能力，同时取材容易，对机体损伤小；增殖能力强、体外培养时易稳定表达成骨细胞表型；植入体内后具有继续快速成骨能力，能耐受机体免疫的特点，所以骨髓间充质干细胞成为近年骨组织工程研究中常用的种子细胞。
硫酸钙人工骨具有高纯度的α晶体结构，是一种形状和大小均匀的半水硫酸钙。1892年Dreesman首次临床应用硫酸钙作为骨填充剂治疗骨缺损。20世纪90年代，美国 Wright公司研制出的新一代产品医用硫酸钙OsteoSet就已经通过专利技术，并于1996年6月通过了美国食品与药品委员会论证且在同年获得欧洲CE商标^[1] 。医用硫酸钙具有充填作用，在骨愈合早期提供力学支撑，在体内可以使血管和骨生成细胞长入，可完全生物降解，其降解速度与新骨形成的速度基本一致。同时，硫酸钙人工骨降解时在局部形成微酸环境，还可以促进生长因子的活性，具有间接骨诱导作用。很多文献报道医用硫酸钙人工骨具有良好的生物相容性，可吸收，无毒性作用，良好的止血作用和骨引导性，作为骨缺损的充填材料及引导组织再生材料已得到了广泛认同，是一种安全有效的骨移植替代物。硫酸钙与明胶、富血小板血浆等复合使用可以作为支架材料，还可以复合骨诱导材料如骨形成蛋白，提高其成骨能力。医用硫酸钙与骨髓间充质干细胞有协同促进作用，所以硫酸钙人工骨应用愈加广泛，临床已经作为自体骨移植替代材料用于骨缺损、骨不连等的治疗。硫酸钙人工骨应用于脊柱融合已有10年历史。本课题利用硫酸钙人工骨复合骨髓间充质干细胞构建组织工程化骨移植进行兔脊柱椎体间融合，并与自体骨、异种骨对比观察其对脊柱融合的促进作用，以期为临床应用植骨材料替代自体骨移植进行脊柱椎间融合提供理论依据。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程
全文链接：

材料方法

设计：随机分组对照动物实验。

时间及地点：于2009年3月至2012年11月在山东大学齐鲁医院完成。

材料：

实验动物：4月龄纯种新西兰大白兔由山东大学动物实验中心提供，雌雄不拘，体质量2 500-3 000 g，平均2 800 g。

实验方法：

兔骨髓间充质干细胞的分离、体外培养及传代^[2]：取新西兰白兔1只，用1.5%戊巴比妥钠耳缘静脉注射麻醉，体积分数75%乙醇消毒，以12号骨髓穿刺针在兔双侧股骨髁反复抽取骨髓约5 mL，置无血清DMEM离心管中，1 000 r/min离心5 min，弃去上清，加入淋巴细胞分离液，2 000 r/min离心30 min，小心吸取中层的有核细胞，加入含胎牛血清的培养液，细胞计数后调节细胞浓度为1×10⁸L^-1，接种于培养瓶中，置于含体积分数5%CO₂培养箱中进行原代培养，按时换液。当原代细胞生长铺满瓶底的90%以上时，进行传代分瓶培养，吸掉瓶内原培养液，加入0.25%胰蛋白酶消化，按1∶3比例分瓶进行传代培养。细胞再次生长铺满瓶底时，重复酶消化传代。取第2代骨髓间充质干细胞，加入条件培养液，每二三天换液，进行成骨定向诱导培养。待培养瓶单层细胞生长融合时，再次进行酶消化传代，并标记为P3。

植骨材料准备及与细胞复合培养：将无菌硫酸钙人工骨颗粒置入培养皿中，加入含成骨诱导剂、胎牛血清的培养液浸泡24 h后，弃去培养液，自然晾干。然后将P3代骨髓间充质干细胞用0.25%胰蛋白酶消化、离心，调整细胞浓度至5×10⁹L^-1，然后均匀滴加在预处理的硫酸钙人工骨上，接种后置于37 ℃含体积分数5%CO₂培养箱中培养4-6 h，然后加入条件培养液，继续培养3-5 d备用。

实验动物分组与脊柱椎体间融合模型的建立^[3]：选纯种新西兰大白兔36只，随机分成3组，分别为自体骨组、异种骨组与组织工程骨组，每组12只。以1.5%戊巴比妥钠耳缘静脉注射麻醉成功后，固定于术台，消毒后，背部后正中切口切开，沿一侧肌间隙分离，充分显露椎板、横突，髂嵴联线确定L_4-5横突，在L₅横突的外侧向前剥离，暴露L_4/5椎间盘，特制刮刀刮除髓核组织，并处理上下相邻软骨终板。自体骨组沿髂嵴做斜行切口，暴露髂骨嵴，切取约1 g髂骨，咬成碎骨植入椎间隙；异种骨组将脱钙小牛骨(异种骨)咬碎后植入椎间隙；组织工程骨组取预先处理的硫酸钙人工骨/骨髓间充质干细胞复合物植入椎间隙。术毕缝合筋膜和皮肤，每组动物单独饲养。术后应用青霉素40×10⁴U，皮下注射3 d，2次/d。

主要观察指标： ①大体观察：定期观察植入后每组兔的切口愈合及活动情况。于植入后4，8，16周，每组每次随机选取4只兔耳缘静脉注入空气处死，解剖显露脊柱融合处，观察骨痂生长情况。②X射线检查：在植入后4，8，16周，对上述已处死的兔拍摄前后位及侧位X射线片。③组织学检查：将取出的融合椎体骨痂标本用甲醛固定，5%硝酸脱钙，蜡块包埋切片，苏木精-伊红染色，光学显微镜观察，参照Lane-Sandhu X射线和组织学评分标准，对各组动物骨愈合程度进行评分。④生物力学分析：于16周对各组动物脊柱融合部位进行生物力学分析。

统计学分析：对X射线和组织学评分数据、生物力学结果，用SAS 8.0统计学软件进行分析，用x(_)±s表示，多组数据之间的比较采取随机区组方差分析，P < 0.05认为差异有显著性意义。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

全文链接：

讨论

近年来随着各种脊柱内固定器械的应用，显著提高了脊柱融合的成功率。然而，即使如此，融合失败及假关节的发生率仍然较高(5%-35%)。脊柱融合对植骨数量和质量要求较高，所以植骨方式和植骨材料是影响脊柱融合手术成功的重要因素。脊柱融合中自体骨移植是骨移植的金标准。自体骨具有与受区骨相同的骨性支架，保留有成骨细胞、细胞因子等生物活性物质且与受区组织相容性好，成骨迅速。但自体骨在获取和应用方面存在诸多不利和限制因素，如骨来源有限、术中失血增多及手术麻醉时间延长，还有一定并发症，如供区术后血肿、假性动脉瘤、神经血管损伤、术后供区疼痛、取骨后供区骨折及外观畸形等，而且获取骨量不足也是一个明显的限制。为避免脊柱融合植骨对植骨供区的伤害，人们实验探索应用骨移植替代物进行脊柱融合的途径和可能性。理想的骨移植材料应具备无毒、无不良反应，取材方便，价格低廉，同时具有骨形成、骨传导、骨诱导等生物活性，提供一定形状结构和承受载荷的能力，可以在较短时间内生物降解，被新生骨组织代替^[4-6] 。
目前应用于脊柱融合的自体骨替代材料有同种异体骨、异种骨、人工骨等。然而目前异体骨的处理技术并不十分理想，经处理后的异体骨仍然具有一定的免疫原性，植入体内后会引起一定的免疫排斥反应，使得其成骨能力受到明显的损害。除了成骨能力的考虑外，异体骨尚有传播疾病的危险。异种骨作为不同种属个体之间的骨组织移植物，特点是来源广泛，取材方便，可避免二次手术，缩短了手术时间，同时没有同种异体骨可能导致交叉感染的危险。硫酸钙具有良好的组织相容性和可降解性，已得到众多实验的证实，是一种安全有效的骨移植替代物，成骨细胞能依附于硫酸钙，并在此基础上成骨。张劲松等^[7]报道医用硫酸钙有利于促进新骨形成，无组织排异反应。Bahn^[8]认为硫酸钙在骨或骨膜存在的情况下，具有成骨作用。
硫酸钙与骨髓间充质干细胞有协同促进作用^[9-10] ，体外复合培养可见成骨细胞可完全贴壁并增殖旺盛。硫酸钙具有良好的生物相容性，植入体内后，材料与骨界面间无明显炎症、异物反应，未见中性粒细胞、巨噬细胞聚集；在体内可被破骨细胞吸收，形成完全生物降解，其降解的时间为4-8周，与新骨形成的速度基本一致^[11-12] 。硫酸钙人工骨具有潜在的骨诱导活性，这可能与其降解过程中局部的微环境有关。硫酸钙在体内逐渐降解，局部可以形成高钙环境，可为新生的骨组织提供钙源，从而不同程度地促进成骨细胞增殖、分化。文献报道局部高钙环境可以抑制脾细胞来源破骨细胞的形成，刺激成骨细胞的增殖，因而刺激骨形成、抑制骨吸收^[13-14] 。2001年Hadjipavlou等^[15]再次报道硫酸钙与自体骨在腰椎融合中无明显区别，但硫酸钙明显优于脱钙骨基质。Alexander等^[16]的一项前瞻性临床研究报道了硫酸钙人工骨和自体髂骨在腰椎和腰骶椎融合术中效果相当，认为硫酸钙可以作为自体骨扩容剂完全替代自体骨移植。Chen等^[17] 、Liu等^[18]也报道硫酸钙人工骨在腰椎融合中取得了良好疗效。
种子细胞、生物材料和骨生长相关细胞因子是骨组织工程研究中的3大要素。使用何种细胞、支架材料以及支架和种子细胞如何形成理想的组织工程骨一直是骨组织工程研究的关键。骨髓间充质干细胞是目前骨组织工程研究中常用的种子细胞^[19-21] ，相关的动物实验生物力学实验证实骨髓间充质干细胞在脊柱融合中的有效性^[22] 。因为医用硫酸钙人工骨仅是作为一种骨传导支架，随着其降解、吸收，新生骨组织替代异体骨，所以临床推荐将自体松质骨与硫酸钙人工骨合用，为一些无自体骨源或开放取骨存在风险的患者提供一种移植替代物^[23-24] 。实验中将医用硫酸钙人工骨与兔骨髓间充质干细胞复合构建组织工程化骨进行兔脊柱椎体间融合，16周时与自体骨组相比，在大体观察、放射学都没有差别。而在各时间点参照Lane-Sandhu组织学标准评分，自体骨组、组织工程骨组均优于异种骨组，提示了在脊柱融合领域，这种医用硫酸钙人工骨与兔骨髓间充质干细胞构建的组织工程化骨有生物力学优势。
综上所述，医用硫酸钙人工骨与兔骨髓间充质干细胞构建的组织工程化骨具有与自体骨移植相似的骨修复能力，可以促进椎间融合，但实验并没有进行深入探讨骨髓间充质干细胞是否在其间的孔隙内快速、均匀的分布，这也是本次实验的局限性。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程
全文链接：

文章快阅

延伸阅读

硫酸钙人工骨具有高纯度的α晶体结构，是一种形状和大小均匀的半水硫酸钙。1892年Dreesman首次临床应用硫酸钙作为骨填充剂治疗骨缺损。20世纪90年代，美国 Wright 公司研制出的新一代产品医用硫酸钙 OsteoSet就已经通过专利技术，并于1996年6月通过了美国食品与药品委员会论证且在同年获得欧洲 CE 商标。医用硫酸钙具有充填作用，在骨愈合早期提供力学支撑，在体内可以使血管和骨生成细胞长入，可完全生物降解，其降解速度与新骨形成的速度基本一致。同时，硫酸钙人工骨降解时在局部形成微酸环境，还可以促进生长因子的活性，具有间接骨诱导作用。很多文献报道医用硫酸钙人工骨具有良好的生物相容性，可吸收，无毒性作用，良好的止血作用和骨引导性，作为骨缺损的充填材料及引导组织再生材料已得到了广泛认同，是一种安全有效的骨移植替代物。硫酸钙与明胶、富血小板血浆等复合使用可以作为支架材料，还可以复合骨诱导材料如骨形成蛋白BMP，提高其成骨能力。医用硫酸钙与骨髓间充质干细胞有协同促进作用，所以硫酸钙人工骨应用愈加广泛，临床已经作为自体骨移植替代材料用于骨缺损、骨不连等的治疗。硫酸钙人工骨应用于脊柱融合也有10年历史。本课题利用硫酸钙人工骨复合骨髓间充质干细胞构建组织工程化骨移植进行兔脊柱椎体间融合，并与自体骨、异种骨对比观察其对脊柱融合的促进作用，以期为临床应用植骨材料替代自体骨移植进行脊柱椎间融合提供理论依据。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

全文链接：

硫酸钙人工骨/骨髓间充质干细胞构建组织工程化骨诱导脊柱融合

Construction of calcium sulfate/bone marrow mesenchymal stem cells tissue-engineered bone for spinal fusion

PDF

可视化

被引次数

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表（结果） 4

参考文献

相关文章 15

引言

材料方法

讨论

文章快阅

延伸阅读

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	姚汝斌, 王仕永, 杨开舜. 微创经椎间孔椎间融合治疗单节段腰椎管狭窄症对腰椎-骨盆平衡的改善作用[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1387-1392.
[2]	梁彦, 赵永飞, 徐帅, 朱震奇, 王凯丰, 刘海鹰, 毛克亚. 影像学评估高选择性神经根封闭辅助退行性脊柱侧凸短节段固定融合的效果[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1423-1427.
[3]	吴训, 孟娟红, 张建运, 王亮. 浓缩生长因子修复兔髁突全层软骨损伤[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(8): 1166-1171.
[4]	王诗琦, 张金生. 中医药调控缺血缺氧微环境对骨髓间充质干细胞增殖、分化及衰老的影响[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(7): 1129-1134.
[5]	侯婧瑛, 于萌蕾, 郭天柱, 龙会宝, 吴浩. 缺氧预处理激活HIF-1α/MALAT1/VEGFA通路促进骨髓间充质干细胞生存和血管再生[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(7): 985-990.
[6]	梁学奇, 郭黎姣, 陈贺捷, 武杰, 孙雅琪, 邢稚坤, 邹海亮, 陈雪玲, 吴向未. 泡状棘球绦虫原头蚴抑制骨髓间充质干细胞向成纤维细胞的分化[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(7): 996-1001.
[7]	耿瑶, 尹志良, 李兴平, 肖东琴, 侯伟光. hsa-miRNA-223-3p调控人骨髓间充质干细胞成骨分化的作用[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(7): 1008-1013.
[8]	伦志刚, 金晶, 王添艳, 李爱民. 过氧化物还原酶6干预骨髓间充质干细胞增殖及体外向神经谱系诱导分化[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(7): 1014-1018.
[9]	朱雪芬, 黄成, 丁健, 戴永平, 刘元兵, 乐礼祥, 王亮亮, 杨建东. 胶质细胞神经营养因子诱导骨髓间充质干细胞向功能性神经元分化的机制[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(7): 1019-1025.
[10]	裴丽丽, 孙贵才, 王弟. 丹酚酸B抑制骨髓间充质干细胞氧化损伤及促进分化为心肌样细胞[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(7): 1032-1036.
[11]	刘正蓬, 王雅辉, 张义龙, 明颖, 孙志杰, 孙贺. 3D打印椎间融合器置入治疗脊髓型颈椎病：颈椎曲度及椎间高度恢复的半年随访[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(6): 849-853.
[12]	陈俊毅, 王宁, 彭称飞, 朱伦井, 段江涛, 王烨, 贝朝涌. 脱钙骨基质与慢病毒介导沉默P75神经营养因子受体转染骨髓间充质干细胞构建组织工程骨[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(4): 510-515.
[13]	李黎, 马力. 磁性壳聚糖微球固定化乳糖酶及其酶学性质[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(4): 576-581.
[14]	孙建威, 杨新明, 张瑛. 孟鲁司特联合骨髓间充质干细胞移植治疗脊髓损伤模型大鼠[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(25): 3962-3969.
[15]	张立书, 刘安琪, 何小宁, 金岩, 李蓓, 金钫. Alpl基因影响骨髓间充质干细胞治疗溃疡性结肠炎[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(25): 3970-3975.