骨组织工程诱导性支架材料修复骨缺损

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2015.03.003

中国组织工程研究 ›› 2015, Vol. 19 ›› Issue (3): 340-346.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.2015.03.003

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骨组织工程诱导性支架材料修复骨缺损

唐俊杰^1，2，李文杰²，李根²，王九娜²，赵玲²，秦文²，赵红斌^1，2

¹甘肃农业大学生命科学技术学院，甘肃省兰州市 730070；²解放军兰州军区兰州总医院，甘肃省兰州市 730050

出版日期:2015-01-15 发布日期:2015-01-15
通讯作者: 赵红斌，副主任技师，解放军兰州军区兰州总医院骨科研究所，甘肃省兰州市 730050
作者简介:唐俊杰，女，黑龙江省哈尔滨市人，汉族，甘肃农业大学生命科学技术学院在读硕士，主要从事生物材料研究。
基金资助:
甘肃省科技重大专项项目(1203FKDA036)

Bone tissue engineering induced composite scaffolds for repair of bone defects

Tang Jun-jie^{1, 2}, Li Wen-jie², Li Gen², Wang Jiu-na², Zhao Ling², Qin Wen², Zhao Hong-bin^{1, 2}

¹College of Life Science and Technology, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, Gansu Province, China; ²Lanzhou General Hospital of Lanzhou Military Command, Lanzhou 730050, Gansu Province, China

Online:2015-01-15 Published:2015-01-15
Contact: Zhao Hong-bin, Associate chief technician, College of Life Science and Technology, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, Gansu Province, China; Lanzhou General Hospital of Lanzhou Military Command, Lanzhou 730050, Gansu Province, China
About author:Tang Jun-jie, Studying for master’s degree, College of Life Science and Technology, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, Gansu Province, China; Lanzhou General Hospital of Lanzhou Military Command, Lanzhou 730050, Gansu Province, China
Supported by:
the Major Science and Technology Project of Gansu Province, No. 1203FKDA036

摘要/Abstract

摘要：

背景：前期实验中发现载淫羊藿苷壳聚糖/胶原/聚己内酯/羟基磷灰石复合支架具有良好的物理和化学性质。

目的：研究载淫羊藿苷壳聚糖/胶原/聚己内酯/羟基磷灰石复合支架修复兔胫骨平台骨缺损的效果。

方法：利用静电纺丝技术制备胶原/聚己内酯/羟基磷灰石复合支架壳层，真空干燥法制备载淫羊藿苷壳聚糖微球/胶原支架芯层，将芯层嵌入壳层后利用京尼平交联构建载药复合支架。将载淫羊藿苷壳聚糖微球置入PBS中，观察药物缓释效果。将载药复合支架与大鼠骨髓间充质干细胞共培养7 d，观察细胞黏附效果。取青紫蓝兔15只，复制兔左侧胫骨缺损模型，随机分为3组，实验组于骨缺损处植入载药复合支架，对照组植入胶原/聚己内酯/羟基磷灰石复合支架，空白对照组不植入任何材料。术后4，12，24周行X射线观察、样本大体和组织学观察。

结果与结论：载药复合支架具有疏松多孔结构，利于骨髓间充质干细胞的黏附、增殖；壳聚糖微球体外缓释在72 h内保持19%释放量的良好缓释效果。术后24周，实验组材料完全被新生骨组织覆盖，硬度与正常骨相近，苏木精-伊红染色观察发现有骨小梁、骨细胞和成骨细胞，但缺损区骨密度低于正常骨组织；对照组材料被纤维组织包裹，苏木精-伊红染色显示有骨小梁、骨髓细胞和纤维组织；空白对照组呈凹陷愈合，但硬度低于正常骨组织，苏木精-伊红染色可见大量骨髓细胞和骨小梁。结果表明载药壳聚糖/胶原/聚己内酯/羟基磷灰石复合支架能有效修复兔骨缺损。

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

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关键词: 生物材料, 骨生物材料, 壳聚糖, 胶原, 聚己内酯, 羟基磷灰石, 骨缺损, 复合材料, 组织工程

Abstract:

BACKGROUND: In the early experiments, icariin chitosan/collagen/polycaprolactone/hydroxyapatite (CS/Col/PCL/HA) composite scaffold has good physical and chemical properties.

OBJECTIVE: To study the effect of CS/Col/PCL/HA composite scaffolds to repair bone defects of rabbit tibia platform.

METHODS: The outer of Col/PCL/HA composite scaffolds were prepared by electrospinning, and the core containing chitosan microspheres/collagen was made by vacuum freeze-drying process. Then the core was implanted into the outer to construct the drug-loading composite scaffold by genipin crosslinking. The microspheres carrying icariin chitosan were immersed into PBS to observe the slow-release effect. The composite scaffold was used to culture rat bone marrow mesenchymal stem cells for 7 days to observe cell adhesion. Fifteen chinchilla rabbits were taken to make the model of left tibia bone defect, and then randomly divided into three groups: CS/Col/PCL/HA composite scaffold group, Col/PCL/HA composite scaffold group, and blank control group with no materials. X-ray observation, gross observation, and histopathological observation were performed at 4, 12, 24 weeks after the surgery.

RESULTS AND CONCLUSION: The drug-loading composite scaffold had a porous structure that was conducive to cell adhesion and proliferation. Chitosan microspheres kept a 19% drug release within 72 hours in vitro. Twenty-four weeks after surgery, CS/Col/PCL/HA composite scaffolds were completely covered by the newly formed bone tissue, and the scaffold surfaces were smooth and had hardness close to normal bone tissue; hematoxylin-eosin staining showed bone trabecula, bone cells and osteoblasts, but X-ray images showed the bone mineral density in the defect area was slightly lower than that of the normal bone tissue. Col/PCL/HA composite scaffolds were wrapped up by fibrous tissue, and hematoxylin-eosin staining showed bone trabecula, bone marrow cells and dense fibrous tissue. In the blank control group, the hardness of defect areas was significantly lower than that of the normal bone and hematoxylin-eosin staining showed a large number of bone marrow cells and bone trabeculae. The experimental results showed that CS/Col/PCL/HA composite scaffold could repair rabbit bone defects effectively.

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

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Key words: Collagen, Chitosan, Hydroxyapatites

中图分类号:

R318

唐俊杰，李文杰，李根，王九娜，赵玲，秦文，赵红斌. 骨组织工程诱导性支架材料修复骨缺损[J]. 中国组织工程研究, 2015, 19(3): 340-346.

Tang Jun-jie, Li Wen-jie, Li Gen, Wang Jiu-na, Zhao Ling, Qin Wen, Zhao Hong-bin. Bone tissue engineering induced composite scaffolds for repair of bone defects[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2015, 19(3): 340-346.

图/表（结果） 6

2.1 壳聚糖淫羊藿苷微球体外缓释效果微球体外缓释结果显示，1-8 h时载药壳聚糖微球中淫羊藿苷释放量呈持续上升；8 h时达到最大缓释水平为22%；12-72 h时，趋于缓释水平，平均水平为19%，结果见图1。

2.2 扫描电镜观察结果未接种细胞的支架材料呈疏松多孔结构，利于细胞黏附、营养物质输入等；接种细胞7 d后，支架材料表面有大量的细胞黏附、增殖，细胞覆盖于材料表面并相互接触，表明材料对细胞无毒性作用，适合细胞在其表面上生长、增殖(图2)。

2.3 动物体内实验大体观察结果术后动物麻醉苏醒后饮食及日常行为活动正常，伤口愈合良好，无红肿和化脓等炎性反应。

实验组：术后4周取材可见材料与周围骨组织有纤维性连接并界限模糊，表面有结缔组织包裹；12周时有大量新生成的骨痂，并与缺损区紧密结合；24周时观察缺损区表面呈现光滑，有少量纤维组织包裹，材料完全被新生成的骨组织覆盖(图3)。

对照组：术后4周时材料表面有结缔组织包围并填充空隙；12周时材料被纤维组织覆盖并紧密结合，与周围骨组织连接紧密；24周时材料完全被结缔组织包裹并突出于胫骨平台表面(图3)。

空白对照组：术后24周缺损处呈现凹陷愈合，但硬度明显低于周围正常骨组织(图3)。

2.4 动物体内实验X射线检查结果

实验组：术后4周缺损区片区完整、质地均匀，密度明显低于周围正常骨组织，植入的支架材料与周围骨组织存在明显界限(图4A)；12周时缺损区密度较4周增加，支架材料与周围骨组织界限变得模糊(图4B)；24周时缺损处密度与正常骨组织相近，缺损范围缩小，且凹面与周围骨床在同一水平面(图4C)。

对照组：术后4周缺损处片区完整且质地均匀，缺损区密度明显低于周围骨组织(图4D)；12周缺损区密度较4周时有增加，支架材料与周围组织相融合(图4E)；24周缺损区密度较同组4周、12周时增加，但低于正常骨平面(图4F)。

空白对照组：术后4周缺损区密度明显低于周围正常骨组织，空腔与周围界限明显(图4G)；12周缺损区密度低于正常骨组织，一些纤维组织、血液、细胞填充其中，空腔明显(图4H)；24周密度略低于正常骨组织，空腔与周围有桥接(图4I)。

2.5 组织学观察结果

苏木精-伊红染色观察(图5)：①实验组：术后4周可见大量间充质细胞增生，材料芯层材料部分降解；术后12周可见新生的骨小梁(红色所示)，材料内层已大部分降解，有致密的纤维组织；术后24周骨小梁数目与12周相比明显增多，大量的间充质细胞、成骨细胞和少量骨细胞，材料支架芯层材料完全降解，外层材料部分降解。②对照组：术后4周可见稀疏的纤维组织；术后12周有致密的纤维组织和大量间充质细胞存在，少量新生的骨小梁；术后24周纤维组织和骨小梁较同组4周、12周时增多，材料芯层完全降解，材料外层少量降解。③空白对照组观察有少量的骨细胞和大量的间充质细胞，但骨小梁数量较少。

Masson染色观察(图6)：①实验组：术后4周可见大量细胞增生，材料芯层部分降解；术后12周材料中可见有骨小梁和胶原纤维组织形成(蓝色所示)；术后24周骨小梁和胶原纤维与对照组4周和12周比较明显增多，大量的间充质基质细胞、成骨细胞和骨细胞增生存在，材料芯层完全降解，材料外层部分降解。②对照组：术后4周可见致密的胶原纤维，为降解完全的材料芯层；术后12周少量片状的骨小梁和稀疏的纤维组织，剩余的材料芯层；术后24周骨小梁数目与12周时比较明显增多，材料芯层完全降解，但材料壳层部分降解。③空白对照组：骨小梁数目较少和大量的间充质细胞存在。

参考文献

[1]袁冰,韦卓.骨缺损修复的研究进展[J].生物骨科材料与临床研究, 2014,11(3):38-41.
[2]方志伟,李舒,樊征夫,等.异种骨和人工骨修复骨肿瘤性骨缺损[J].中国组织工程研究,2014,18(16):2468-2473.
[3]王小红,马建彪,王亦农,等.骨修复材料的研究进展[J].生物医学学杂志,2001,18(4):647-652.
[4]孙文晓,张海巷,韦卓,等.骨修复材料的研究应用现状与展望[J].生物骨科材料与临床研究,2009,6(3):35-40.
[5]刘博,贾全章.复合材料修复骨缺损的研究进展[J].吉林医学, 2013, 34(10):1919-1921.
[6]Sagar N,Pandey AK,Gurbani D,et al.In-Vivo Efficacy of Compliant 3D Nano-Composite in Critical-Size Bone DefectRepair: a Six Month Preclinical Study in Rabbit.PLoS One.2013;8(10):e77578.
[7]杨毅,毕鑫,李多玉,等.人工骨材料修复骨缺损:多种复合后的生物学与力学特征[J].中国组织工程研究,2014,18(16): 2582-2587.
[8]肖建德,熊建义,欧阳侃,等.纳米陶瓷人工骨修复骨缺损的实验研究[J].中华创伤骨科杂志,2006,8(11):1048-1052.
[9]王浩,张里程,石涛,等.胶原-羟基磷灰石-硫酸软骨素-骨形态发生蛋白骨修复材料的性质评估[J].北京大学学报:医学版,2011, 43(5):730-734.
[10]邢自宝,刘永刚,苏佳灿.骨缺损修复研究进展[J].临床医学工程, 2010,17(2):145-147.
[11]张建新,张展望,常峰.组织工程化人工骨修复骨缺损的实验研究[J].中国矫形外科杂志,2009,17(16):1258-1261.
[12]刘艳辉,谢利娜.淫羊藿在骨膜附加活性材料nHAC/PLA修复颌骨缺损中的影响[J].广州中医药大学学报,2014,31(5):791-794.
[13]赵红霞.载药壳聚糖/羟基磷灰石复合支架在骨组织工程中的研究进展[J].功能材料,2014,13(45):1306-1312.
[14]吴涛,徐俊昌,南开辉,等.淫羊藿苷促进羊骨髓间充质干细胞的增殖和成骨分化[J].中国组织工程研究与临床康复,2009,13(19): 3725-3729.
[15]贾亮亮,袁丁,王洪武,等.淫羊藿苷药理作用的研究进展[J].现代生物医学进展,2010,10(20):3976-3979.
[16]于波,杨久山,刘岩,等.淫羊藿苷对人成骨细胞的作用[J].中医正骨,2006,18(6):17-19.
[17]李恩中.组织工程研究的新策略-组织诱导性生物材料[J].生物医学工程学杂志,2009, 26(3):461-464.
[18]Rajangam T,An SS.Fibrinogen and fibrin based micro and nano scaffolds incorporated with drugs, proteins, cells and genes for therapeutic biomedical applications.Int J Nanomedicine.2013;8:3641-3662.
[19]朱美忠,李晓斌,陈滔.纳米羟基磷灰石/聚酰胺66复合生物活性人工骨在肢体骨缺损应用87例[J].创伤外科杂志,2014,16(1): 29-31.
[20]王大平,熊建义,朱伟民,等.纳米羟基磷灰石人工骨在骨缺损修复中的临床应用研究[J].中国临床解剖学杂志,2014,32(2): 670-673.
[21]Mok SK,Chen WF,Lai WP,et al.Icariin protects against bone loss induced by oestrogen deficiency and activates oestrogen receptor-dependent osteoblastic functions inUMR 106 cells. Br J Pharmacol.2010;159(4):939-949.
[22]Li XF, Xu H, Zhao YJ,et al.Icariin Augments Bone Formation and Reverses the Phen-otypes of Osteoprotegerin-Deficient Mice through the Activation of Wnt/β-Catenin-BMP Signaling. Evid Based Complement Alternat Med. 2013;2013:652317.
[23]殷晓雪,陈仲强,党耕町,等.淫羊藿苷对人成骨细胞增殖与分化的影响[J].中国中药杂志,2005, 30(4):289-291.
[24]郭海玲,赵咏芳,王翔,等.淫羊藿苷对人成骨细胞增殖及OPG蛋白表达的实验研究[J].中国骨伤,2011,24(7):585-588.
[25]Xue L,Jiao L,Wang Y,et al.Effects and interaction of icariin, curculigoside, and berberine in er-xian decoction, a traditional chinese medicinal formula, on osteoclastic bone resorption. Evid Based Complement Alternat Med. 2012;2012:490843.

引言

骨损伤和骨缺损临床上十分常见，目前一般采用自体骨或异体骨移植修复治疗^[1-3]。虽然自体骨移植的修复效果优于异体骨移植，但由于自体骨的来源十分有限，而且对自体骨移植还会造成供骨区新的损伤，严重制约了其在临床的广泛应用^[3-5]。异体骨移植来源相对广泛，但其可能会与机体存在一定会的免疫排斥反应，还有可能携带一些病原体，引起机体疾病的发生，造成机体一定的损伤^[6-7]。基于上述原因，对良好骨损伤修复材料的需求是迫切的。近年来，对骨替代物的寻找集中于人工骨修复材料，例如金属材料、生物陶瓷、天然高分子材料等，但随着研究发现这些材料在生物相容性、生物降解性、诱导成骨性和生物机械强度方面有着不同程度的缺陷^[8-11]。

近年来，随着组织工程技术的不断进步，构建具有组织诱导性的骨修复材料已成为研究热点，但利用骨生长相关因子构建组织诱导性骨修复材料，存在生长因子缓释效果不理想、易降解等不足。在骨再生研究进程中，许多国内外学者的研究方向转向传统中草药，介于传统中草药中有效成分对骨再生的促进作用，已成为现代研究领域的热点。淫羊藿，又称仙灵脾，是中国传统的药用植物^[12-14]。淫羊藿苷是淫羊藿的主要活性成分，具有促进成骨细胞成骨、加速成骨细胞碱性磷酸酶分泌、促进骨骼钙化和骨形成等作用^[15-16]。

本实验利用静电纺丝技术、真空干燥法和京尼平交联共同构建的载淫羊藿苷壳聚糖/胶原/聚己内酯/羟基磷灰石(chitosan/collagen/polycaprolactone/hydroxyapatite，CS/ Col/PCL/HA)复合支架材料，植入兔胫骨平台骨缺损模型中，通过对兔的大体观察、影像学检查及组织学观察，评价材料对骨缺损修复的效果，有望构建具有自主知识产权的新型骨修复材料。

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
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材料方法

设计：随机分组动物体内实验。

时间及地点：于2013年9月至2014年7月在解放军兰州军区兰州总医院骨研所完成。

材料：

实验动物：清洁级4月龄雄性青紫蓝兔15只，由兰州生物制品研究所提供，许可证号：(甘)SYXK2007-002，体质量2.0-2.5 kg。3月龄清洁级雄性Wistar大鼠，体质量120 g，由解放军兰州军区兰州总医院动物实验科提供，许可证号：SYXK(甘)2011-0001。在实验手术操作过程中，均遵循动物伦理学精神要求。

实验材料：载药CS/Col/PCL/HA复合支架和Col/PCL/HA复合材料支架由本实验室自行提供，材料规格为9 mm×5 mm，⁶⁰Co灭菌后备用。

实验方法：

载药CS/Col/PCL/HA复合支架的制备：

制备壳聚糖载药微球：先将250 mg壳聚糖溶于10 mL 2%乙酸溶液中，再加入40 mg淫羊藿苷混匀，室温下以 5 mL/h的速度逐滴滴入搅拌速度450 r/min的100 mL含2% Span-80的石蜡油中，将25 mL 5%三聚磷酸盐逐滴滴入上述混合液中，450 r/min搅拌至形成稳定的微球颗粒，静止1 h后弃上清，2 000 r/min离心30 min，石油醚20 mL/次洗涤3次，异丙醇20 mL洗涤3次，-20 ℃冷冻2 h后，置于-80 ℃冷冻24 h，最后真空冷冻干燥12 h，密封备用。

构建壳层：将羟基磷灰石0.1 g、聚己内酯0.3 g和胶原蛋白0.3 g与10 mL六氟异丙醇混溶，按电纺条件：电压15 kV，接收距离12 cm，速度1 mL/h，电纺20 mL，接收轴0.5 cm，进行电纺，壳层厚度0.7-0.8 mm，密封备用。

构建芯层：将载药微球3 mg加入到40 g胶原蛋白中，混均后置于特制模具中，-80 ℃冷冻2 h后置于真空冷冻干燥6 h，密封备用。将芯层装入壳层，置于1%京尼平37 ℃交联1 h，0.01 mol/L PBS清洗3次，-20 ℃冷冻2 h，真空冷冻干燥6 h，以直径9 mm×长度5 mm的规格剪裁，密封后⁶⁰Co灭菌备用。

载药壳聚糖淫羊藿苷微球体外缓释效果：称取30 mg壳聚糖淫羊藿苷微球加入10 mL 0.01 mol/L PBS中，置于37 ℃恒温调速平板摇床中，分别于1，2，4，8，12，24，48，72 h取1 mL缓释液保存待测，并补回1 mL PBS，待所有时间点取样完毕，利用酶标仪检测缓释液在270 nm处的吸光度。

载药CS/Col/PCL/HA复合支架与间充质干细胞复合培养：取Wistar大鼠的股骨和胫骨，以装有含体积分数10%胎牛血清的DMEN/F12完全培养基的10 mL注射器反复冲洗，使其中的骨髓混入直径60 mm培养皿中，经细胞筛分离1次后，置于37 ℃、体积分数5%CO₂饱和湿度的培养箱中培养，待骨髓间充质干细胞达到90%融合时用2.5 g/L的胰蛋白酶消化传代培养，传至第3代时备用。将灭菌后的复合支架浸入DMEM/F12培养基24 h后弃残液，将第3代达到90%融合的骨髓间充质干细胞用2.5 g/L胰蛋白酶消化，按每个支架1×10⁹L^-1的浓度接种，加入10%DMEM/F12完全培养基培养，放入37 ℃、体积分数5%CO₂的恒温培养箱培养，每3 d更换1次新液。7 d后，取样2.5%戊二醛固定，梯度乙醇脱水，真空干燥后喷金，扫描电镜镜下观察。

建立动物骨缺损模型：取15只青紫蓝兔，术前6 h禁食饮，3%戊巴比妥钠通过兔耳缘静脉注射麻醉。在其麻醉妥当后，使兔仰卧固定其四肢，防止术中挣扎，并充分暴露其左后肢，利于后续手术操作。备皮，碘伏消毒，在胫骨平台位置切开皮肤，逐层切开充分暴露，取消毒的电钻(瑞奥，RA-I型骨钻A)在暴露的胫骨平台位置钻规格 9 mm×5 mm的孔洞，随机分为3组，按照预先设计植入灭菌载药CS/Col/PCL/HA复合支架的作为实验组(n=6)，植入Col/PCL/HA复合材料的作为对照组(n=6)，空白对照组不植入任何材料(n=3)。植入材料后，逐层缝合伤口，碘伏涂抹伤口，利用消毒灭菌的纱布、绷带包扎固定伤口。术后连续3 d，肌肉注射40×10⁴U青霉素以防感染，单笼喂养并给予充分食物和饮水。

术后4，12，24 周分别处死实验兔实验组2只、对照组2只、空白对照组1只，分别进行X射线(GE，DR-F)检查，观察骨缺损区情况，取材大体观察及组织学观察。

主要观察指标：

壳聚糖微球体外缓释效果：利用酶标仪检测缓释液在270 nm处不同时间点的吸光度，计算药物的缓释量并绘制药物缓释曲线图。

扫描电镜观察：观察未接种细胞的交联支架材料的表面结构情况，接种细胞的交联支架材料表面是否有细胞黏附。

大体观察：术后定期观察实验兔伤口愈合程度、有无红肿或感染，其饮食和活动情况。术后24周采用空气栓塞法处死实验兔，观察骨缺损出植入材料与周围组织的结合情况。

影像学观察：术后4，12，24 周对实验动物进行X射线拍摄检查，观察其骨痂生长情况。大体观察植入材料在实验动物体内修复骨缺损的情况、与周围组织的相容性及支架吸收降解程度。

组织学观察：X射线摄片后，将动物以空气栓塞法处死，找到手术区，切取实验区部位组织，体积分数4%甲醛常温固定3 d，标本常规脱钙、脱水、包埋、切片，进行苏木精-伊红及Masson染色，常规步骤后，光学显微镜镜下观察。

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

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讨论

组织诱导性生物材料是指可直接诱导有生命的组织再生长的新型生物材料^[17]，其核心内容就是：通过优化材料的组成、结构、材料行为，尽可能模拟细胞外基质的特征，有利于细胞的黏附、生长、增殖和迁移；同时材料中复合的生长因子等活性物质，能实现最佳的组合、缓释并发挥最佳的生物学功能，创造促进细胞分化、材料与细胞和宿主相互作用以及组织形成的理想微环境，是实现具有主动修复功能和“可调控生物响应特性”材料的关键所在^[18]。基于以上要求，构建具有组织诱导性骨修复材料具有重要的临床应用价值。

本实验利用高压静电电纺技术构建Col/PCL/HA作为支架材料的壳层，通过电纺形成纳米纤维，形成的微孔有利于机体营养和代谢物的交换，同时Col/PCL/HA复合材料中胶原和羟基磷灰石是骨基质的天然成分，尤其是复合一定量羟基磷灰石一方面能增加材料的力学强度，另一方面羟基磷灰石本身具有骨诱导功能，有利于骨组织形成^[19-20]。利用淫羊藿苷具有促进成骨细胞增殖和分化，抑制破骨细胞的骨吸收作用^[21-25]，制备包被淫羊藿苷的壳聚糖微球并与胶原蛋白混合，通过京尼平适度交联构建支架材料的芯层，其目的在于通过微球缓释淫羊藿苷，促进骨髓内源性间充质干细胞向成骨细胞定向分化，形成具有骨组织诱导性功能的生物材料，加速骨组织形成，有效促进骨缺损修复。

本实验结果表明，制备的载淫羊藿苷壳聚糖微球具有良好的药物缓释效果，微球在缓释早期存在突释现象，12 h后实现了药物的缓释效果，大多数微球缓释中均存在突释现象，其主要原因在于制备微球过程中微球表面存在一定量的药物所致；扫描电镜观察材料芯层表面呈疏松多孔结构，有利于细胞黏附、增殖；细胞和材料复合培养结果显示，细胞能在材料中生长、增殖，表明材料对细胞无毒性并适宜细胞生长。以上实验结果表明，材料具有良好的组织相容性、多孔性和无毒副作用，达到组织工程支架材料的要求。

动物实验结果显示，构建的载药CS/Col/PCL/HA复合支架能有效修复骨缺损。植入支架材料1周内观察，实验组兔创口处无红肿和感染现象发生，并开始愈合；2周后实验兔创口处基本愈合且无动物死亡，说明支架材料对实验兔无毒性作用，表明材料具有良好的生物组织相容性。X射线结果显示，随着时间的延长实验组缺损处骨密度明显高于对照组和空白对照组，且与周围骨组织结合良好，表明构建的支架材料具有骨诱导性和成骨性。组织学结果显示，术后4周时实验组和对照组材料中无炎性细胞浸润，主要为骨髓基质细胞，提示该支架材料具有良好的组织相容性；随着时间的延长实验组骨小梁形成的数目和胶原纤维组织形成的疏密度明显高于对照组和空白对照组，材料壳层逐步降解且有骨细胞浸润和骨组织形成；Masson染色结果显示，实验组骨小梁形成的数目和胶原纤维组织量明显高于对照组和空白对照组。上述结果提示，载药CS/Col/PCL/HA复合支架材料与无载药支架材料比较具有明显的成骨性和骨缺损修复功能，其原因在于材料中载荷淫羊藿苷发挥着重要的作用，随着芯层材料的逐步降解能有效暴露微球，通过微球缓释淫羊藿苷有效促进骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化，促进并加速骨愈合和骨缺损修复。

综上所述，本实验构建的载药CS/Col/PCL/HA复合支架材料具有良好的生物相容性、多孔性和成骨作用，实现了具有组织诱导性功能的材料，通过今后不断地改进有望形成具有自主知识产权的骨修复材料，以期早日应用于临床研究和评价。

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
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骨组织工程诱导性支架材料修复骨缺损

Bone tissue engineering induced composite scaffolds for repair of bone defects

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[1]	张同同, 王中华, 文杰, 宋玉鑫, 刘林. 3D打印模型在颈椎肿瘤手术切除与重建中的应用[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1335-1339.
[2]	申晋波, 张林. 急性力竭运动导致大鼠跟腱微损伤的超微结构变化及机制[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(8): 1190-1195.
[3]	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.
[4]	段丽芸, 曹晓沧. 人胎盘间充质干细胞来源细胞外囊泡调节肠炎小鼠肠黏膜胶原的沉积[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(7): 1026-1031.
[5]	曾燕华, 郝延磊. 许旺细胞体外培养及纯化的系统性综述[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(7): 1135-1141.
[6]	化昊天, 赵文宇, 张磊, 白文博, 王新卫. 抗生素人工骨治疗慢性骨髓炎疗效和安全性的Meta分析[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(6): 970-976.
[7]	张宾, 孙丽华, 张俊花, 刘玉三, 崔彩云. 改良翻瓣即刻种植有利于上颌前牙区的软硬组织重建[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(5): 707-712.
[8]	徐东紫, 张婷, 欧阳昭连. 心脏组织工程领域全球专利竞争态势分析[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(5): 807-812.
[9]	李晨杰, 吕林蔚, 宋阳, 刘静娜, 张春秋. 预紧力作用下钛合金人工假体界面骨小梁形态参数测量与统计分析[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(4): 516-520.
[10]	刘江锋. 纳米羟基磷灰石/聚酰胺66复合材料联合锁定钢板治疗股骨骨纤维异常增殖症[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(4): 542-547.
[11]	吴子健, 胡昭端, 谢有琼, 王峰, 李佳, 李柏村, 蔡国伟, 彭锐. 3D打印技术与骨组织工程研究文献计量及研究热点可视化分析[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(4): 564-569.
[12]	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.
[13]	常文辽, 赵杰, 孙晓亮, 王锟, 吴国锋, 周剑, 李树祥, 孙晗. 人工骨膜的材料选择、理论设计及生物仿生功能[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(4): 600-606.
[14]	刘旒, 周箐竹, 龚桌, 刘博言, 杨斌, 赵娴. 胶原/无机材料构建组织工程骨的特点及制造技术[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(4): 607-613.
[15]	刘飞, 崔宇韬, 刘贺. 局部抗生素递送系统治疗骨髓炎的优势与问题[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(4): 614-620.