新型组织工程椎间盘的体外构建及生物学性能研究  

In vitro construction and biological properties of new tissue-engineered intervertebral discs

作　　者：庄颖[1] 陈建明[1] 张成程[1] 李占清[1] 杨萌[1] 李长青[2] 黄博[2] 周跃[2] 

机构地区：[1]解放军第五十九医院脊柱外科,开远661600 [2]第三军医大学新桥医院骨科

出　　处：《中华创伤杂志》2015年第8期738-742,共5页Chinese Journal of Trauma

基　　金：国家自然科学基金资助项目（81071496、81071498）

摘　　要：目的探讨构建组织工程椎间盘的可行性及其生物学性能。方法利用组织工程技术构建复合椎间盘。将纤维环和髓核细胞分别接种到复合椎间盘的相应区域；然后将复合椎间盘植入裸鼠背部皮下，分别于植入后4，12周进行大体、组织形态学观察，检测复合椎间盘纤维环和髓核区域羟脯氨酸（Hyp）、糖胺聚糖（GAG）、DNA含量及生物力学性能。结果构建的复合椎间盘大体形态与正常椎间盘组织相似。HE、番红O组织染色显示，复合椎间盘细胞具有分泌细胞外基质的功能，有进展性组织形成，同时纤维环和髓核区域得到良好的整合。扫描电镜显示，复合椎间盘纤维环和髓核区域均有丰富的新生细胞外基质形成。纤维环区域Hyp含量植入前、植入后4，12周分别为（7．1±2．3）μg／mg、（10．1±1．1）μg／mg、（12．6±2．1）μg/mg（P〈0．05），髓核区域Hyp含量分别为（5．9±2．5）μg／mg、（6．6±2．0）μg/mg、（12．5±3．3）μg/mg（P〈0．05）；纤维环区域GAG含量分别为（3．3±1．3）μg／mg、（10．9±2．7）μg/mg、（12．4±3．7）μg／mg（P〈0．05），髓核区域分别为（13．4±1．7）μg/mg、（18．4±2．5）μg/mg、（22．7±3．6）μg/mg（P〈0．05）；纤维环区域DNA含量分别为（52．2±5．8）ng／mg、（99．7±17．0）ng／mg、（149．5±12．0）ng／mg（P〈0．05），髓核区域DNA含量分别为（66．5±9．2）ng／mg、（148．6±9．8）ng／mg、（187．6±16．6）ng／mg（P〈0．05）。植入后12周，最大载荷、抗压强度、屈服强度及弹性模量与植入前比较差异有统计学意义（P〈0．05）。各时相点生物力学指标均显著低于正常椎间盘（P〈0．05）。结论组织工程复合椎间盘具有与正常椎间盘相似的组织形态和生物学特性，为组织工程椎间盘的临床应用提供了一种可能。Objective To construct a novel tissue-engineered intervertebral disc complex and investigate the biological properties of the complex. Methods By the technique of tissue engineering, the anulus fibrosus scaffolds and nucleus pulposus cells were seeded in corresponding regions in the composite intervertebral discs. Then, the cell-scaffold hybrids were implanted in the subcutaneous space of the dorsum of athymie mice. At 4, 8, and 12 weeks after implantation, gross observation and histological morphology were performed and hydroxyproline, glycosaminoglycan, DNA content and biochemical properties were evaluated. Results Gross morphology and histology of the engineered discs resembled those of native intervertebral discs. Morphological studies revealed progressive tissue formation and junction integration between anulus fibrosus and nucleus pulposus cells. Scanning microscopy showed new extracellular matrix was rich in anulus fibrosus and nucleus pulposus ceils. Content of hydroxyproline in anulus fibrosus and nucleus pulposus cells increased with time, i.e. before the implantation [ （7.1 ± 2.3） μg/mg, （5.9 ±2.5） μg/mg], at g weeks [ （10. 1 ± 1. 1） μg,/mg, （6.6 ±2.0） μg/mg] and at 12 weeks [ （ 12.6 ± 2.1 ） μg/mg, （ 12. 5 ± 3.3 ） μg/mg] （P 〈 0. 05 ）. Content of proteoglycan and DNA showed similar variation trends, i.e. in anulus fibrosus [ （3.3 ±1.3 ） μg/mg, （ 10. 9 ± 2.7 ） μg/mg, （ 12. 4 ± 3.7 ） μg/mg ; （52.2 ± 5.8 ） ng/mg, （ 99.7 ± 17.0 ） ng/mg, （ 149.5 ± 12.0 ） ng/mg respectively ], in nucleus pulposus cells [ （ 13.4 ± 1.7 ） μg/mg, （ 18.4 ± 2.5 ） μg/mg, （ 22.7 ± 3.6 ） μg/mg ; （ 66.5 ± 9. 2） ng/mg, （ 148.6 ± 9.8 ） ng/mg, （ 187.6 ± 16.6） ng/mg respectively ] （ P 〈 0. 05 ）. At 12 weeks, the maximum loads, compressive strength, yield strength and elastic modulus differed significantly from those before implantation （P 〈 0. 05 ）. Biomechanical markers of the composite were substantially lowered with ti

关 键 词：椎间盘 组织工程 纤维环 

分 类 号：R687.3[医药卫生—骨科学] R318.08[医药卫生—外科学]