仿生学组织工程软骨终板构建及完整组织工程椎间盘体外组装

针对椎间盘退行性变疾病晚期生物治疗的需要，我们提出一种仿生学"完整组织工程椎间盘"构建策略。组织工程化软骨终板是"完整组织工程椎间盘"构建计划的必需环节。在前期的研究中，我们已经相继进行了仿生学组织工程纤维环和髓核的构建。本研究拟以软骨终板最主要的细胞外基质衍生物II型胶原、透明质酸和硫酸软骨素为原料，利用静电纺丝技术制备出符合软骨终板解剖生理结构的三元多孔支架；然后将iPS干细胞诱导分化的"软骨样细胞"种植在这种仿生学支架上，在经过体外培养和体内外生物学功能检测后，最终形成具有生物学功能的组织工程软骨终板；最后，在体外完成组织工程纤维环、髓核和软骨终板的组装，经过体外培养促进三者的融合，以及体内外生物学和生物力学特性检测验证后，获得具有完整结构与生物学功能的仿生学组织工程椎间盘。该计划的完成有望为椎间盘退行性变疾病晚期需要进行椎间盘置换的患者的临床治疗带来新的希望。

针对椎间盘退行性变疾病晚期生物治疗的需要，我们提出一种仿生学“完整组织工程椎间盘”构建策略。本研究首先成功的利用静电纺丝技术制备出胶原-透明质酸-硫酸软骨支架，该支架无论是宏观尺寸、形状，微观孔隙率还是组成成分都符合天然软骨终板生理结构。同时，在体外将iPS干细胞诱导分化为“软骨样细胞”，并通过相关鉴定验证细胞属性。将该“软骨样细胞”种植到三元支架上，细胞在支架上可以较好的粘附增殖，并分泌相应的细胞外基质。该支架植入到小鼠皮下培养后未见明显炎症细胞，表现出良好的生物相容性。然后，研究者利用聚（丁二酸对苯二甲酸丁二醇酯）（Poly (butylene succinate-co-terephthalate)，PBST）为外纤维环，PBST纺丝获得的纤维膜为内纤维环，前期实验所得的壳聚糖水凝胶为髓核以及本实验所得软骨终板构建完整组织工程椎间盘。该椎间盘种植细胞后，在裸鼠体内培养4w后植入到新西兰大白兔体内。X光和CT检查结果表明，该完整组织工程椎间盘能在一定程度上起到维持椎间隙高度，连接相邻椎体的功能；分子生物学实验结果表明，该椎间盘具有一定的生物学功能，能分泌细胞外基质；力学测试结果表明，该椎间盘力学性能良好，与正常的椎间盘力学性能相似。动物实验的数据表明，我们在体外初步构建出了一个具有一定生物学功能和力学性能的“完整组织工程椎间盘”。该项目的完成有望为椎间盘退行性变疾病晚期需要进行椎间盘置换的患者的临床治疗带来新的希望。