组织工程化肌肉源性干细胞促进脊柱融合的实验研究

目前临床上脊柱融合的失败率较其他部位骨缺损修复要高得多，主要是由于脊柱提供的融合空间小，对移植物的血液供应少造成。近年来，通过组织工程的方法构建骨移植物为解决这一难题带来希望，而种子细胞一直是其中最重要的环节。最新的研究报道在骨骼肌中存在着多向分化潜能干细胞系。本项目组在前期的研究中也发现，这些细胞可以从肌肉组织中大量获得，与传统的骨髓间充质干细胞相比，分离提取方法简便，损伤小，且具有良好的增殖分化能力（碱性磷酸酶活性和矿化能力均高于骨髓间充质干细胞）。本项目拟采用这种新型的肌肉源性干细胞作为种子细胞，用携带BMP-2基因的慢病毒转染细胞后，与骨髓间充质干细胞相比较生物学特性及体外成骨分化的能力。再将这两种组织工程化的细胞移植到大鼠的脊柱融合模型中，比较两种细胞诱导脊柱融合的能力，同时分析肌肉源性干细胞诱导脊柱融合的机制，为将来的临床运用提供理论基础和实验依据。

下腰痛是骨科遇到的最常见的疾病之一。目前，脊柱融合术仍是对经保守治疗无效的下腰痛患者所采取的一种标准治疗方法，但存在着假关节发生率高，融合疗效不佳的问题。本项目组从大鼠肌肉组织中分离培养MDSCs，鉴定后传代，与从骨髓组织中分离培养的BMSCs相比较在增殖分化和成骨能力方面的生物学差异。 CCK-8检测显示MDSCs细胞活性更强，矿化结节染色后也有更多的结节形成。RT-PCR 检测显示两种细胞ALP、Osteocalcin和Osteopontin均有表达，但MDSCs表达量更高。再运用组织工程技术构建携带BMP-2基因的慢病毒载体，转染MDSCs后，与组织工程化的BMSCs相比较体外成骨的能力。研究结果也显示基因转染的MDSCs较基因转染的BMSCs可表达更多的ALP活性。项目组还建立大鼠脊柱融合模型，分别将两种组织工程化细胞移植入融合部位，通过融合部位成骨效果的生物力学、影像学及组织学的分析比较两者诱导脊柱融合的能力。研究发现手触力学检测到移植组织工程化的MDSCs和BMSCs的实验组全部达到骨性融合，这两组的X线评分也明显高于其他对照组。然而Micro-CT和组织学切片均显示MDSCs组的诱导产生的新骨骨量较BMSCs诱导产生的要更多。由此可见，组织工程化的MDSCs胞能够很好地诱导脊柱融合。相对于BMSCs而言，肌肉容易大量获得，对机体的损伤也小，在组织工程和基因治疗方面具有广阔的应用前景。