梯度纳米支架复合骨髓干细胞构建组织工程化骨软骨

软骨损伤以及骨性关节炎目前已成为世界性疾病，现有治疗模式临床效果差，亟需研究开发新型关节软骨缺损治疗技术。本课题以骨髓基质干细胞（BMSCs）为种子细胞，采用静电纺丝技术制造含纳米羟基磷灰石（HA），I、II型胶原及乙交酯丙交酯共聚物（PLGA）的梯度纳米纤维支架，结合支架折叠技术实现种子细胞的均匀接种和三维结构构建。在组织工程支架设计中提出"生物势"和"梯度"概念，通过调控支架的组成、分布，结合诱导因子为BMSCs提供差异化诱导环境，实现软骨组织与骨组织的同步构建，重建一种经济、有效的组织工程化功能型骨软骨，使之具备与关节软骨相似的结构和性能。选择兔作为动物模型行体内植入，将传统的组织工程软骨修复时植入物与受区界面由软骨- - 骨界面转变为骨- - 骨界面，使界面整合更快更牢固，达到理想的修复效果。研究成果对于解决关节软骨创伤的修复、退行性病变等具有重要的学术价值和临床意义。

课题围绕关节软骨的组织工程构建技术展开研究，采用静电纺丝技术，从支架的化学组成、构造、细胞因子复合特征等层面出发，通过模拟关节软骨的结构，设计制造一种含有梯度化学组成的三维支架，以骨髓基质干细胞作为种子细胞，经体外诱导培养和体内植入构建骨软骨，进行关节软骨缺损修复。在以下领域取得了初步成果。.成功制造微米和纳米支架，通过控制纳米羟基磷灰石与PLGA 的混合比例，以及引入Ⅰ、Ⅱ型胶原，在纤维沉积过程中，形成纳米HAp，Zein、HA、Ⅰ、Ⅱ胶原复合纤维，纤维直径，支架孔洞参数以及细胞因子浓度成梯度分布的PLGA/Zein/HAp/Collagen I 复合成骨支架及PLGA/HA/Collagen II 复合成软骨支架。其中微米纤维作为支架的力学支撑，纳米纤维模拟细胞外基质结构。通过控制支架材料的组成和结构，结合牺牲纤维技术，制备适合关节软骨构建的支架。.采用自体骨髓基质干细胞作为种子细胞接种于纳米HAp/Zein/Collagen I、HA/Collagen I I型胶原梯度复合支架，再把细胞/支架复合物移植于兔膝关节内作原位移植，系统研究在生理应力和内环境各种因素的作用下以及支架两端HAp、Zein和Collagen I、HA和CollagenII 型胶原能诱导BMSCs分别向骨、软骨细胞分化重建骨软骨并恢复功能的可行性及相关影响因素。研究结果表明梯度支架可实现BMSCs的分化行为的差异，结合条件培养液，进行体外诱导分化后再与梯度支架共同作用，可促进BMSCs分别实现成骨与成软骨分化。动物实验的结果表明静电纺丝技术构建的多孔支架与BMSCs复合后植入后8周能够与关节软骨缺损形成牢固的骨性结合，表层形成类软骨组织，动物活动能力正常，为将其推广应用到临床奠定基础。.就静电纺丝复合骨软骨纳米梯度支架的构建及评价，BMSCs在电纺支架上诱导成骨/软骨实验研究，BMSCs/电纺支架复合体对兔关节软骨全层缺损修复，支架化学梯度生物学梯度和力学梯度环境对软骨层次结构形成的影响等内容发表研究成果。.设计了静电纺丝薄膜支架平面接种后折叠及牺牲纤维制孔法构建三维组织复合体技术，并申请国家发明专利。自行研究制造一台转鼓式静电纺丝设备，并已申请国家发明专利，可实现高效率纺制纳米微米纤维，用于制备组织工程支架。