利用脱钙骨基质为支架的组织工程盂唇重建髋臼盂唇的实验研究

Injury of the acetabular labrum has drawn more and more attention along with the development of the hip arthroscopy. Injury to the labrum will damage the “seal effect” of the labrum, and gradually lead to the osteoarthritis of the joint. If the injury of the labrum was too severe to be repaired, resection or reconstruction of the labrum with soft tissue was utilized, although the latter method had gained good short-term clinical outcome but the anatomic pattern and biomechanical properties were far from the normal. We hope to find a way to reconstruct the labrum close to the native labrum tissue. So in this study we want to use the “scaffold” of the decalcified bone matrix, “seed cells” of the mesenchymal stem cells and BMP4 stimulation to construct the tissue engineering acetabular labrum, and using this engineering labrum to reconstruct the labrum in miniature pig model. And to study the followed remodeling process, the histologic and biomechanical change of the graft to determine the feasibility and the advantages of this engineering labrum, also to provide the theoretical and experimental basis for the future study of the acetabular labrum repairing.

随着髋关节镜微创技术的发展，髋臼盂唇损伤越来越多的引起人们重视，盂唇损伤后会破坏关节盂的密封效应，从而继发关节退变并最终发展为骨性关节炎。对于严重无法缝合的盂唇损伤目前的主要处理方法除了切除，还可以利用软组织结构来重建盂唇。虽然取得了一定效果，但重建的盂唇还是很难恢复正常盂唇的解剖和生物力学性能。我们希望能找到方法重建出尽量接近正常结构的盂唇。本研究就是以脱钙骨基质作为生物支架，骨髓间充质细胞作为种子细胞，并在体外通过BMP4细胞因子刺激下转化成纤维软骨样细胞，构建组织工程盂唇；构建小型猪动物模型，将负荷细胞的脱钙骨基质作为生物材料重建髋臼盂唇，对髋臼盂唇重建的愈后、转化、相应的生物力学变化进行研究。从而确立组织工程盂唇的可行性和优越性，也为今后髋关节盂唇损伤修复提供相关的理论及实验基础。

髋关节发育不良(developmental dysplasia of the hip，DDH)，由于髋臼对股骨头的覆盖异常，关节间压力增大，容易继发髋关节骨性关节炎。髋臼加盖术作为一种经典的术式，可以避免截骨造成的一系列问题，但是髋臼加盖术对患者创伤较大，并且存在取骨区疼痛、出血、感染、取骨量有限等不足。如果能构建组织工程髋臼盂唇，诱导盂唇成骨分化，实现“髋臼加盖”，可以极大的减少手术创伤，克服髋臼加盖术的缺陷，具有重要的临床意义。.我们通过静电纺丝技术制备聚乳酸-聚乙二醇（PELA）电纺丝支架，构建一种能原位递送生长因子的载药系统，电纺丝支架包裹自体肌腱修复髋臼缺损，并在组织修复过程中起到成骨分化作用。通过静电纺丝技术制备电纺丝，对PELA电纺丝的表面结构、理化性能进行分析。研究材料的BMP-2的释放动力学特点，体外实验检测电纺丝材料的生物相容性、体外诱导成骨能力。将18只小型猪动物模型分成三组，单侧进行手术，分别用单纯肌腱、电纺丝包裹肌腱、电纺丝结合BMP-2包裹肌腱，修复髋臼缺损。术后24周取材，对重建髋臼组织进行分子生物学、组织学和生物力学评估。.研究结果发现，PELA电纺纤维的直径为0.8195±0.16微米。PELA电纺丝材料显示出良好的亲水性和生物相容性，并且可以在27天内连续释放BMP-2：从支架释放16.07±0.11 ng BMP-2。细胞培养7天、14天，BMP-2结合电纺丝组的ALP含量提高，BMP-2表达上升。体内实验24周时，共有16个植入物完全填补了缺损，苏木精和曙红（HE）染色以及Goldners三色染色表明，单纯肌腱组（T组）主要为成纤维组织，聚多巴胺涂层电纺丝组（DP）中观察到大量成纤维细胞和少量软骨细胞。聚多巴胺涂层电纺丝加BMP-2组（DPB）显示有大量软骨细胞和部分新生骨组织。分子生物学和免疫组化结果表明，在BMP-2结合纳米电纺丝的移植物中，BMP-2、COL1、COL2及COL3的表达均有明显提高。生物力学结构表明重建后盂唇具有良好的拉伸及压缩性能。因此，PELA纳米电纺丝是良好的缓释载体，可以将BMP-2持续释放到髋臼缺损部位，有效促进组织愈合及一定程度的成骨分化，一定程度上恢复盂唇生物力学性能。