可控性多孔贯通微流控骨组织支架的应用基础研究

组织工程化骨的关键是寻求生物相容性好、能降解并有一定力学强度的支架及种植具有成骨能力的活性细胞。本项目在前期设计的具有良好生物相容性和力学性能的磷酸钙骨水泥/纤维蛋白胶复合支架的基础上,拟运用静电纺丝和溶剂浇铸/粒子沥滤法相结合的工艺及微流控技术，制备可调控微观结构的多孔贯通微流控骨支架材料，并对其理化性能进行表征；将基因修饰的兔骨髓间充质干细胞序贯种植于不同微观结构的多孔贯通微流控骨支架，进行脉动生物反应器预适应处理，探索支架孔隙率及孔径对种植细胞成骨能力的影响规律，研究其体外构建组织工程化骨的能力。本研究围绕支架材料生物降解与力学强度降低的矛盾，紧扣材料表面修饰及微观结构调控的新思路，研究骨支架材料的成骨能力和力学强度相平衡的关键问题，这既为磷酸钙骨水泥表面修饰的研究及其应用范围的拓宽提供新策略，又为多孔贯通微流控骨支架的个体化应用提供科学数据，具有潜在的经济效益和实用价值。

骨缺损是临床常见的病症。利用骨组织工程方法修复骨缺损，支架材料的选择是关键，其难点是寻求生物降解适宜，以利成骨活性细胞的种植及骨组织的长入的骨支架。本项目在前期设计的具有良好生物相容性和力学性能的磷酸钙骨水泥(Calcium phosphate cement, CPC)/纤维蛋白胶(Fibrin glue, FG )复合材料的基础上,拟用基因修饰的兔骨髓间充质干细胞(Bone mesenchymal stem cells, BMSCs)序贯种植于骨支架，进行脉动生物反应器预适应处理，探索通过FG掺合，表面改性后的CPC对种植细胞的影响规律及作用机制。评估其体外构建组织工程化骨的能力。. 通过BMSCs的分离、培养、扩增，体外诱导及鉴定分化细胞的生物学特性及功能，建立了BMSCs向成骨细胞分化的培养体系；用携带外源性目的基因（(Bone morphogenetic protein-2, BMP-2）的腺病毒感染兔BMSCs，观察感染前后BMSCs形态及生长周期的变化，利用PCR、免疫组织化学染色及Western blot等鉴定重组腺病毒目的基因的表达情况及BMSCs的成骨诱导分化情况，证实了BMSCs的BMP-2的基因修饰是促使其向成骨细胞分化的有效方法；通过骨支架材料与基因修饰BMSCs的共同培养，在体外构建了组织工程化骨，通过组织染色、电镜观察、骨钙素（Osteocalcin，OCN）分泌检测等方法，了解细胞在支架材料上粘附、生长及合成、分泌骨基质的情况，分析CPC对细胞增殖分化的影响，探讨其经FG表面改性后对细胞及细胞因子生物活性的影响规律。结果表明经FG表面改性后的CPC，其生物学性能得到加强。. 本研究针对CPC支架材料的生物活性差导致降解缓慢的问题，紧扣材料表面修饰的新思路，研究CPC/FG复合骨支架材料对种植细胞增殖分化的影响，为磷酸钙骨水泥表面修饰的研究及应用范围的拓宽提供了新策略,具有潜在的经济效益和实用价值。