作者：吕永钢骨缺损修复内源性骨组织工程支架力学生物学骨支架
摘要：骨是除了皮肤和血液之外的第三大移植组织类型,由外伤引起的骨缺损以及由疾病等造成的大块骨切除均需要使用大量的骨移植物。尽管骨组织工程和再生医学等概念的提出为大块骨缺损提供了诸多很有前景的修复方法,但大块骨缺损的医治至今仍未得到有效解决,大块骨损伤的重建和修复仍是骨修复领域的研究难点。作者课题组构建了多种微结构一致而基质刚度不同的三维骨组织工程支架,从细胞和动物水平系统考察了三维基质力学对干细胞分化、内源性干细胞招募和血管生成以及骨损伤修复的作用及其力学生物学机制,联合物理刺激(流体剪切力、超声或电刺激)和力生长因子进一步提高组织修复质量和速度,并由此发展了拥有我国自主知识产权的骨组织工程生物反应器、可施加电和流体剪切力刺激装置和多种骨组织工程支架及其制备方法等。(1)利用不同配比胶原(collagen,Col)/羟基磷灰石(hydroxyapatite,HA)溶液表衬脱细胞骨支架表面,构建了微结构不变而基质刚度不同的三维(three-dimensional,3D)骨组织工程支架[1]。发现具有适宜基质刚度(局部刚度为37.7±19.6 kPa)骨组织工程支架在体外可更好地促进骨髓间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSCs)的生长及成骨分化,体内有利于微血管生成和诱导内源性MSCs成骨分化,基质细胞衍生因子-1α(stromal cell--derived factor-1α,SDF-1α)参与了内源性MSCs的招募,通过SDF-1α/趋化因子受体4(CXC chemokine receptor,CXCR4)途径促成骨分化。证实三维基质力学修饰无细胞支架可原位促进骨修复,且SDF-1α和低氧诱导因子-1α(hypoxia inducible factor-1,HIF-1α)是基质力学促进骨修复中介导内源性MSCs迁移的关键机制。所构建的组织工程支架有效解决了传统方法在改变支架力学特性的同时也改变了支架微结构等缺陷,不仅可为骨修复提供了一个全新的骨组织工�
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