CAM与ADSC构建三维生物支架的研究

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背景随着组织工程的发展,3D打印技术逐渐走进人们的视野,已广泛应用于三维生物支架的制备当中。现如今应用于生物打印的可降解材料繁多,但是在满足可降解的条件同时,生物材料还需具备良好的微生物环境,能够模拟体内细胞生存微环境。而细胞外基质为细胞在体内增值的环境,故而将组织脱细胞处理取得的脱细胞基质成分,其能为细胞提供良好的微生物环境。人体内有多种干细胞因其具有多向分化的潜力,现已常被用做生物支架的种子细胞。其中脂肪间充质干细胞因其具有量大、易提取等优点,已然成为临床和组织工程的热点细胞之一。其中在临床上,富含脂肪间充质干细胞(Adipose-derived stem cells,ADSC)的脂肪颗粒逐渐被应用于美容、皮肤缺损和溃疡等治疗中;在组织工程中,ADSC常常充当种子细胞来治疗动物各部位组织缺损。因此,本实验设想利用软骨脱细胞基质粉末(Cartilage acellular matrix,CAM),海藻酸钠(Sodium alginate,SA)为辅剂,联合ADSC构建三维生物支架后进行成软骨诱导分化培养,以此构建软骨组织工程支架。并将SA与CAM不同混合比例的混合凝胶进行3D打印制备三维支架,并检测其的性能以及对脂肪间充质干细胞的增殖分化的影响。目的利用CAM,以SA为辅剂经3D打印构建三维生物支架,接种ADSC后进行成软骨诱导分化培养,对比分析各组细胞增殖分化情况,找出最适宜ADSC增殖分化的CAM、SA混合比例,以此构建软骨组织工程支架。方法采用物理-化学法及改良法分别对猪耳软骨进行脱细胞处理,并对两者进行糖胺聚糖(glycosaminoglycan,GAG),dsDNA残留量和生物相容性进行检测,选出合适的一组,与SA共同构建总质量分数比为4%(w/v)的混合CAM-SA凝胶,其中 CAM:SA 比例为 1:9,2:8,3:7,4:6,5:5,6:4,7:3,8:2,9:1,经3D打印机构建生物支架后,对其进行降解率、孔隙率、吸水率、溶胀率、生物毒性的检测。对从兔腹股沟提取的ADSC进行鉴定分析后接种于各组支架中,并于第3、7天进行活死细胞染色观察细胞增殖状态。在诱导分化14天内,对各组支架中GAG,COL-Ⅱ,ACAN含量进行检测对比,并在第6周时行切片染色观察。采用t检验对数据进行统计学分析,P<0.05表示差异具有统计学意义。结果(1)利用兔腹股沟脂肪组织成功提取了 ADSC,其表面标志物CD29,CD44均为阳性,在诱导分化液诱导下可分化为软骨细胞。(2)采用物理-化学方法及改良法对分别对猪耳软骨进行脱细胞处理,结果表明后者脱细胞效率更高,细胞相容性更好,因此在后续实验中采用后者制备的脱细胞基质进行实验。(3)利用3D打印技术对不同比例水凝胶进行打印,除CAM-SA复合比例为9:1、8:2两组在制备三维立体结构支架时结构不稳定极易破碎,其余组别均能顺利进行3D打印构建立体结构。本实验对余下7组支架进行性能检测。结果表明,所有组别降解性能良好。但CAM-SA(7:3)组降解第1天时,支架形态松散,并于第3d完全破碎,故弃用。对支架进行电镜扫描,可见各组支架微观结构孔隙均匀。CAM-SA 比例1:9至6:4平均孔隙率随着海藻酸钠含量增加而降低。支架吸水率、膨胀率、压缩模量均随SA的增加而增加,而降解率随SA含量增加而降低,可知高含量的SA支架具备更好的力学性能。利用CCK-8法经支架浸提液检测支架无细胞毒性。当CAM-SA复合比例为1:9至6:4时支架性能较好,均能制备出孔隙均匀,性能优良的生物支架。(4)将ADSC接种于各组支架后进行诱导分化培养。第3、7天活死细胞染色表明CAM-SA(5:5)及CAM-SA(6:4)组荧光强度高于余组。测定各组培养基游离COL-Ⅱ、蛋白聚糖(aggrecan,ACAN)的分泌情况结果显示,CAM-SA(5:5)组吸光度高于其余组,P<0.05,差异具有统计学意义。各支架GAG含量CAM-SA(5:5)组高于其余组,P<0.05,差异具有统计学意义。6周时组织切片染色结果表明CAM-SA 比例为5:5时该组细胞外基质分泌旺盛。说明CAM-SA(5:5)组支架诱导ADSC增殖分化能力最强。结论通过对各组支架性能进行数据分析,可知利用改良法制备的CAM性能更优;高CAM含量中CAM:SA(5:5)组支架性能较好,且诱导ADSC增殖分化能力最强。所得结论在构建软骨组织工程支架中具有一定的推动作用。
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