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组织工程是近年新兴的一门交叉学科,综合了生物学、医学和工程学的基本理论和基本技术,显示出广阔的应用前景。本文用以间充质干细胞为基础的组织工程技术进行两种运动相关软组织问题——压力性尿失禁和软骨缺损的修复再生。世界范围内,60岁以上的人群中,约30%的女性和15%的男性患有尿失禁。尿失禁可以分为压力性尿失禁、急迫性尿失禁和混合性尿失禁等,其中压力性尿失禁最常见,约占50%-70%。压力性尿失禁是因腹内压增高,直立或行走等运动时,由于尿道括约肌弛缓和无力形成的尿液不随意地流出的疾病。压力性尿失禁外科治疗多采用在中尿道与阴道前壁之间无张力地植入吊带。本研究探讨骨髓间充质干细胞(bone marrow Mesenchymal Stem Cells, bMSCs)复合蚕丝支架制作组织工程吊带用来修复压力性尿失禁。关节软骨缺损是临床常见运动系统疾病,然而其官身修复能力有限,目前治疗方法主要有清创术、钻孔术、微骨折术和软骨块移植术等,短期效果好,长期效果欠佳。近年新兴的自体软骨细胞移植(Autologous Chondrocytes Implantation,ACI)给广大软骨缺损患者带来了新的希望。然而ACI也有其缺点,如软骨细胞来源有限,体外扩增过程中易去分化,对软骨细胞的供区造成新的损害等。基于软骨细胞移植的这些缺点,以采用骨髓来源、脂肪来源等成体间充质干细胞(Mesenchymal Stem Cells, MSCs)作为软骨组织工程的种子细胞进行软骨缺损的修复已经成为研究的热点,并有大量的研究成果。本课题尝试寻找新的软骨组织工程种子细胞。胚胎干细胞(Embryonic Stem Cells, ESCs)能够分化为体内所有的细胞类型,此外,普通的体细胞经过转染特定的基因后形成的诱导性多能干细胞(induced Pluripotent Stem cells, iPS)也具有ESCs的特性,能分化为任何一种细胞类型。考虑到直接应用iPS或ESCs可能有形成畸胎瘤的潜在风险,因此,在本课题中,将采用iPS或ESCs来源的MSCs作为软骨组织工程的种子细胞,研究iPS来源的MSCs(induced Pluripotent Stem cells-derived Mesenchymal Stem Cells, iPS-MSCs)和ESCs来源的MSCs (Embryonic Stem Cells-derived Mesenchymal Stem Cells, ESC-MSCs)修复关节软骨缺损的效应。综上所述,本研究分为三个部分：1)骨髓间充质干细胞复合蚕丝支架修复压力性尿失禁的研究；2)诱导性多能干细胞来源的间充质干细胞修复关节软骨缺损的研究；3)胚胎干细胞来源的间充质干细胞修复关节软骨缺损的研究。第一部分骨髓间充质干细胞复合蚕丝支架修复压力性尿失禁的研究目的：探讨bMSCs复合蚕丝吊带在妇女压力性尿失禁中的应用方法：40只大鼠分为4组,A组：假操作组；B、C、D组均进行双侧坐骨神经近端横断术,横断术后4周测量漏尿点压(Leak Point Pressure, LPP)确认为压力性尿失禁之后,B组：无吊带植入；C组：植入蚕丝吊带；D组：植入复合有bMSCs的组织工程蚕丝吊带。于该术后4周做LPP测量和组织学评估,术后12周做胶原含量测定、力学测试和组织学评估。结果：C组和D组的LPP接近正常值(A组),均显著高于B组。组织学检测显示D组的蚕丝吊带与尿道的整合程度优于C组,D组蚕丝吊带的胶原含量和力学性能均高于C组。结论：蚕丝吊带和复合有bMSCs的蚕丝吊带均能有效治疗压力性尿失禁,复合有bMSCs的组织工程蚕丝吊带显示出更优越的性能。第二部分诱导性多能干细胞来源的间充质干细胞修复关节软骨缺损的研究目的：探讨大来源的iPS-MSCs作为软骨组织工程种子在软骨缺损修复中的作用方法：iPS-MSCs以pellet的培养方式在软骨诱导液中诱导3天。6只大鼠,在双膝髌股关节股骨髁部位做全层软骨缺损(直径和深度均为2mm),左腿为对照组,软骨缺损未作处理,右腿为实验组,移植iPS-MSCs制作的pellet修复。分别于术后4周和8周后处死动物,进行关节修复区的大体观察,组织学观察。结果：未加iPS-MSCs的对照组有更多的软骨基质GAG(glycosaminoglycan)表达,修复程度更好。对照组生长板结构正常,而实验组的生长板遭到破坏。结论：iPS-MSCs在关节软骨缺损微环境中成软骨能力弱,不适合用做软骨缺损修复的种子细胞。第三部分胚胎干细胞来源的间充质干细胞修复关节软骨缺损的研究目的：探讨人胚胎干细胞来源的间充质干细胞(human ESC-MSCs, hESC-MSCs)和骨形态生成蛋白7(Bone Morphogenetic Protein 7, BMP7)复合胶原支架在软骨缺损修复中的作用。方法：在大鼠双膝髌股关节股骨髁部位做全层软骨缺损(直径和深度均为2mmm)后,将其随机分为3组,A组：胶原支架组；B组：hESC-MSCs复合胶原支架组；C组：hESC-MSCs和BMP7复合胶原支架组。分别于术后4周和8周后处死动物,进行大体观察,8周标本进行组织学观察。结果：修复效果A组最差,B组优于A组,C组最好。结论：hESC-MSCs能够促进软骨缺损的修复,将hESC-MSCs和BMP7联合应用,修复效果进一步增强。