CGRP/硼硅酸盐生物活性玻璃支架调控成骨细胞代谢与早期修复骨缺损的实验研究

来源 :广西医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhanglangsdkd
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目的:本实验研究应用3D打印技术制备兼具合适力学性能和孔隙率的硼硅酸盐生物活性玻璃(Borosilicate bioactive glass,BBG)支架,通过物理交联的方式将降钙素基因相关肽(Calcitonin gene-related peptide,CGRP)负载到BBG支架空隙中制备获得复合支架。首先,通过细胞实验观察评价其体外生物相容性及成骨特性,然后通过骨缺损动物实验,运用影像学和组织学等方法来评价复合材料促进骨缺损早期加速修复重建的效果。为开发早期促进松质骨骨缺损区修复的新型人工复合材料提供相关实验资料和科学依据。方法:(1)在细胞实验,用CCK-8法检测细胞的增殖能力;扫描电子显微镜观察细胞在支架表面的粘附和生长形态;采用荧光电子显微镜观察细胞骨架评估细胞迁移、分化和其他生物学功能;用碱性磷酸酶(Alkaline phosphatase,ALP)检测试剂盒检测ALP活性;用ALP染色法评估细胞的成骨分化能力;用茜素红染色法观察细胞外基质矿化能力。(2)广西医科大学动物实验中提供的12只健康新西兰成年新西兰兔(均为雄性,体重2.5-3.5kg),麻醉后手术建立股骨裸松质骨缺损的动物模型,左侧为手术组(BBG/CGRP复合支架组),右侧为对照组(单纯BBG支架组)。术后4周、8周和12周处死动物后取材评估,通过大体观察、X线检测、micro-CT扫描分析、硬组织切片染色、血生化指标及肝肾组织HE染色等方法评估。结果:(1)细胞实验,CCK-8检测结果显示,1.5B-BG支架提取液对MC3T3-E1细胞并无明显的抑制作用。与阴性对照组和1.5B-BG组相比,添加CGRP能显著促进细胞的增殖,且呈浓度依赖性,差异均有统计学意义(P<0.05)。1.5B-BG支架与细胞粘附性良好,CGRP能够更有效的促进细胞增殖,使细胞能够在材料表面更好地粘附、生长;荧光显微镜下观察到1.5B-BG组、CGRP10-8组和1.5B-BG/CGRP-8组相对空白对照组MC3T3-E1细胞的伪足更伸展,其中1.5B-BG/CGRP-8组细胞形态伸展性最佳;1.5B-BG/CGRP-8组的碱性磷酸酶活性显著增高(P<0.05),碱性磷酸酶染色的颜色程度也显著高于单纯1.5B-BG组和对照组;茜素红染色实验也表明,1.5B-BG/CGRP-8组呈现的红色颜色更鲜艳。(2)动物实验,大体观察各组术后材料植入位置良好,无松动以及移位征象,均得到不同程度的修复;X线显示,随着时间的增加,两组植入材料与骨缺损交界逐渐模糊;micro-CT显示,BBG/CGRP组的材料边缘及空隙新生骨更多,材料降解更快;术后8周硬组织切片结果表明负载CGRP后可明显促进新生骨组织的长入,同时也促进了微血管的形成;所有材料术前与术后随时间的变化血生化指标差异均无统计学意义(P>0.05);肾脏和肝脏的组织学HE染色显示支架植入兔体内无不良反应。结论:体外实验证实BBG/CGRP复合支架具有良好的生物相容性,能有效促进MC3T3-E1细胞增殖成骨分化,并具有良好的成骨活性特征;动物体内实验验证BBG/CGRP复合支架修复松质骨缺损效果可靠,能够促进兔股骨髁松质骨缺损局部的新骨形成及血管的生成,早期加速骨缺损的修复和愈合,同时该复合材料具有良好的体内生物相容性及安全性。
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