干细胞是具有自我更新、高度增殖和多向分化潜能的细胞群体。胚胎干细胞由于伦理、宗教、道德等方面的原因,其研究应用受到诸多限制。近年来成体干细胞成为研究和关注的重点。骨髓间质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cells,BMSCs)来源较广,容易获得,具备向多种中胚层及神经外胚层来源的组织细胞分化能力,包括向成骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞、血管内皮细胞、胰岛细胞、肌肉、韧带、骨髓基质甚至肝细胞、神经细胞等多种细胞与组织分化,是目前组织工程主要的细胞来源。羟基磷灰石/磷酸三钙(hydroxyapatite/tricalcium phosphate,HA/TCP)是目前应用较为广泛的支架材料。本实验应用BMSCs作为种子细胞,与HA/TCP复合后应用于脊柱融合,为脊柱融合的临床应用提供新的依据和技术方法。第一部分骨髓间质干细胞—支架材料复合体的体外实验研究目的建立体外分离培养BMSCs的方法,观察BMSCs的形态和掌握其生长规律,检测BMSCs与HA/TCP的生物相容性。方法(1)抽取兔的长骨骨髓,利用全骨髓培养法培养兔的骨髓间质干细胞,分别进行原代和传代培养,观察各代细胞生长特性和生长曲线,探讨BMSCs作为种子细胞的可行性。(2)通过细胞的多向分化能力鉴定BMSCs。(3)对体外培养的兔BMSCs和HA/TCP复合材料进行形态学观察,采用倒置显微镜、荧光显微镜和扫描电镜检测,以及细胞增殖的测定。结果(1)用全骨髓培养法分离骨髓间质干细胞是可行的,获得的BMSCs体外培养显示,兔BMSCs体外培养稳定,增殖速度快,扩增能力强。(2)培养扩增的BMSCs能分别诱导成成骨细胞、脂肪细胞和神经元样细胞。(3)BMSCs和HA/TCP有很好的生物相容性,经扫描电镜、荧光显微镜观察BMSCs在HA/TCP上粘附良好,并大量增殖。HA/TCP对BMSCs的体外增殖无明显抑制作用。结论骨髓间质干细胞可作为骨组织工程的种子细胞。羟基磷灰石/磷酸三钙是良好的骨组织工程的载体材料,利于种子细胞的粘附生长。第二部分富集自体骨髓间质干细胞复合HA/TCP脊柱融合术中的临床应用目的探索以自体骨髓富集的BMSCs复合HA/TCP作为植骨材料进行脊柱融合的新方法。方法(1)观察对象:选择2005年1月至2006年2月建湖县人民医院骨科收治的胸腰椎骨折、均采用后路椎弓根钉系统复位及固定患者48例。(2)根据植骨融合材料不同随机分为2组:骨髓间质干细胞+复合材料组24例,男13例,女11例,年龄25～49岁;自体髂骨移植组24例,男15例,女9例,年龄26～50岁。(3)实验干预:采集自体骨髓通过密度梯度离心得到富集的BMSCs悬液与HA/TCP复合2h后作为植骨材料。骨髓间质干细胞+复合材料组采用BMSCs复合HA/TCP移植;自体髂骨移植组采用患者自体髂骨移植。(4)实验评估:对所有患者脊柱融合情况、临床疗效、伤椎复位后高度丢失等进行比较分析,评定脊柱融合效果。结果术后随访12个月,48例患者全部进入结果分析。(1)骨髓富集的有效性:富集前后骨髓间质细胞浓度达到8倍。(2)临床疗效:骨髓间质干细胞+复合材料组所有病例取髓处疼痛术后1周消失,均未发生感染。自体髂骨移植组术后3个月取骨处仍有疼痛。所有病例无感染和内固定松动断裂等并发症。两组术后12个月LBOS评分优良率骨髓间质干细胞+复合材料组为71%(17/24),自体髂骨移植组为79%(19/24)。(3)脊柱融合情况:术后随访6个月以上的患者X射线、CT检查均示有良好的脊柱融合,两组在术后3个月移植物密度降低并可见双侧薄层融合块,术后6个月双侧可见整块新生骨或单侧大块新生骨。按Lenke字母分级法融合分级,两组均无C、D级融合。(4)Cobb角测量结果:伤椎复位后高度丢失在骨髓间质干细胞+复合材料组平均为2.38°,在自体髂骨移植组平均为2.42°。结论通过自体骨髓富集的间质干细胞复合羟基磷灰石磷酸三钙应用于胸腰椎骨折后外侧融合可取得与自体髂骨移植同等的临床疗效,是一种安全可靠,简便有效的植骨替代材料。