背景在临床中,因为外伤等原因造成骨折常常需要手术治疗,当骨折部位血供差,或者有大片骨缺损时,骨折愈合效果往往一般。目前,自体骨移植仍被认为是治疗骨缺损的金标准。然而,自体供骨来源有限,供体部位易产生并发症,患者术后手术部位疼痛,特别是需二次手术是,取材更加困难,等等这些原因限制了此技术的应用。异体骨的移植则存在免疫排斥的问题。近年来的研究热点,组织工程技术,或许可以提供一条解决途径。组织工程包含三个要素：种子细胞、生长因子、生物材料支架。干细胞具有全能性,可以分化成多种组织,而骨髓间充质干细胞获取方便,易于扩增是种子细胞的良好选择。另外,由干细胞形成的细胞片,解决了传统组织材料存在的降解速率、炎症刺激等不利于组织生长的问题,可作为修复骨组织的理想方法。SDF-1α作为一种趋化因子,在组织损伤区域高表达,募集体内的干细胞到达损伤区域,参与修复过程,且已有多项研究证明,SDF-1α可促进干细胞的骨向分化,可以作为组织工程的生长因子。因此在本课题中,我们将研究SDF-1α对干细胞的影响以及干细胞片结合SDF-1α在骨修复的应用,探讨其临床应用前景。本课题主要研究以下两个方面：(1)SDF-1α对大鼠来源的骨髓间充质干细胞和细胞片的增殖、分化的作用,以及其对间充质干细胞的趋化作用；(2)间充质干细胞片移植结合局部注射SDF-1α修复骨折的研究。第一部分SDF-la对大鼠来源的骨髓间充质干细胞和细胞片的增殖、分化的作用,以及其对间充质干细胞的趋化作用目的研究SDF-1α对间充质干细胞的增殖、分化的影响,以及其对干细胞片的影响,同时比较不同浓度的SDF-1α对干细胞的趋化作用。方法用不同浓度的SDF-1α与MSCs一同培养1、3、7天后,使用CCK8检测各种浓度的SDF-1α对MSCs的增殖影响,在CCK8实验基础上,用0ng/mL、50ng/mL、100ng/mL、200ng/mL浓度的SDF-1与MSCs共培养,3和7天后检测BMP-2, ALP, OCN, VEGF和CXCR4等基因表达情况；制备MSCs细胞片,100ng/mL的SDF-1与MSCs细胞片共培养7天、14天后,检测BMP-2, ALP, VEGF,OCN和CXCR4等基因表达情况,另设空白的对照组。利用Transwell检测SDF-1对干细胞的趋化作用,并设不同浓度的SDF-1观察其发挥作用的最佳浓度。结果10ng/mL以上的SDF-1α对MSCs的增殖有促进作用,且与时间和浓度呈正比,与对照组相比,经SDF-1α诱导的MSCs和MSCs细胞片,都能高表达BMP-2, ALP, OCN, VEGF。CXCR4在诱导后的MSCs的表达中增高,而在诱导后的MSCs细胞片中低表达。Transwell实验中可以明显观察到干细胞随着浓度高的SDF-1方向迁移,当SDF-1浓度为100ng/mL时,其效果最佳。结论SDF-1对MSCs具有趋化作用,且SDF-1可以促进间充质干细胞和BMSC细胞片的成骨分化,也能刺激血管生成,为我们进一步研究如何利用SDF-1/CXCR4信号轴结合间充质干细胞片于组织工程修复骨缺损奠定了良好的基础。第二部分MSC细胞片/SDF-1α修复大鼠胫骨骨折的研究目的研究将MSCs细胞片移植到大鼠的胫骨骨折模型并结合局部注射SDF-1α的方法,观察其修复效果。方法将分离培养的大鼠BMSCs培养成MSC细胞片,然后与SDF-1α共培养7天后,刮取下细胞片移植至骨折模型。32只大鼠,制造胫骨中上1/3骨折模型,并用型号为21G的注射器针头行髓内固定,实验分四组,组1为空白对照；组2在术后当天及术后一周在骨折处注射100ng/mL的SDF-1α溶液；组3为在骨折处移植经SDF-1α诱导后的MSC细胞片,并使细胞片包绕骨折部位；组4为在骨折处移植MSCs细胞片,并在术后当天及术后一周注射100ng/mL的SDF-1α。术后2周采取新生组织检测ALP、OCN、OPG、VEGF的表达情况,术后4、8周的标本行X线检查及组织学检查,并对X线结果进行评分,术后8周进行micro-CT和免疫组化分析。结果组4术后2周的新生组织高表达了骨向分化基因ALP、OCN、OPG及血管生成因子(VEGF),术后4、8周组4的X线评分显著高于对照组,组织学、免疫组化和micro-CT显示,组4的骨折线附近有大量新生骨痂形成,多于同时期其他组,并在8周达到完全的骨性连接。而对照组组1,纤维组织仍填充骨折处,形成骨不连。结论SDF-1α诱导的可向骨分化且具有血管生成能力的MSC细胞片,结合局部注射SDF-1α的方法可促进骨组织再生,治愈了胫骨骨折。这种结合了SDF-1α和MSC细胞片的方法在骨组织工程中有很大的应用前景,有助于临床中一些难治疾病如骨折延迟愈合、骨不连等的治疗。