全仁夫  张亮  李强  曹国平  庄伟  邵荣学  杨迪生

目的 构建骨形态发生蛋白2(BMP-2)、血管内皮细胞生长因子165(VEGF165)双基因修饰的骨髓间充质干细胞(BMSCs)复合羟基磷灰石复合二氧化锆(HA/ZrO2)生物材料的新型组织工程骨,并观察该组织工程骨在体外的成骨能力。

方法 采用有机泡沫作为模版,干铺烧制法制备新型的蜂窝状HA/ZrO2梯度生物材料,电镜观察新型生物材料的表面特性,生物力学试验机检测其力学性能。采取1岁龄健康beagle犬骨髓分离原代BMSCs进行培养,建立双基因修饰的BMSCs复合蜂窝状HA/ZrO2梯度生物材料的共培养体,构建新型组织工程骨。实验分为4组:未转染组,只转染BMP-2(BMP-2组)和VEGF165(VEGF165组)单一目的基因的BMSCs,以及转染BMP-2、VEGF165共基因慢病毒的BMSCs组(BMP-2+VEGF165组)。显微镜下观察细胞在支架材料上的生长情况,用碱性磷酸酶染色检测各组细胞成骨分化能力,免疫组织化学染色检测其成骨细胞特异性蛋白骨Ⅰ型胶原及骨钙素的分泌。

结果 新型材料电镜下其表面整体呈多孔状,孔径125~550 μm,各孔之间存在缝隙联结;其平均抗弯强度为812.25 MPa,最高可达987.12 MPa;共培养体建立后扫描电镜观察转染后的BMSCs在支架材料上黏附生长状况良好,双基因联合转染组细胞分泌基质旺盛;BMP-2+VEGF165组细胞碱性磷酸酶活性检测明显高于其他各组(F=1 029.398,P<0.01),免疫组织化学染色在不同阶段发现成骨细胞早晚期分泌的骨Ⅰ型胶原及骨钙素特异性蛋白。

结论 新型的蜂窝状HA/ZrO2梯度生物材料是一种合适种子细胞生长的支架材料,并且其力学满足人体四肢承重骨的需要;VEGF165、BMP-2双基因转染BMSCs后具有协同作用,能够促进其在体外的成骨分化。