[摘要] 目的通过影像学观察不同神经束植入组织工程骨后对成骨活动的影响, 探讨组织工程骨神经化构建的方法。方法将新西兰大白兔的骨髓基质干细胞(Bone marrow stromal cells, BMSCs) 进行诱导分化为成骨细胞, 与β- 磷酸三钙( β- tricalcium phosphate, β- TCP) 复合制作组织工程骨, 分别将不同类型神经束植入组织工程骨, 进行以下分组: A 组, 组织工程骨组; B 组, 感觉神经束植入组; C 组, 运动神经束植入组; D 组, 血管束( 含有自主神经) 植入组; E 组, 感觉、运动神经束联合植入组。分别用于修复兔股骨1.5cm 骨缺损; 各组分别在术后4、8、12 周进行放射学检查, 并在12 周进行大体标本、骨密度检测用以比较骨缺损修复情况。结果在观察期内, 有感觉神经植入的组别和血管束植入的组别具有明显的促组织工程骨骨化作用, 而运动神经束植入却没有明显的促进作用。结论感觉神经束和血管束具有明显的促组织工程骨成骨作用, 可以作为组织工程骨神经化构建的一种方法。
[Abstr act] Objective To study the ossification effect on tissue engineered bone by transplantingnerval bundles of different types, and to discuss the construction methods about nervalization of tissueengineered bone. Methods The Newzeland rabbit's BMSCs (Bone marrow stromal cells) were induced toosteoblast and were subsequently compounded withβ- TCP ( β- tricalcium phosphate) to make tissueengineered bone, and different kinds of nerval bundles were transplanted into these tissue engineeredbone. All the Newzeland rabbits were divided into 5 groups according to the different types of nervalbundles: Group A, tissue engineered bones without nerval bundles transplantation; Group B, tissueengineered bones transplanted with sensory nerval bundles; Group C, tissue engineered bonestransplanted with motor nerval bundles; Group D, tissue engineered bones transplanted with vascularbundles (autonomic nerves contained); Group E, tissue engineered bones transplanted with both sensoryand motor nerval bundles. Then, 1.5cm bone defect in femur of Newzeland rabbit were repairedseparately by these methods. At 4th, 8th and 12th week after operation, radiological examination wasused to show the bone reconstitution. At 12th week, gross specimen observation and bone densitydetection was separately used to compare the result of bone repairation in different group. ResultsDuring the observation term, tissue engineered bones that had been transplanted with sensory andvascular bundles could effectively accelerate the ossification of the tissue engineered bones, while thosetransplanted with motor nerval bundles could not. Conclusion Sensory nerval bundles and vascularbundles can effectively accelerate the ossification of tissue engineered bones; therefore, these could betaken as a construction methods about nervalization of tissue engineered bone
[Key words] Tissue engineered bone Nervalization Bone defect
在组织工程学领域, 组织器官的构建最终目的是获得一个有功能的组织和器官。这样, 构建的组织、器官的血管、神经化成为其在体内存活和发挥功能的关键因素。神经在正常骨组织中的分布及在骨组织代谢等方面的研究表明神经因素对骨的发育、修复、改建等有显著作用。为探索组织工程骨神经化构建的方法, 设想利用显微外科技术, 将感觉神经、运动神经和与血管束( 包含与血管伴行的自主神经) 分别植入大段组织工程骨, 并用以修复兔股骨大段骨缺损, 通过影像学分别验证不同种类神经在构建大段组织工程骨的作用, 为进一步深入研究和走向临床探讨一种构建组织工程骨神经化的方法。
1 材料与方法1.1 材料1.1.1 实验动物健康新西兰大白兔30 只( 由南方医科大学大学南方医院动物所提供) , 6 个月龄,雌雄不限, 体重2～3kg。1.1.2 材料与试剂多孔β- TCP (圆柱状, 直径8mm, 长15mm, 中间有侧槽,由法国贝奥路公司提供), 四孔普通钢板(长6.5cm, 3.5mmф螺钉)、电钻、线锯、手术包、胎牛血清(Hyclone)、DMEM 培养基、胰蛋白酶、抗坏血酸、地塞米松、β- 甘油磷酸钠均购自Sigma 公司。
1.2 实验方法1.2.1 实验动物分组随机分为五组, 每组6 只动物。A 组: 组织工程骨组; B 组: 感觉神经束植入组;C 组: 运动神经束植入组; D 组: 血管束( 含有自主神经) 植入组; E 组: 感觉、运动神经束联合植入组。
1.2.2 组织工程骨的制备方法成年新西兰大白兔30 只( 在培养过程中因各种原因死亡的动物如数补足) , 采用速眠新、氯胺酮和阿托品复合液肌肉注射麻醉。细胞的获取、培养、诱导及与β- TCP 材料的复合参考文献[1], 制作组织工程骨备用。
1.2.3 兔股骨15mm 骨缺损模型的制备方法笔者先前的研究显示兔股骨15mm 缺损自身不能修复, 是理想的负重骨缺损的动物模型[2]。于兔右侧后肢股骨前外侧做一纵形切口, 长约8cm, 切开皮肤、皮下组织和深筋膜, 沿股直肌与股内侧肌间隙锐性分开, 显露股骨。不切开骨膜,于股骨前外侧放置已塑形( 钢板预弯一定的弧度, 约5～8°, 以使钢板和股骨向前外凸的弧度相吻合) 好的4 孔普通钢板, 电钻钻孔后依次旋入四枚螺钉固定, 并在两边两个螺钉之间各加用一根细钢丝环扎固定。于钢板第2、3孔之间, 以线锯锯断股骨一侧, 用直尺测量股骨15mm 长, 并标记好另一端截骨线, 线锯锯断, 并切除该段对应的骨膜, 造成15mm 段骨与骨膜缺损。
于骨缺损处嵌入复合细胞的β- TCP, 并用丝线与钢板固定。然后分别进行以下操作制作5 组实验动物模型: A 组, 在股骨内侧切口, 直到股骨处, 以增加对照的同一性; B 组, 在股骨内侧切口, 寻找并将感觉神经(隐神经)游离足够的长度, 锐性切断, 将隐神经束末端用显微剪刀分成爪状植入β- TCP 材料复合物的侧槽内, 用丝线于神经外膜上缝一针固定于周围组织; C 组, 在股骨根解剖出由股神经发出的支配股内侧肌的肌支, 游离一段长度, 锐性切断, 末端用显微剪刀分成爪状植入β- TCP 材料复合物的侧槽内, 用丝线于神经外膜上缝一针固定于周围组织; D 组, 在股骨内侧切口, 解剖游离股血管束, 游离所需长度后不切断血管, 直接将血管束顺行植入β- TCP
