纳米材料指某一维度具有1～100nm尺寸的材料,具有高表面积体积比,在骨损伤修复领域具有广泛的应用前景.纳米技术的发展为组织工程材料的研制提供了新手段,构建纳米纤维支架不仅有着比常规材料更好的生物相容性,而且能够更好地模拟细胞外基质,为细胞提供更加合适的生长和分化环境.人们通过材料科学和纳米技术的进步,已经从微观世界对科学进行认知和探索.在能源储存与转换、环境净化方面人们看到了纳米技术的巨大应用价值,同样它也在化学催化及航空航天等领域进行了展现.

背景:众多的研究已证实胰岛素样生长因子1在成骨细胞的增殖、分化、基质合成中发挥重要的调控作用,并参与调节骨改建及修复的系列过程.目的:观察人胰岛祟样生长因子1基因修饰的骨髓基质干细胞对骨损伤修复的促进作用及能否构建出具有良好生物学活性的组织工程人工骨,提高骨缺损修复质量.设计、时间及地点:对比观察,实验于2004-03/2005-05在苏州大学实验动物中心完成.材料:体外将胰岛素样生长因子1基因通过反转录病毒转入骨组织工程种子细胞骨髓基质干细胞,并与具有良好生物学活性的脱钙骨荩质材料复合.方法:BalB/C裸鼠15只制备颅骨8 mm缺损模型,随机数字表法分为3组,每组5只.胰岛素样生长因子1转染细胞组和空载体细胞组将两种不同植入物脱钙骨基质/胰岛素样生长因子1转染细胞和脱钙骨基质/空载体细胞分别植入颅骨缺损部位,空白对照仅造模,不进行任何干预造模后4周处死动物,取出颅骨进行组织学观察.主要观察指标:①反转录-聚合酶链反应检检测转染细胞胰岛素样生长因子 1 mRNA的表达.同时收集转染后细胞上清,用蛋白免疫印迹检测重组胰岛素样生长因子1的表达.②扫描电镜观察细胞/基质材料复合物共培养3,6 d后的生长情况.⑨颅骨缺损模型大体观察.④苏木精-伊红染色观察造模后4周各组颅骨缺损的修复情况.结果:①经反转录-聚合酶链反应及蛋白免疫印迹检测,胰岛素样生长因子 1基因修饰的骨髓基质干细胞中有胰岛素样生长因子1 mRNA及蛋白的表达.②扫描电镜观察转染细胞与脱钙骨基质共培养3d时胰岛素样生长因子1转染细胞组脱钙骨基质材料表面已有大量细胞黏附并向深部空隙长入:6 d时脱钙骨基质表而黏附的细胞处已分泌出大量胶原纤维:而空载体细胞组各时间点黏附细胞数和胶原纤维产生量则均较少.⑨造模后4周各组植入物周围均无明显炎症反应,胰岛素样生长因子1转染细胞组植入物与颅骨缺损结合紧密:而空载体细胞组植入物可推动:空的对照组骨缺损处无新骨形成.④苏木精-伊红染色可见胰岛素样生长因子1转染细胞组植入物与颅骨缺损结合紧密,骨折缺损区有新骨及血管形成:空载体细胞组骨缺损区新骨形成较少:空白对照组缺损末见修复.结论:胰岛素样生长因子1转染的骨髓基质干细胞/脱钙骨基质复合物具有较好的骨缺损修复功能.

目的 构建半胱氨酸及磷酸胆碱共接枝的仿生壳聚糖载体(NAC-PCCs),并包封骨形态发生蛋白2(BMP2)基因进行诱导骨髓间充质干细胞成骨分化的研究.方法 制备pBMP2/NAC-PCCs材料,检测其粒径、形态,绘制DNA缓释曲线,研究微球抗DNA酶降解能力.在骨髓间充质干细胞与材料共培养过程中,检测材料的转染效能、ROS清除能力、BMP2蛋白分泌水平、成骨相关基因RUNX2、OC表达、碱性磷酸酶活性等指标,以研究其对骨髓间充质干细胞成骨分化的影响.结果 微球材料能有效避免DNA被生物酶降解,其转染效率为23.1％,ROS清除率为(36.13±0.47)％.同时实验结果显示与NACPCCs共培养的细胞,其细胞内BMP2表达水平高于其余各组且成骨分化效果最佳.结论 NAC-PCCs包封BMP2基因形成的纳米微球材料具有促进BMSC成骨分化作用.

骨损伤修复一直是骨科领域基础研究与临床治疗的重点和难点问题,尤其是随着高能创伤的不断涌现及人口老龄化日益严重的趋势,复杂大段骨损伤的发生率还将继续增加,研制出具有良好结构性、生物相容性、降解性和成骨活性的新型骨修复材料就显得尤为重要.