使用組織工程骨膜實現(xiàn)骨組織修復(fù)與重建

骨折在人們的生活中很常見，由于缺少合適的材料，大范圍的骨組織缺損難以被修復(fù)。自體骨修復(fù)是一種常見的治療方法。在骨的修復(fù)過程中，骨膜起到了尤為重要的作用。因此保存原有的骨膜或構(gòu)建骨膜支架可以明顯促進移植骨的整合和骨缺損的重建。

近日，來自美國羅切斯特大學(xué)肌肉骨骼研究中心的研究者們構(gòu)建了一種多功能多層納米纖維骨膜用于實現(xiàn)骨組織的修復(fù)與重建。為了增強這種納米纖維骨膜的修復(fù)作用，研究者將骨髓干細胞種植在這種支架的每一層，并將該組織工程骨膜包裹在小鼠的自體骨表面。觀察其在骨膜下骨和軟骨形成過程中的重要作用（圖1）。

圖1 使用細胞復(fù)合多層納米纖維骨膜修復(fù)長骨缺損

這種復(fù)合細胞的多功能多層納米纖維骨膜是如何構(gòu)建的呢？，研究者們首先使用聚已內(nèi)酯，膠原和羥基磷灰石按照一定比例混合后使用靜電紡絲技術(shù)構(gòu)建了納米纖維薄膜。之后，將小鼠的骨髓干細胞提取后種植在薄膜的表面。待細胞在薄膜上粘附后，將這種復(fù)合了細胞的薄膜疊加起來。通過觀察可以看到骨髓干細胞分布在支架的各層中，且分泌了大量的細胞外基質(zhì)（圖2）。

圖2 細胞復(fù)合多層納米纖維骨膜構(gòu)建方法 （A 靜電紡絲納米纖維薄膜；B 提取的小鼠骨髓干細胞；C 將多層薄膜疊加起來；D 多層疊加薄膜的大體形態(tài)；E-H 細胞與膠原在支架內(nèi)的分布）

為了驗證這種人工骨膜對骨缺損的修復(fù)作用，研究者在小鼠的股骨上構(gòu)建了一個4mm的缺損，并用這種骨膜包裹缺損骨對這一區(qū)域進行修復(fù)。研究發(fā)現(xiàn)，在術(shù)后的第三周，缺損區(qū)域出現(xiàn)軟骨修復(fù)，并在第五周軟骨量達到最大，第七周時基本修復(fù)完成。在修復(fù)過程中，有明顯的新骨形成和血管長入。且大量的骨細胞出現(xiàn)在了修復(fù)區(qū)域參與修復(fù)過程，證實該人工骨膜有效促進了骨組織的愈合與修復(fù)（圖3）。

圖3 人工骨膜在小鼠體內(nèi)促進骨修復(fù)的組織學(xué)觀察 （A-C 軟骨組織的產(chǎn)生與分布；D-F 新骨形成及血管長入； G-N 骨細胞遷移至缺損部位并參與缺損修復(fù)）

這種新型細胞復(fù)合多層納米纖維骨膜的出現(xiàn)為組織工程骨膜促進骨修復(fù)的研究提供了新的思路。相信隨著研究的進一步深入，該材料必將應(yīng)用于臨床使更多的骨損傷患者可以盡早康復(fù)。

來源：機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室
作者：姜楠，賀健康