骨髓间充质干细胞联合血管内皮祖细胞修复骨质疏松性牙槽骨缺损

中国组织工程研究第20卷第19期2016–05–06出版ChineseJournalofTissueEngineeringResearchMay6,2016Vol.20,No.19P.O.Box10002,Shenyang110180·研究原著·文艺，女，1989年生，河南省新乡市人，汉族，2016年解放军第四军医大学毕业，硕士，主要从事口腔正畸临床治疗及干细胞成骨方面的研究。通讯作者：丁寅，博士，教授，解放军军事口腔医学国家重点实验室，解放军第四军医大学口腔医院正畸科，陕西省西安市710032中图分类号:R394.2文献标识码:A文章编号:2095-4344(2016)19-02748-08稿件接受：2016-03-31，杨鸿旭2，刘倩1，梁源1，刘竹影1，丁寅1(1解放军军事口腔医学国家重点实验室，解放军第四军医大学口腔医院正畸科，陕西省西安市710032；2解放军第四军医大学口腔医院口腔解剖生理学教研室，陕西省西安市710032)引用本文：文艺，杨鸿旭，刘倩，梁源，刘竹影，丁寅.骨髓间充质干细胞联合血管内皮祖细胞修复骨质疏松性牙槽骨缺损[J].中国组织工程研究，2016，20(19):2748-2755.DOI:10.3969/j.issn.2095-4344.2016.19.002ORCID:0000-0001-9938-2878(丁寅)文章快速阅读：文题释义：细胞膜片：细胞膜片技术获得的细胞具有丰富的细胞外基质，这些细胞外基质在膜片中构成一个完整的细胞层。与传统获取细胞膜片技术相比，实验制备细胞膜片过程中不使用胰蛋白酶消化，从而保存完整的细胞膜片结构，确保细胞间的联系不被破坏。血管化：在骨缺损修复过程中如果缺乏与宿主血液连接的功能性微脉管系统，工程骨的形成将受到限制。通常建立并保持良好的血液供应是组织生存所必需的。因此，血管内皮祖细胞近年来受到了更多的关注。当组织缺血时，血管内皮祖细胞和细胞因子均动员至损伤区域，继而分化成为成熟的血管内皮细胞，参与新生血管的形成。摘要背景：国内外已有多项研究证实雌激素可以调控血管内皮祖细胞的增殖和迁移能力，同时血管内皮祖细胞也可提高体外培养骨髓间充质干细胞的活性与功能。目的：评价骨髓间充质干细胞联合血管内皮祖细胞复合膜片修复去势大鼠牙槽骨缺损的能力。方法：将制备好的骨髓间充质干细胞/血管内皮祖细胞复合膜片、骨髓间充质干细胞膜片、血管内皮祖细胞膜片植入去势大鼠牙槽骨缺损处，或不植入作为空白对照。植入后2，4，8周分别取材，通过Micro-CT扫描的方法评价牙槽骨缺损的修复效果。结果与结论：相对于单一的正常骨髓间充质干细胞膜片以及单一的正常血管内皮祖细胞膜片，正常骨髓间充质干细胞/血管内皮祖细胞复合膜片具有更强的成骨活性以及骨修复能力。关键词：干细胞；骨髓干细胞；细胞膜片；骨髓间充质干细胞；血管内皮祖细胞；共培养；骨质疏松；牙槽骨缺损；国家自然科学基金主题词：骨质疏松,绝经后；牙槽骨质丢失；骨髓；间质干细胞；组织工程基金资助：国家自然科学基金(81170982)骨髓间充质干细胞与血管内皮祖细胞复合膜片修复骨质疏松性牙槽骨缺损骨质疏松模型鉴定模型成功鉴定Micro-CT血管内皮祖细胞骨髓间充质干细胞血管内皮祖细胞膜片制作细胞膜片骨髓间充质干细胞膜片骨髓间充质干细胞/血管内皮祖细胞膜片建立牙槽骨缺损3种膜片植入缺损成骨效果：相对于单一的骨髓间充质干细胞膜片以及血管内皮祖细胞膜片，骨髓间充质干细胞/血管内皮祖细胞复合膜片具有更强的成骨活性以及骨修复能力分离培养细胞文艺，等.骨髓间充质干细胞联合血管内皮祖细胞修复骨质疏松性牙槽骨缺损ISSN2095-4344CN21-1581/RCODEN:ZLKHAH2749’an710032,ShaanxiProvince,ChinaCorrespondingauthor:DingYin,M.D.,Professor,DepartmentofOrthodontics,SchoolofStomatology,theFourthMilitaryMedicalUniversity,Xi’an710032,ShaanxiProvince,ChinaBonemarrowmesenchymalstemcellscombinedwithendothelialprogenitorcellsforrepairofalveolarbonedefectinovariectomizedratsWenYi1,YangHong-xu2,LiuQian1,LiangYuan1,LiuZhu-ying1,DingYin1(1DepartmentofOrthodontics,SchoolofStomatology,theFourthMilitaryMedicalUniversity,Xi’an710032,ShaanxiProvince,China;2DepartmentofOralAnatomyandPhysiologyandTMD,SchoolofStomatology,theFourthMilitaryMedicalUniversity,Xi’an710032,ShaanxiProvince,China)AbstractBACKGROUND:Numerousstudieshavedemonstratedthatestrogencanregulatetheproliferationandmigrationofendothelialprogenitorcells(EPCs),whileEPCscanalsopromotethefunctionandactivityofbonemarrowmesenchymalstemcells(BMSCs)invitro.OBJECTIVE:ToevaluatetheabilityoftheBMSCsandEPCswhichconstructthecompositecellsheetintherepairofalveolarbonedefectinovariectomizedrats.METHODS:BMSCs/EPCscompositesheet,EPCssheetandBMSCssheetwererespectivelyimplantedintothedefectsofthealveolarboneinovariectomizedrats.Ratswithnoimplantationservedascontrolgroup.Repairedalveolarbonewasassessedbygrossexamination,histologicalobservationandmicro-CTscanat2,4,8weeksafteroperation.RESULTSANDCONCLUSION:BMSCs/EPCscompositesheethasgreaterosteogensisactivityandbonerepaircapacitythanBMSCsorEPCssheetalone.Subjectheadings:Osteoporosis,Postmenopausal;AlveolarBoneLoss;BoneMarrow;MesenchymalStemCells;TissueEngineeringFunding:theNationalNaturalScienceFoundationofChina,No.81170982Citethisarticle:WenY,YangHX,LiuQ,LiangY,LiuZY,DingY.Bonemarrowmesenchymalstemcellscombinedwithendothelialprogenitorcellsforrepairofalveolarbonedefectinovariectomizedrats.ZhongguoZuzhiGongchengYanjiu.2016;20(19):2748-2755.0引言Introduction骨组织是一种由细胞、纤维以及基质构成的矿化的结缔组织，它包括以下4种细胞：成骨细胞、骨衬细胞、骨细胞以及破骨细胞。骨在机体内发挥着重要的作用，例如支持保护软组织，容纳骨髓等。破骨细胞的吸收以及成骨细胞的骨生成，二者相互协调，使骨可以不断地进行重建[1-2]。当骨量大量丢失时会造成骨质疏松，导致骨密度降低、骨微结构退化。骨质疏松症在绝经后妇女中发病率较高，常常导致牙槽骨吸收加快，以及牙周组织的再生与修复难度增加[3]。目前，常用的骨修复手段有以下几种方式：骨移植、人工骨的应用以及组织工程骨。骨移植因其良好的临床效果作为修复骨缺损的首选材料，特别是当发生小范围缺损时应用较多，骨移植包括自体骨移植以及同种异体骨移植。自体骨移植有以下几个问题：如额外地增加了手术创伤与手术时间，移植骨的形态、大小等方面不易满足要求，可供骨源有限等。虽然同种异体骨骨源更加丰富，但可能增加了疾病传播的风险以及免疫排斥的可能。另外同种异体骨只有骨传导而无骨诱导作用，移植后骨折愈合时间可能相对较长。人工骨可以满足对移植骨量的需求，它是一种较为合理的替代物，但是其本身具有以下局限性，例如机械强度不足，骨传导、骨诱导以及骨结合能力较弱，生物降解性能较差。组织工程骨克服了自体、异体骨移植导致的供区损伤、移植免疫排斥和致病性等缺点，是一种理想的骨修复材料[4-5]。骨的愈合与修复都依赖局部微血管的生成，特别是在大范围缺损或者组织再生能力较差时，通过促进血管形成来提高骨组织的再生与修复能力是非常重要的。血管生成是修复骨缺损的关键步骤，它确保了充足的营养供应，废弃代谢产物的转移以及支持祖细胞的循环。如果在骨组织移植初期无法获得足够的血供，可能导致骨再生过程的中断、骨不愈合或者延迟愈合[6-8]。血管内皮祖细胞(endothelialprogenitorcells，EPCs)是血管内皮细胞(endothelialcell，EC)的前体细胞，可以发育和分化为外周血细胞和血管壁细胞，同时具有特异性归巢的能力，以及增殖、分化、形成新生血管的能力[9-12]。目前，国内外多项研究已证实雌激素可以调控血管内皮祖细胞的增殖和迁移能力，从骨髓中动员内源性血管内皮祖细胞也许是增加新血管生成的一种可行的方式，同时也可作为缺血性心血管疾病的治疗方法。促炎因子、生长因子、细胞因子、激素均可以动员血管内皮祖细胞[13-15]，并且血管内皮祖细胞又能提高体外培养骨髓间充质干细文艺，等.骨髓间充质干细胞联合血管内皮祖细胞修复骨质疏松性牙槽骨缺损P.O.Box10002,Shenyang110180胞的功能和活性。在适宜的实验条件下，骨髓间充质干细胞在体外有较强的增殖能力和分化能力，可以分化为骨、软骨以及脂肪组织。同时，骨髓间充质干细胞募集、增殖、分化成为成骨细胞受多种因素调控，包括细胞因子、激素、生长因子等。人们普遍认为内皮细胞与成骨细胞之间的关联可以调节血管形成以及骨形成细胞的分化从而调节骨代谢[16-18]。相当一部分研究也着眼于内皮细胞对于成骨细胞分化的影响[19-20]。因此，在体外培养环境中加入血管内皮祖细胞来逆转去势大鼠骨髓间充质干细胞的干细胞特性，提高去势大鼠牙槽骨缺损的修复效果，在理论上是有充分依据的。现已证实在雌激素缺乏的微环境下，骨髓间充质干细胞对于去势大鼠牙槽骨缺损的修复有一定促进作用[21-22]。但由于去势大鼠缺乏雌激素，降低了骨髓间充质干细胞的骨向分化能力，使骨髓间充