Cytodext-3微载体藻酸钠水凝胶作为可注射性支架构建组织工程软骨的可行性

中国组织工程研究第20卷第34期2016–08–19出版ChineseJournalofTissueEngineeringResearchAugust19,2016Vol.20,No.34P.O.Box10002,Shenyang110180·研究原著·尹合勇，男，1990年生，湖北省黄石市人，汉族，硕士，主要从事软骨组织工程研究。通讯作者：彭江，博士，副研究员，硕士生导师，解放军总医院全军骨科研究所，北京市100853中图分类号:R318文献标识码:A文章编号:2095-4344(2016)34-05104-06稿件接受：2016-05-29Cytodext-3微载体/藻酸钠水凝胶作为可注射性支架构建组织工程软骨的可行性尹合勇1，2，孙振1，李盼3，余晓明1，徐亦驰1，孙逊1，2，肖波1，王玉1，汪爱媛1，郭全义1，徐文静1，卢世璧1，彭江1(1解放军总医院全军骨科研究所，北京市100853；2南开大学医学院，天津市300071；3河北医科大学，河北省石家庄市050017)引用本文：尹合勇，孙振，李盼，余晓明，徐亦驰，孙逊，肖波，王玉，汪爱媛，郭全义，徐文静，卢世璧，彭江.Cytodext-3微载体/藻酸钠水凝胶作为可注射性支架构建组织工程软骨的可行性[J].中国组织工程研究，2016，20(34):5104-5109.DOI:10.3969/j.issn.2095-4344.2016.34.014ORCID:0000-0002-0033-9501(尹合勇)文章快速阅读：文题释义：微载体培养：是一种特殊的细胞培养技术，因其具有扩增种子细胞并维持细胞表型的特点，成为动物细胞大规模培养的新方法。目前，微载体数量颇多，包括聚苯乙烯微载体、液膜微载体、中空多孔微载体、大孔明胶微载体及磁性微载体等。Cytodex-3微载体是目前使用比较广泛的一种商业化微载体。Cytodext-3微载体/藻酸钠水凝胶：微载体可负载细胞、生长因子等，而且具有流动性，也可用作可注射性支架材料，但单纯微载体注射至缺损处面临着可塑性差等问题。将藻酸钠水凝胶与商业化Cytodext-3微载体复合，构建了新型可注射性微载体/水凝胶复合支架。微载体与藻酸钠水凝胶的复合具有协同作用，藻酸钠水凝胶包裹微载体，使微载体具有可塑性，微载体的加入显著提高了藻酸钠水凝胶的力学强度。摘要背景：藻酸钠水凝胶和微载体均可作为注射性支架材料，但存在力学性能差和可塑性差等缺点。目的：探索Cytodext-3微载体与藻酸钠水凝胶复合体作为可注射性组织工程软骨支架的可行性。方法：制备可注射性Cytodext-3微载体/藻酸钠水凝胶复合支架、可注射藻酸钠水凝胶支架，检测两组支架的力学性能。将软骨细胞与Cytodext-3微载体置于生物反应中培养，获得负载软骨细胞的微载体，再与藻酸钠水凝胶复合，作为实验组；将软骨细胞与可注射藻酸钠水凝胶支架共培养，作为对照组，检测两组支架内的细胞活性、细胞合成DNA与糖胺聚糖的能力。结果与结论：①可注射性Cytodext-3微载体/藻酸钠水凝胶复合支架杨氏弹性模量高于可注射藻酸钠水凝胶支架(P0.05)；②对照组内软骨细胞呈圆形形状，均匀分布于藻酸钠凝胶中；实验组软骨细胞帖附于微载体表面，均匀分布于支架中；培养1d后，两组支架内部可见，亦可见大量死亡的软骨细胞；14d后，两组支架内均未发现死亡细胞，大量增殖软骨细胞保持较高的细胞活性，实验组细胞数量明显多于对照组；③随着时间的延长，两组细胞合成DNA与糖胺聚糖的含量逐渐增多，实验组DNA与糖胺聚糖含量高于对照组(P0.05)；④结果表明：Cytodext-3微载体/藻酸钠水凝胶复合体有望作为一种良好的具有可注射性的组织工程软骨支架。关键词：生物材料；软骨生物材料；微载体；可注射性；藻酸钠；软骨组织工程Cytodext-3微载体与藻酸钠水凝胶复合体的力学性能及生物相容性加入制备可注射性Cytodext-3微载体/藻酸钠水凝胶复合支架制备可注射藻酸钠水凝胶支架检测两组支架的力学性能Cytodext-3微载体兔软骨细胞置于生物反应中培养再与藻酸钠水凝胶复合培养检测支架内的细胞活性、细胞合成DNA与糖胺聚糖的能力尹合勇，等.Cytodext-3微载体/藻酸钠水凝胶作为可注射性支架构建组织工程软骨的可行性ISSN2095-4344CN21-1581/RCODEN:ZLKHAH5105:PengJiang,M.D.,Associateresearcher,Master’ssupervisor,PLAInstituteofOrthopedics,GeneralHospitalofChinesePLA,Beijing100853,China;主题词：软骨细胞；支架；组织工程基金资助：北京市科技专项(Z141107004414044)；国家高技术研究发展计划(863)资助项目(2012AA020502)Constructinginjectabletissue-engineeredcartilageusingcytodex-3microcarrierandalginatehydrogelYinHe-yong1,2,SunZhen1,LiPan3,YuXiao-ming1,XuYi-chi1,SunXun1,2,XiaoBo1,WangYu1,WangAi-yuan1,GuoQuan-yi1,XuWen-jing1,LuShi-bi1,PengJiang1(1PLAInstituteofOrthopedics,GeneralHospitalofChinesePLA,Beijing100853,China;2SchoolofMedicine,NankaiUniversity,Tianjin300071,China;3HebeiMedicalUniversity,Shijiazhuang050017,HebeiProvince,China)AbstractBACKGROUND:Alginatehydrogelandmicrocarrierbothcanbeusedasinjectablescaffolds,buttheirshortcomingssuchaspoormechanicalpropertyandpoorplasticityremainunresolved.OBJIECTIVE:Toexplorethefeasibilityofconstructinganinjectabletissue-engineeredcartilagewithcytodex-3microcarrier/alginatehydrogelcomposite.METHODS:Injectablecytodex-3microcarrier/alginatehydrogelcompositescaffoldandinjectablealginatehydrogelscaffoldwereestablished,andthemechanicalpropertiesofthetwoscaffoldsweredetected.Chondrocytes-seededcytodex-3microcarrierwasobtainedafterincubatedinthebioreactor,andthencompositedwithalginatehydrogelasexperimentalgroup;chondrocyteswereco-culturedwithalginatehydrogelascontrolgroup.Subsequently,cellviabilityandabilityofDNAandglycosaminoglycansynthesisweredetected.RESULTSANDCONCLUSION:TheYoung’smodulusoftheexperimentalgroupwassignificantlyhigherthanthatofthecontrolgroup(P0.05).Andinthecontrolgroup,chondrocyteswereinaroundshapeandevenlydistributedinthealginatehydrogel;intheexperimentalgroup,chondrocytesadheredonthescaffoldsurfaceandevenlydistributedinthescaffold.After1dayofculture,bothviableandnumerousdeadchondrocytescouldbefoundinbothtwoscaffolds;andafter14-dayculture,therewerenodeadchondrocytesinbothtwoscaffolds,abundantproliferatingchondrocytesmaintainedahighcellviability,andthenumberofchondrocytesintheexperimentalgroupwassignificantlyhigerthanthatofthecontrolgroup.What’smore,thecontentsofDNAandglycosaminoglycanswereinarisewithtimeinbothtwogroups,whichweresignificantlyhigherintheexperimentalgroupthanthecontrolgroup(P0.05).Theseresultssuggestthatthecytodex-3microcarrier/alginatehydrogelcompositeisapromisinginjectablescaffoldincartilagetissueengineering.Subjectheadings:Chondrocytes;Stents;TissueEngineeringFunding:theBeijingScienceandTechnologyProject,No.Z141107004414044;theNationalHigh-techResearchandDevelopmentProgramofChina(863),No.2012AA020502Citethisarticle:YinHY,SunZ,LiP,YuXM,XuYC,SunX,XiaoB,WangY,WangAY,GuoQY,XuWJ,LuSB,PengJ.Constructinginjectabletissue-engineeredcartilageusingcytodex-3microcarrierandalginatehydrogel.ZhongguoZuzhiGongchengYanjiu.2016;20(34):5104-5109.0引言Introduction关节软骨因缺乏血管、淋巴和神经支配，一旦损伤，难以自身修复[1]。传统的治疗方法如微骨折技术、骨膜修复、马赛克移植等均未获得令人满意的临床治疗效果[2-3]。软骨组织工程的兴起为这一常见损伤的治疗提供了新思路。支架选择是组织工程的一大要素。可注射性支架因其具有良好的生物相容性、操作简便、微创等优点，成为研究的热点[4-5]。藻酸盐存在于自然界，来源广泛，生物相容性好，而且可根据软骨缺损的大小、形状塑造出相应的凝胶填