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因创伤、感染、肿瘤切除等所造成的颌骨缺损重建修复一直是口腔颌面领域研究的热点和难点。组织工程学的兴起为骨缺损的修复带来新技术和方法。间充质干细胞(mesenchynlal stem cells,MSCs)是一组组织特异的克隆细胞,存在于骨髓及外周组织,具有很强的自我复制和多向分化潜能。目前MSCs已成为骨组织工程研究最常用的种子细胞。 牙槽骨来源的干细胞(Alveolar bone marrow mesenchynlal stem cells,Al-BMSCs)是新发现的一种成体干细胞,来源于口腔内牙槽突。具有来源量大、获取方便、微创等优势。体外实验已证实,Al-BMSCs具有良好成骨定向分化能力。在裸鼠体内异位成骨的实验中,与骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchynlal stem cells,BMSCs)相较,牙槽松质骨来源MSCs显示了更高的成骨性能。因此,采用组织工程技术,把Al-BMSCs作为种子细胞修复受缺损骨组织具有潜在的临床应用价值。但目前仍缺乏使用Al-BMSCs进行大动物颌骨缺损重建的实验研究,也缺乏对Al-BMSCs和髂骨来源BMSCs成骨性能体外实验的比较。同时,对于颌骨缺损重建修复,来源于口腔内的MSCs是否比口腔外髂骨来源的MSCs在成骨方面更有优势,值得进一步探究。 目的: 构建犬下颌骨标准骨缺损(critical size defect,CSD)模型,研究比较Al-BMSCs、BMSCs复合β-三磷酸钙(β-tricalcium phosphate,β-TCP)支架材料修复CSD的效果,同时植入商业化纯钛种植体,比较两种细胞作用下组织工程骨对缺损的修复情况及新骨与种植体的结合强度,以期为Al-BMSCs进一步在临床应用研究奠定理论基础。 方法: 体外分离培养犬Al-BMSCs、犬BMSCs;使用流式细胞技术对两组细胞进行细胞表面抗原检测;将两组细胞定向诱导分化,检测两组细胞体外成骨矿化能力。 用扫描电镜检测生物支架材料β-TCP的结构形态及两组细胞与材料的黏附情况。 制备犬下颌骨CSD模型,植入商业化纯钛种植体,分别将犬Al-BMSCs与β-TCP复合物、犬BMSCs与β-TCP复合物、单纯β-TCP植入骨缺损区(n=6),设立空白对照组。术后12W取材,通过大体标本观察、 X线、Micro-CT检查,从形态学和组织学检测组织工程骨对SD修复情况及新骨与种植体的结合强度,对结果进行统计分析。 结果: 犬Al-BMSCs、犬BMSCs分离传代至第3代细胞,两组细胞通过细胞表面抗体检测,均高表达CD45、CD90和CD105,符合间充质干细胞的特征。 犬Al-BMSCs、犬BMSCs成骨诱导14、21d后,ALP活性检测显示:犬Al-BMSCs组阳性表达率高于犬BMSCs组,但两者无统计学差异(p>0.05)。 犬Al-BMSCs在成骨诱导4、7、14、21d,成骨、成血管相关基因和蛋白表现为稳定表达。在成骨诱导14d,犬Al-BMSCs与犬BMSCs两组细胞成骨及成血管相关基因表达量相近。 术后12W通过microCT和硬组织切片法观测计算,犬Al-BMSCs组、犬BMSCs组的BV/TV、BMD、BIC、新骨面积百分率均高于β-TCP组和空白组(p<0.01),而犬Al-BMSCs和犬 BMSCs之间无统计学差异(p>0.05)。 CLSM示踪显示术后4W犬Al-BMSCs组、犬BMSCs组新骨生成面积高于β-TCP组和空白组(p<0.01)。而术后8、10W,4组新骨生成面积无统计学差异(p>0.05)。 结论: 犬Al-BMSCs具有良好的体外定向分化能力。在成骨诱导下,稳定表达成骨及成血管相关基因。大动物体内实验结果表明,Al-BMSCs、BMSCs介导的组织工程骨,能有效地修复颌骨CSD,且两者介导下新骨生成面积和质量及与种植体的结合强度接近。