a:膜管封闭完整,膜管内间充质细胞大量聚集,有少量新骨形成;b:4周缺损区内间充质细胞仍然保持增殖活跃状态,形成条状软骨;c:8周膜管内骨缺损已被新生骨所连接,膜外形成少量骨痂。
图10 PLGA/bBMP+IGF-Ⅱ+bFGF组四环素免疫荧光(HE,×200)(略)
a:术后2周缺损区内骨小梁较多,骨小梁表面形成较窄的双标记线;b:4周缺损区内可见连续的双标记线;c:8周缺损区内骨小梁密集,双标记荧光线增宽。
2.4 组织形态计量学观察及统计学分析 术后各时间点组织形态计量学观察及统计学分析结果显示,三种诱导骨再生膜均能在体内诱导新骨的形成,明显优于对照组,其诱导成骨效果呈PLGA/bBMP+IGF-Ⅱ+bFGF>PLGA/bBMP+IGF-Ⅱ>PLGA/bBMP(见表1)。
2.5 外源性生长因子的免疫组化 免疫组化结果显示,2、4、8周时,对照组PLGA膜管内bBMP、IGF-Ⅱ和bFGF均显示阴性;实验D组,2周时膜管内BMP显示阳性(见图11a),IGF-Ⅱ和bFGF显示弱阳性(见图11b,c);4周和8周时bBMP显示弱阳性,而IGF-Ⅱ和bFGF均显示阴性。表明,bBMP在2~8周时间内均有持续的释放,而IGF-Ⅱ和bFGF在2周内有效释放。
图11 外源性生长因子的免疫组化结果(略)
a:术后2周,BMP显示阳性(HE,×200);b:术后2周,IGF-Ⅱ显示弱阳性(HE,×200);c:术后2周,b FGF显示弱阳性(HE,×100)。
3 讨论
3.1 诱导骨再生膜中多种生长因子的协同诱导成骨作用
表1 不同时间实验D组与其他组之间骨组织形态计量学比较(略)
MGBR技术在骨缺损修复中为骨细胞生长创造良好的环境,但它缺乏诱导新骨形成功能[1] 。骨诱导和骨形成是一个多种生长因子参与并调节的过程。BMP和bFGF是近年来研究较深入的两种生长因子,BMP的高效诱导成活性已被许多实验和临床研究证实[2] ,而bFGF能促进BMP诱导成骨和毛细血管生长。IGF-Ⅱ是对成骨细胞增殖和骨基质形成起重要调节作用的生长因子。研究表明,IGF-Ⅱ具有促进人和兔骨细胞有丝分裂和骨基质中胶原的合成。研究表明,骨折愈合和骨缺损修复期,BMP、bFGF和IGF-Ⅱ等生长因子可以通过自分泌或从骨基质中释放出来共同调节成骨细胞的活性[3] 。另外,bFGF和IGF-Ⅱ及IGF-Ⅱ与BMP之间在促进细胞分裂方面有协同作用[4] 。
因此,本实验将bBMP、bFGF和IGF-Ⅱ等多种生长因子吸附在PLGA膜上,旨在制备具有骨诱导和骨引导双重成骨作用的新型诱导骨再生膜。实验结果表明,复合bBMP、bFGF和IGF-Ⅱ的PLGA膜的骨缺损修复效果明显优于单纯PLGA膜和其他一种或两种生长因子复合膜,说明bBMP、bFGF和IGF-Ⅱ对PLGA膜的MGBR过程中具有协同诱导成骨作用。
研究表明,膜管内保持多种生长因子的高含量是MGBR成功的关键,而多种生长因子在MGBR过程中的协同作用机制尚不明确。BMP能诱导未分化的间充质细胞不可逆地分化成软骨细胞和骨细胞,但它仅是骨生成的启动因子,对已分化的成骨细胞、骨细胞及软骨细胞无进一步促进其增殖作用,甚至有抑制作用。而bFGF可促进成熟骨和软骨细胞增殖及成熟[5] ,刺激其他内源性生长因子的分泌,同时,bFGF又是一种强大的血管生长因子,能够刺激新生血管长入软骨内而加速骨化过程[6] 。因此,这两种生长因子联合应用后,bFGF刺激BMP诱导的骨和软骨细胞增殖分化,从而使这两种生长因子在生物学功能上形成互补,进而加速骨诱导和骨形成过程[9] ,生物效应更全面,而不只限于增加其作用的强度。IGF是骨基质中的生长因子之一,分为IGF-Ⅰ和IGF-Ⅱ,人骨基质中IGF-Ⅱ含量是IGF-Ⅰ的10~15倍。研究表明,IGF在体外促进破骨细胞的形成,刺激成骨细胞的功能活性,调节骨吸收,参与骨改建。本实验结果表明,PL-GA/bBMP+IGF-Ⅱ+bFGF组的大部分骨计量学指标均显著高于其他各组,尤其2周时明显。说明这三种生长因子在PLGA膜引导骨再生过程中的各时期起到良好的协同生物效应。本研究结果预示着具有协同作用的多种生长因子的联合应用,将可能是研究开发MGBR膜的重要途径。
3.2 PLGA膜对多种生长因子的缓释效应 良好的MGBR膜除了具有机械屏障和骨传导作用以外,还应是良好的生长因子载体,并能缓慢释放外援性生长因子促进新骨生长。PL-GA具有可控制的降解性能和物理
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