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神经营养因子-3基因修饰的骨髓间充质干细胞和水凝胶联合应用对脊髓损伤模型大鼠的治疗作用研究

中国比较医学杂志 2020年第7期30卷 1-12页

作者：赵宣淇张钰秦川张玲中国医学科学院医学实验动物研究所北京协和医学院比较医学中心北京100021

目的研究骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cells,BMSC)、神经营养因子-3(neurotrophic factor-3,NT-3)、水凝胶(hydrogels)对脊髓损伤的联合治疗作用。方法首先,培养大鼠BMSC基因修饰,使其过表达NT-3,制作水凝胶并搭载... 详细信息

目的研究骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cells,BMSC)、神经营养因子-3(neurotrophic factor-3,NT-3)、水凝胶(hydrogels)对脊髓损伤的联合治疗作用。方法首先,培养大鼠BMSC基因修饰,使其过表达NT-3,制作水凝胶并搭载细胞。然后,建立大鼠急性不完全性脊髓损伤模型并植入相应治疗。最后,术后通过运动行为学(Basso Beatlie Bresnahan,BBB评分)和病理学检测其对脊髓损伤的治疗作用。结果各个联合治疗组大鼠BBB评分均有不同程度增加,BMSC+NT-3+hydrogels组治疗作用最为明显。免疫组织化学检测显示各个联合治疗组神经元、神经纤维数目均有不同程度增加,星形胶质细胞数目较少。治疗组中,BMSC+NT-3+hydrogels组大鼠神经元、神经纤维数目最多,星形胶质细胞数目最少。所有结果组间比较差异均有统计学意义(P<0.05)。结论细胞(BMSC)、因子(NT-3)和支架(hydrogels)在治疗脊髓损伤中相互促进,联合移植于急性不完全性脊髓损伤模型大鼠,可提升模型大鼠后肢运用行为能力;促进损伤后神经元和神经纤维再生与修复并抑制损伤节段胶质瘢痕形成。本研究提示,制备更完美、可注射的细胞+因子+支架的复合材料,可对脊髓损伤神经修复再生的治疗提供新的思路。

关键词：脊髓损伤神经修复骨髓间充质干细胞神经营养因子组织工程学支架

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鸡内金拉伸力学性能及粘弹性本构模型

鸡内金拉伸力学性能及粘弹性本构模型

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作者：丁帅文大连理工大学

学位级别：硕士

天然聚合物因其优异的生物相容性、生物粘附性及可降解性,在医学领域备受关注。但目前医用天然聚合物材料普遍存在强度较低的问题,尤其在体内的湿润环境中,亲水性聚合物强度会大幅度下降,无法满足组织工程支架的力学要求。解决该问题的... 详细信息

天然聚合物因其优异的生物相容性、生物粘附性及可降解性,在医学领域备受关注。但目前医用天然聚合物材料普遍存在强度较低的问题,尤其在体内的湿润环境中,亲水性聚合物强度会大幅度下降,无法满足组织工程支架的力学要求。解决该问题的方法中,设计支架结构的方法,对强度的提升十分有限;合成复合材料的方法常以牺牲天然材料的生物学性能为代价;对分子结构进行调节的方法,具有从根本上改变聚合物特性的潜力,但在设计材料时常常缺少合适的参照。因而想要设计制造同时具有良好亲水性和力学性能的聚合物材料,就需要回到自然界中,向适应环境的生物材料寻找参考。本文运用仿生学思路,以生物材料鸡内金为研究对象,分别制备了沿褶皱和垂直于褶皱方向的拉伸试样,以考察鸡内金拉伸性能的方向性;通过构建湿度可控拉伸测试系统,测试不同含水量下鸡内金拉伸力学性能;通过将试样预先浸泡在不同pH值盐酸溶液中,衡量酸性侵蚀对其拉伸性能的影响。通过不同应变率拉伸、准静态拉伸加卸载及应力松弛实验对其粘弹性进行了测试,并使用广义Maxwell粘弹性本构方程对松弛实验数据进行拟合,构建了粘弹性本构方程。微观结构上,通过SEM观察试样拉伸变形后的液氮冻结剖面以及不同含水量下的断裂形貌,采用EDS分析技术对试样剖面的元素成分进行分析。结果表明,鸡内金能够吸收自身干重80%-100%的水分,具有良好的亲水性能;在沿褶皱方向上的拉伸强度明显高于垂直褶皱方向的强度,力学性能具有方向性;在沿褶皱方向上,高含水量下的强度是低含水量的4.8倍,具有水合增强特性,而目前获得广泛关注的亲水性双网络水凝胶、蜘蛛丝等材料,拉伸强度会随含水量提高而出现明显的下降;鸡内金强度和延伸率在pH值为3的酸性溶液中不会大幅下降,说明其适应肌胃内腔的酸性环境。粘弹性测试中,构建了真实应变0.262-0.916、应变率0.001 s-0.1 s时鸡内金的拉伸粘弹性本构方程。微观结构上,鸡内金由沿厚度方向生长的棒状结构和填充其间的基体组成,含水量较低时,基体受拉伸会发生脆性断裂,随含水量提高,基体断裂形式从脆性断裂向延性断裂转变,导致试样断裂的缺陷从基体上下表面的初始裂纹逐渐转变为内部的韧窝。成分上,棒状结构上有钙元素的特异性富集。鸡内金的拉伸性能可以适应肌胃内酸性液体环境并且满足肌胃运动的力学需求。鸡内金拉伸强度随含水量提高的性质,可以为提高天然聚合物在高湿度环境中的力学强度提供仿生学参照。本文提供的粘弹性本构方程可供相关力学研究参考。微观结构上,基体主要承受平面方向的拉伸,而棒状结构主要承受厚度方向的压缩和内腔食物的摩擦。

关键词：组织工程学支架生物材料鸡内金

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神经营养因子-3基因修饰的骨髓间充质干细胞和水凝胶联合应用对脊髓损伤模型大鼠的治疗作用研究

神经营养因子-3基因修饰的骨髓间充质干细胞和水凝胶联合应用对脊...

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作者：赵宣淇北京协和医学院

学位级别：硕士

目的可降解组织工程学支架搭载干细胞和神经营养因子联合治疗脊髓损伤(Spinal cord injury,SCI)是目前组织工程学领域和再生医学领域研究的热点和治疗的主流方法。脊髓损伤的临床治疗效果尚有争议,脊髓损伤后局部微环境的改变和神经再... 详细信息

目的可降解组织工程学支架搭载干细胞和神经营养因子联合治疗脊髓损伤(Spinal cord injury,SCI)是目前组织工程学领域和再生医学领域研究的热点和治疗的主流方法。脊髓损伤的临床治疗效果尚有争议,脊髓损伤后局部微环境的改变和神经再生的分子机制尚不明确。有效预防和减轻继发性损伤是解决脊髓损伤后神经系统运动、感觉功能恢复的关键。本课题研究骨髓间充质干细胞(Bone marrow mesenchymal stem cell,BMSC)、神经营养因子-3(Neurotrophic factors-3,NT-3)、水凝胶(Hydrogels)对脊髓损伤的联合治疗作用,并评价其安全性,脊髓损伤后神经再生与修复基础研究为进一步向临床研究转化奠定基础。方法首先,培养SD大鼠BMSC并对其进行基因修饰,使其过表达NT-3,并进行验证。然后,制作水凝胶(Hydrogels)并搭载细胞。通过手术切除脊髓的方式,建立SD大鼠急性、不完全性脊髓损伤模型。将实验大鼠分为假手术对照组(Sham)、脊髓损伤模型组(SCI model)、BMSC+NT-3组、BMSC+hydrogels 组、BMSC+hydrogels+GFP 组和 BMSC+hydrogels+NT-3组,共6组,每组8只,并植入相应治疗。最后,术后通过运动行为学(Basso Beatlie Bresnahan,BBB)评分和病理学检测其对脊髓损伤的治疗作用。结果各个联合治疗组SD大鼠BBB评分均有不同程度增加,其中BMSC+NT-3+hydrogels组治疗作用最为明显(P<0.0001)。免疫组织化学检测显示各个联合治疗组神经元、神经纤维数目均有不同程度增加,星形胶质细胞数目较少。治疗组中,BMSC+NT-3+hydrogels组大鼠神经元、神经纤维数目最多,星形胶质细胞数目最少。BMSC+hydrogels+NT-3组与BMSC+NT-3组相比神经元、神经纤维数目有显著增多,星形胶质细胞减少,胶质瘢痕减少。BMSC+hydrogels+NT-3组与BMSC+hydrogels+GFP组相比神经元、神经纤维数目增多,而星形胶质细胞形成的胶质瘢痕增生减少。BMSC+hydrogels+GFP组相比BMSC+hydrogels组神经元数目有一定的减少、星形胶质细胞数目增加,神经纤维数目无统计学差异。HE染色显示各组实验大鼠心、脑、肝、肾等脏器形态正常,提示BMSC、NT-3和hydrogels联合治疗脊髓损伤安全性良好。结论骨髓间充质干细胞、神经营养因子-3和水凝胶支架联合应用治疗脊髓损伤作用优于两者联合,具有相互促进的作用。联合移植应用于急性不完全性脊髓损伤模型大鼠,可提升模型大鼠后肢运用行为能力;促进损伤后神经元和神经纤维再生与修复并抑制损伤节段胶质瘢痕形成。本研究提示,制备更有效、可注射的细胞+因子+支架的复合材料,可对脊髓损伤神经修复再生的治疗提供新的思路。

关键词：脊髓损伤神经修复骨髓间充质干细胞神经营养因子组织工程学支架

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