使用组织工程骨膜实现骨组织修复与重建

骨折在人们的生活中很常见，由于缺少合适的材料，大范围的骨组织缺损难以被修复。自体骨修复是一种常见的治疗方法。在骨的修复过程中，骨膜起到了尤为重要的作用。因此保存原有的骨膜或构建骨膜支架可以明显促进移植骨的整合和骨缺损的重建。

近日，来自美国罗切斯特大学肌肉骨骼研究中心的研究者们构建了一种多功能多层纳米纤维骨膜用于实现骨组织的修复与重建。为了增强这种纳米纤维骨膜的修复作用，研究者将骨髓干细胞种植在这种支架的每一层，并将该组织工程骨膜包裹在小鼠的自体骨表面。观察其在骨膜下骨和软骨形成过程中的重要作用（图1）。

图1 使用细胞复合多层纳米纤维骨膜修复长骨缺损

这种复合细胞的多功能多层纳米纤维骨膜是如何构建的呢？，研究者们首先使用聚已内酯，胶原和羟基磷灰石按照一定比例混合后使用静电纺丝技术构建了纳米纤维薄膜。之后，将小鼠的骨髓干细胞提取后种植在薄膜的表面。待细胞在薄膜上粘附后，将这种复合了细胞的薄膜叠加起来。通过观察可以看到骨髓干细胞分布在支架的各层中，且分泌了大量的细胞外基质（图2）。

图2 细胞复合多层纳米纤维骨膜构建方法 （A 静电纺丝纳米纤维薄膜；B 提取的小鼠骨髓干细胞；C 将多层薄膜叠加起来；D 多层叠加薄膜的大体形态；E-H 细胞与胶原在支架内的分布）

为了验证这种人工骨膜对骨缺损的修复作用，研究者在小鼠的股骨上构建了一个4mm的缺损，并用这种骨膜包裹缺损骨对这一区域进行修复。研究发现，在术后的第三周，缺损区域出现软骨修复，并在第五周软骨量达到最大，第七周时基本修复完成。在修复过程中，有明显的新骨形成和血管长入。且大量的骨细胞出现在了修复区域参与修复过程，证实该人工骨膜有效促进了骨组织的愈合与修复（图3）。

图3 人工骨膜在小鼠体内促进骨修复的组织学观察 （A-C 软骨组织的产生与分布；D-F 新骨形成及血管长入； G-N 骨细胞迁移至缺损部位并参与缺损修复）

这种新型细胞复合多层纳米纤维骨膜的出现为组织工程骨膜促进骨修复的研究提供了新的思路。相信随着研究的进一步深入，该材料必将应用于临床使更多的骨损伤患者可以尽早康复。

来源：机械制造系统工程国家重点实验室
作者：姜楠，贺健康