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目的: 前交叉韧带(ACL)损伤是临床上常见的膝关节疾患,常导致膝关节不稳,退行性骨关节炎及半月板等损害。由于其再生能力有限,所以韧带移植是主要的重建手段。临床上常利用自体或异体肌腱及人工材料进行移植或翻修,存在需求量大但来源有限的问题。而目前应用于临床的人工韧带并非生物重建,存在远期易发生蠕变、疲劳及力学失败。正常的韧带-骨结合部表现为典型的四层结构(韧带、纤维软骨、钙化纤维软骨和骨)。传统的单一结构支架材料体内重建后韧带与骨隧道之间是直接连接,由于没有重建韧带-骨结合部的解剖结构,往往导致生物固定失败。本研究拟利用蚕丝编织组织工程韧带支架并分区修饰,使用丝素蛋白、转化生长因子β3(TFG-β3)基因、骨形态发生蛋白2(BMP-2)基因分别修饰支架材料的韧带区、软骨区和骨区。以期接种于三相支架材料上的骨髓间充质干细胞(BMSCs)被诱导分化成成纤维细胞,软骨细胞及成骨细胞,在体内再生韧带-骨结合部,力争实现稳定的生物重建。 方法: 1.编织蚕丝网状支架,提取丝素蛋白,利用丝素蛋白、硫酸软骨素、透明质酸钠、羟基磷灰石(HA)及磷脂酰丝氨酸(PS)修饰三相支架,测定支架材料的孔径、表面元素、孔隙率、平衡脱水率、表面粗糙度及生物力学。 2.负载TGF-β3及BMP-2基因的慢病毒固化在支架的软骨区和骨区。以固化了慢病毒的支架为实验组,未固化慢病毒的支架为对照组。接种BMS Cs后利用荧光显微镜、扫描电镜(SEM)、实时定量PCR(RT-PCR)检测、观察两组支架细胞的增殖、粘附,以及相关基因的表达情况。 3.构建兔ACL断裂模型,随机植入实验组和对照组,术后4周、8周及12周取材。影像学、组织学及生物力学等方法评价两组支架,对比两组韧带-骨结合部的愈合情况。 结果: 1.修饰后支架的孔隙率为78.44±1.75%,含水率为79.72±1.36%;表面元素分析表明B区中的S和Na元素及C区中的Ca元素比A区有显著提高,并且修饰PS后P元素显著提高。表面粗糙度分析表明修饰HA材料的轮廓算数平均偏差显著增加。拉力及疲劳测试表明支架基本能够达到重建兔ACL的要求。 2.SEM及激光共聚焦显微镜观察BMSCs在支架上有较好的粘附增殖。RT-PCR表明随着时间的增加 B区的软骨细胞特异性基因表达增加,C区的成骨细胞特异性基因表达增加。 3.Micro-CT检测发现实验组支架内部的骨长入均高于对照组,且C区较为明显。组织学观察可见,对照组的支架与骨之间为纤维结缔组织填充,实验组可见骨样组织、软骨样组织长入支架内部,并成梯度分布,表现出良好的愈合情况。 结论: 基因修饰的三相蚕丝韧带具有良好的生物相容性,与未经基因修饰的支架相比能够更好的修复韧带-骨结合部形成仿生的结构,具有良好的应用前景。