骨组织是一个高度血管化和神经化的组织。无论在正常的骨损伤修复过程中还是在应用组织工程骨修复骨缺损的情况下,及时和丰富的血管再生是保证骨损伤正常修复和组织工程骨存活的基础。最近有文献报道在小鼠骨发育过程中存在两种血管内皮细胞亚型,即高表达CD31和Emcn的H型内皮细胞和低表达CD31和Emcn的L型内皮细胞。这两种内皮细胞亚型具有不同的形态、分布和功能特征。其中H型内皮细胞在介导小鼠骨发育成血管和成骨偶联的过程中起着重要作用。本研究第一部分对H型血管在正常成年大鼠长骨中的分布以及在正常和骨质疏松大鼠骨损伤修复中的分布和变化规律进行研究,目的是对H型血管在骨损伤修复中的地位和作用获得更深入的认识。通过研究我们发现,在正常成年大鼠长骨中也存在H型血管并特异的分布在靠近干骺端和骨内膜的骨小梁表面这些成骨活动活跃的部位;在正常大鼠骨损伤的修复过程中,H型血管在损伤后第3d即出现大量增生和分布;随着修复时间的进展,H型血管的量逐渐减少,但特异性的分布在靠近生长前沿的新生骨小梁的表面,在远离生长前沿的骨小梁表面分布显著减少;作为对照,在骨质疏松大鼠骨损伤修复的各个时期,H型血管增生的量均显著减少,并且未发现其特异性高分布,新生骨小梁数量和厚度显著减少且结构紊乱。结合以往的文献推测H型血管具有支持大鼠骨发育和骨损伤修复中新生骨小梁生长的作用,骨质疏松大鼠骨损伤修复中H型血管数量的显著减少是其成骨量少的重要原因。此外,我们还研究了在正常和骨质疏松大鼠骨损伤修复中成血管相关因子Hif-1α、VEGFA和成骨因子BMP2、Osterix转录水平的变化。研究发现在骨损伤后第3d,骨质疏松组Hif-1α和VEGFA的转录水平显著高于正常组;但在术后第7d和第14d,骨质疏松组Hif-1α和VEGFA的转录水平显著低于正常组;骨质疏松组成骨因子BMP2和Osterix的转录水平在术后3d、7d和14d均显著低于正常组;研究提示骨质疏松大鼠在损伤修复期成血管和成骨因子转录水平的显著降低也是其成血管和成骨量低下的原因。组织工程骨血管化和神经化程度不足是制约其向临床应用转化的重要原因。有学者发现将动静脉环或动静脉束移植入组织工程骨来修复骨缺损可以显著促进组织工程骨血管化和骨缺损的修复。另有学者发现将感觉神经束离断后移植入组织工程骨中也能起到与血管束植入相同的促成骨效果,其中的原因可能是移植入的神经束本身具有滋养血管,而且感觉神经束的植入可以通过CGRP、NPY和SP等外分泌递质的释放促进种子细胞的存活和成骨。据此,裴国献教授提出了组织工程骨血管化和神经化同步构建的理论。本研究第二部分通过分别将隐血管束与隐神经束同时植入组织工程骨、单纯隐血管束植入组织工程骨和单纯应用组织工程骨修复绵羊胫骨3cm大节段骨缺损,在术后3个月分别通过X线平片、微米X射线扫描后三维重建、生物力学检测以及VG染色评价各组骨缺损的修复效果和生物力学功能。结果显示,隐血管束和隐神经束联合植入组成骨量和材料的降解率均显著高于其他两组,并且获得了较其他两组更好的生物力学功能的恢复。本研究的结果提示组织工程骨血管化和神经化同步构建对于促进组织工程骨成骨和力学功能的恢复具有重要作用。