本文關(guān)鍵詞： 骨組織工程 生物反應(yīng)器 力學刺激 人誘導多能干細胞(hiPSCs) 人牙髓基質(zhì)細胞(hDPSCs) 羥基磷灰石/殼聚糖/明膠(HCG)支架 納米羥基磷灰石(nHA) 成骨分化　出處：《南京大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：當因各種疾患引起患者大塊頜骨缺損時,重建骨組織并恢復(fù)面部外形及咀嚼功能,提高患者臨床生存質(zhì)量極為重要。對于超過6-8 mm的骨缺損一般可以稱為大塊骨缺損,臨床上結(jié)合缺損的部位、病因、程度,選擇合適的治療方案。現(xiàn)階段的主要治療方法有自體或異體骨移植、外來材料種植、及組織工程技術(shù)(再生醫(yī)學)。相對于其它方法,組織工程骨具有能避免供區(qū)二次損傷,無免疫排斥反應(yīng)及疾病傳播等優(yōu)點,為最終實現(xiàn)無損傷骨缺損修復(fù)開辟了一條新途徑。骨組織工程的四個基本要素為種子細胞、支架材料、生長因子和生物力學微環(huán)境。傳統(tǒng)組織工程骨缺損修復(fù)是將種子細胞接種到支架材料,經(jīng)過一定時間的體外培養(yǎng)后,移植到體內(nèi)繼續(xù)構(gòu)建。但組織工程骨也有自身的缺點：沒有血供系統(tǒng)。營養(yǎng)物質(zhì)的供給和代謝產(chǎn)物的排出主要通過有限的彌散和滲透,這阻礙了大塊組織的構(gòu)建。所以目前,組織工程骨僅限于修復(fù)體積小、厚度薄的骨缺損,也僅處在動物實驗階段。我們通過以下方面的研究,嘗試解決大塊組織工程骨構(gòu)建中的一些難題。1)自制生物反應(yīng)器模擬口腔力學微環(huán)境,促進組織內(nèi)部營養(yǎng)供給、廢物移除和刺激細胞成骨分化；2)人誘導性多功能干細胞(hiPSCs)最新干細胞技術(shù)用于口腔頜面部成骨；3)合成新型復(fù)合材料羥基磷灰石／殼聚糖／明膠(HCG),通過改變納米羥基磷灰石(nHA)晶體結(jié)構(gòu)、增加nHA含量等提高其骨誘導活性；4)血管化組織工程大塊骨構(gòu)建,包括3個部分工作：缺損個體化信息采集及具有內(nèi)部管道的支架制作,體外細胞支架內(nèi)部種植及營養(yǎng)灌注、力學微環(huán)境模擬,及裸鼠體內(nèi)皮下移植。具體通過以下4個實驗完成：實驗1：體外模擬咀嚼循環(huán)三維細胞培養(yǎng)加力裝置的研發(fā)及自制的口腔生物反應(yīng)器促進牙髓干細胞(DPSCs)成骨分化。本實驗提供了一種模擬口腔力學微環(huán)境的細胞培養(yǎng)裝置,用于模擬口腔的咀嚼運動,模擬研究DPSCs在周期性的咀嚼壓力作用下的增殖分化情況。同時,本裝置還能調(diào)節(jié)所提供力學刺激的形式,境,在體外促進組織工程骨內(nèi)部細胞的營養(yǎng)和成骨分化。實驗2：新型細胞支架復(fù)合物的形成。本實驗使用在口腔臨床容易獲得的人牙齦纖維細胞(hGFs)重新編程后建立病人自體誘導性多功能干細胞(hiPSCs),成骨分化誘導后,用來形成骨組織,并驗證其用于臨床自體修復(fù)的可能性及前景。本實驗中合成的HCG-311提高HA在HCG復(fù)合支架材料中的含量至60 wt/wt%,更接近天然HA在人體骨中含量。體外實驗和裸鼠體內(nèi)皮下實驗證明HCG-311具有良好的機械性能、生物相容性、生物活性和高度的成骨誘導分化促進作用。hiPSCs和HCG-311細胞支架復(fù)合物作為新型的組織工程骨有實現(xiàn)臨床應(yīng)用轉(zhuǎn)化的潛在可能。實驗3：nHA具有納米級材料所具有的表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、和宏觀量子隧道效應(yīng)等特點。本實驗研究nHA的晶體結(jié)構(gòu)類型影響HCG復(fù)合支架材料的生物活性,從而影響hiPSCs的粘附、生長、增殖、和成骨分化。結(jié)果表明,相比較含棒狀nHA晶體的HCG支架,球形nHA晶體的HCG支架更加能夠增加hiPSCs的增殖和成骨分化。研究表明hiPSCs和含球形nHA的HCG細胞支架復(fù)合材料作為組織工程人工骨在修復(fù)大塊骨缺損中的可行性,為進一步的大動物實驗及臨床應(yīng)用提供理論及實驗依據(jù)。實驗4：大塊組織工程骨的患者個體化構(gòu)建。首先,通過CBCT掃描、對骨缺損部位、形態(tài)、體積三維重建成像；再次,生成骨缺損CAD模型,加入內(nèi)部管道的結(jié)構(gòu)設(shè)計；最后,快速成型技術(shù)(RP)技術(shù)制造個體化模具(本實驗中為16×16×16 mm3大小)及合成含有內(nèi)部管道的大塊HCG支架,觀察hiPSCs與支架的相容性及細胞生長增殖分化情況。預(yù)實驗中包括以下幾個方面：1)3D骨缺損模具及內(nèi)部管道的3D設(shè)計和打��；2)組織工程大塊骨支架制造；4)體外實驗(內(nèi)部細胞種植)；5)細胞支架復(fù)合物裸鼠體內(nèi)移植(內(nèi)部營養(yǎng)灌注)。
[Abstract]:In order to improve the quality of bone tissue engineering bone defects , it is very important to reconstruct bone tissue and restore facial contour and mastication function , and to improve the quality of clinical life of patients . In vitro experiments and subcutaneous experiments in nude mice show that HCG - 311 has good mechanical properties , biological compatibility , biological activity and high bone - forming differentiation .

【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：R68;R318.08
，

本文編號：1506553