定量超声技术评估组织工程骨修复家兔桡骨的骨强度

资源类型:pdf 资源大小:218.00KB 文档分类:医药、卫生 上传者:于志娟

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【作者】 赵勤鹏  范清宇  鱼兵 

【关键词】桡骨/损伤 骨髓细胞 骨密度 生物医学工程 超声检查 

【出版日期】2005-08-14

【摘要】目的:应用定量超声技术评估应用组织工程骨修复的家兔桡骨骨强度,探讨其成骨活性以及矿化规律。方法:实验于2004-04/2005-01在第四军医大学唐都医院骨实验室完成。选取健康30d龄家兔40只,随机分为两组,即聚乳酸-聚乙醇酸+骨髓基质细胞组,聚乳酸-聚乙醇酸组,20只/组。聚乳酸-聚乙醇酸+骨髓基质细胞组家兔自体骨髓基质细胞移植到预制形状的聚羟乙酸-乳酸中,体外复合培养1周后移植修复家兔桡骨15mm的缺损;聚乳酸-聚乙醇酸组采用单纯聚乳酸-聚乙醇酸对家兔桡骨骨缺损进行修复,未加入骨髓基质干细胞。对两组家兔的新生组织进行组织学、生物化学及放射线检查,12周后见新生骨完全填充了缺损,组织学显示其成骨过程为软骨内成骨。然后分别于12,16,22周对两组进行骨超声评估,测量超声波在桡骨中的传播速度。结果:实验纳入40只家兔全部进入结果分析。两组家兔骨缺损模型不同时期超声波在桡骨中的传播速度值的比较:①聚乳酸-聚乙醇酸+骨髓基质细胞组与聚乳酸-聚乙醇酸组在骨修复后12,16,22周均逐渐升高[(2890±99),(3010±108),(3106±116)m/s;(2720±96),(2910±101),(3100±98)m/s;P均<0.05]。②第12,16周聚乳酸-聚乙醇酸+骨髓基质细胞组传播速度值明显比聚乳酸-聚乙醇酸组快(P均<0.05);而第22周时两组传播速度值基本接近(P>0.05)。结论:应用定量超声技术检测到家兔桡骨骨缺损修复后不同时期的超声波在骨骼中的传播速度值,成骨活性呈动态变化,矿物质含量及骨强度均随时间的延长而升高,反映了修复后的骨髓基质细胞其组织工程骨的成骨能力增加。聚乳酸-聚乙醇酸+骨髓基质细胞组成骨活性、骨内矿物质含量及骨强度在骨修复后12,16周明显高于聚乳酸-聚乙醇酸组,至22周时两组成骨活性接近稳定,其骨强度大致相同。提示定量超声技术为组织工程骨的生物力学强度检测确定了一种新的方法。

【刊名】中国临床康复

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0引言采用组织工程的方法能够增加大体积骨缺损修复过程中的骨形成,为进一步过渡到临床实验提供了动物实验依据。但至于骨愈合后的生物力学性质,国内外应用骨密度仪或对矿物质含量进行检测,都很难科学的衡量骨强度这一重要指标。近年来定量超声技术应用到儿童和新生儿骨状况的分析中,根据超声波通过骨骼的声波速度等物理参数从而反映骨骼的特性,具有无辐射、无创伤、测量快速方便等优点,受到普遍欢迎并显示了广泛前景[1,2]。1材料和方法设计:完全随机分组设计。单位:解放军第四军医大学唐都医院全军骨肿瘤研究所。材料:实验于2004-04/2005-01在第四军医大学唐都医院骨实验室完成。选取健康30d龄家兔40只[由第四军医大学实验动物中心提供,动物质量合格证号:SCX K(军)2002-005],雌雄不拘,随机分为聚乳酸-聚乙醇酸+骨髓基质细胞组,聚乳酸-聚乙醇酸组,20只/组。设计、实施、评估者:均为本文作者,经过系统培训,未使用盲法评估。方法:将聚乳酸-聚乙醇酸+骨髓基质细胞组家兔自体骨髓基质细胞移植到预制形状的聚羟乙酸-乳酸中,体外复合培养1周后移植修复家兔桡骨15m m的缺损;聚乳酸-聚乙醇酸组聚乳酸-聚乙醇酸未加入骨髓基质干细胞。对两组家兔的新生组织进行组织学、生物化学及放射线检查,发现在新骨形成的各个阶段,聚乳酸-聚乙醇酸+骨髓基质细胞组的组织工程化新生骨组织的骨含量、胶原含量及放射线密度均大于聚乳酸-聚乙醇酸组。12周后见新生骨完全填充了缺损,组织学显示其成骨过程为软骨内成骨。然后进行骨超声评价,采用以色列sunlight公司的om inisense仪器进行超声波在桡骨中的传播速度测量。该仪器利用超声波在软组织中传播速度较骨骼中慢这一特点将发射装置和接收装置之间信号传递时间进行测量,从而计算出超声波的传播速度。该仪器包括3种不同大小的探头,根据需要选择。测量时先定位,仪器自动显示测量结果。主要观察指标:两组家兔骨缺损模型修复后12,16,22周的超声波在桡骨中的传播速度值。统计学分析:由第一作者采用SPSS10.0软件进行统计学处理,计量资料以x±s表示,组内对两组家兔桡骨在不同时期的超声波的传播速度值及组间对两组家兔骨缺损模型在同一时期的超声波的传播速度值采用成组t检验进行分析,以P<0.05为差异有显著性意义。2结果2.1实验动物数量分析实验共纳入家兔40只,均无骨不连、感染或死亡现象,全部进入结果分析。2.2两组家兔骨缺损模型不同时期超声波在桡骨中的传播速度值的比较第12,16周时聚乳酸-聚乙醇酸+骨髓基质细胞组超声波在桡骨中的传播速度值明显高于聚乳酸-聚乙醇酸组(P<0.05),说明复合骨髓基质细胞后的聚乳酸-聚乙醇酸成骨能力增加,至22周时两组超声波在桡骨中的传播速度值基本相同(P>0.05),说明成骨活性接近稳定。见表1。3讨论在临床工作中,骨缺损及骨不愈合十分常见,如何进一步提高骨缺损的治疗效果仍是引人关注的问题。近年来,随着细胞生物学和材料科学的发展,一些学者开始尝试将培养的细胞与人工细胞外基质复合后用于组织创伤的修复,已再生出具有仿真形态的软骨及皮肤组织[3],并已初步应用于临床,为组织创伤的修复包括骨组织的修复提供了新的可能,。组织工程学的发展趋势应用组织工程学原理和技术方法对创伤或病损的组织、器官进行修复与重建,是一种全新的治疗思路,超越了以往组织与器官修复重建的思维模式和技术手段,为组织与器官的修复重建带来了一场理论和技术方法上的革命,具有广阔的临床应用前景[4]。但是,单纯材料不具备诱导及成骨活性,这就需要与表1两组家兔骨缺损模型不同时期超声波传播速度值的比较(x±s,n=20,m/s)组别12周16周22周聚乳酸-聚乙醇酸+骨髓基质细胞组聚乳酸-聚乙醇酸组2890±99e2720±93010±108af2910±101b3106±116cg3100±98d组内与12周比较,at=3.75,P<0.05;bt=6.12,P<0.05;组内与16周比较,ct=2.74,P<0.05;dt=6.21,P<0.05;与聚乳酸-聚乙醇酸组比较,et=5.48,P<0.05;ft=3.12,P<0.05;gt=0.17,P>0.05功能互补的细胞结合。在骨组织工程修复骨缺损的研究中,对于细胞来源及生物材料的选择有一定的要求。其中细胞来源要求取材方便、成骨能力确切[5]。经过培养的骨髓基质细胞细胞贴壁生长、形态多为梭形及多角形细胞,不出现接触抑制,呈多层重叠生长,电镜下可见细胞形成胶原纤维并有钙盐沉积,具有成骨细胞相似的形态及生长特点[6]。骨强度是骨组织对抗发生骨断裂的能力,是骨组织能够承受的极限应力,集中反映了骨的质和量两个方面。当骨承受的应力略高于骨强度时,即发生骨折。在破骨期,成骨启动期或矿化尚未完成时骨强度相对较低。从骨折发生到骨重建完成的动态过程中,不同时期的骨组织呈现不同的骨强度[7]。生物力学认为:骨是一个有力学特征的组织体,可以感受骨负荷的变化从而维持本身的骨强度。超声波在骨骼中的传播速度值反映骨量,骨的微结构和骨的力学因素从而反映骨强度。定量超声技术可以提供多种参数,这些参数与骨密度、骨结构和骨生物力学特性相关。目前可供临床使用的定量超声产品不下10种[8],通常由发生器、探头和电脑组成,以色列sunlight公司生产的om inisense仪器已经准确、直接、方便的应用于儿科,对小儿骨强度的测量以及对儿童的营养与非营养方面疾病的诊断治疗帮助很大[9]。本实验将其用于组织工程实验,聚乳酸-聚乙醇酸+骨髓基质细胞组超声波在桡骨中的传播速度值明显高于聚乳酸-聚乙醇酸组,并且在骨折愈合过程中二者皆呈现矿化增加趋势,反映了在复合后的骨髓基质细胞的组织工程骨成骨能力增加。另外也可以看到,速度先快后慢。至22周时二者已无区别,说明成骨趋于平衡,已可达到力学负重要求。对于骨强度的测定,目前尚缺乏科学的方法。本实验仅作为一个初步的探讨,对超声技术的掌握还有欠缺,材料的选择也较单一,以上都有待改善。4参考文献定量超声技术评估组织工程骨修复家兔桡骨的骨强度@赵勤鹏$解放军第四军医大学唐都医院全军骨肿瘤研究所!陕西省西安市710032 @范清宇$解放军第四军医大学唐都医院全军骨肿瘤研究所!陕西省西安市710032 @鱼兵$解放军第四军医大学唐都医院全军骨肿瘤研究所!陕西省西安市710032桡骨/损伤;;骨髓细胞;;骨密度;;生物医学工程;;超声检查目的:应用定量超声技术评估应用组织工程骨修复的家兔桡骨骨强度,探讨其成骨活性以及矿化规律。方法:实验于2004-04/2005-01在第四军医大学唐都医院骨实验室完成。选取健康30d龄家兔40只,随机分为两组,即聚乳酸-聚乙醇酸+骨髓基质细胞组,聚乳酸-聚乙醇酸组,20只/组。聚乳酸-聚乙醇酸+骨髓基质细胞组家兔自体骨髓基质细胞移植到预制形状的聚羟乙酸-乳酸中,体外复合培养1周后移植修复家兔桡骨15mm的缺损;聚乳酸-聚乙醇酸组采用单纯聚乳酸-聚乙醇酸对家兔桡骨骨缺损进行修复,未加入骨髓基质干细胞。对两组家兔的新生组织进行组织学、生物化学及放射线检查,12周后见新生骨完全填充了缺损,组织学显示其成骨过程为软骨内成骨。然后分别于12,16,22周对两组进行骨超声评估,测量超声波在桡骨中的传播速度。结果:实验纳入40只家兔全部进入结果分析。两组家兔骨缺损模型不同时期超声波在桡骨中的传播速度值的比较:①聚乳酸-聚乙醇酸+骨髓基质细胞组与聚乳酸-聚乙醇酸组在骨修复后12,16,22周均逐渐升高[(2890±99),(3010±108),(3106±116)m/s;(2720±96),(2910±101),(3100±98)m/s;P均<0.05]。②第12,16周聚乳酸-聚乙醇酸+骨髓基质细胞组传播速度值明显比聚乳酸-聚乙醇酸组快(P均<0.05);而第22周时两组传播速度值基本接近(P>0.05)。结论:应用定量超声技术检测到家兔桡骨骨缺损修复后不同时期的超声波在骨骼中的传播速度值,成骨活性呈动态变化,矿物质含量及骨强度均随时间的延长而升高,反映了修复后的骨髓基质细胞其组织工程骨的成骨能力增加。聚乳酸-聚乙醇酸+骨髓基质细胞组成骨活性、骨内矿物质含量及骨强度在骨修复后12,16周明显高于聚乳酸-聚乙醇酸组,至22周时两组成骨活性接近稳定,其骨强度大致相同。提示定量超声技术为组织工程骨的生物力学强度检测确定了一种新的方法。R auch F,Schoenau E.Skeletaldevelopm ent in prem ature infants:a review of bone physiology beyond nutritional aspects.A rch D is Child Fetal N eonatalEd2002;86(2):F82-5 廖祥澎,张伟利.定量超声技术对儿童骨营养状况的评价[J].中华儿科杂志,2004,42(5):348-50 N erem RM.Tissue engineering in the U SA.M ed Biol Eng Com put1992;30(4):CE8-12 裴国献,金丹.组织工程学研究现状及发展趋势[J].中国矫形外科杂志,2000,7(5):482-4 V acanti CA,U pton J.Tissue-engineered m orphogenesis of cartilage and bone by m eans of cell transplantation using synthetic biodegradable polym er m atrices.Clin PlastSurg1994;21(3):445-62 W lodarski KH.Properties and origin ofosteoblasts.Clin Orthop R elatR es1990;(252):276-93 黄公怡.骨质疏松症骨的组织结构和力学特性[J].中华骨科杂志,2004,24(11):687-9 N jeh CF,Boivin CM,Langton CM.The role of ultrasound in the assessm entof osteoporosis:a review.O steoporos Int1997;7(1):7-22 廖祥澎,张伟利,何稼敏,等.定量超声技术对早期婴儿骨状况的评估作用[J].中国临床康复,2004,8(36):8302-4

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