胰島素樣生長(zhǎng)因子-Ι活化組織工程骨修復(fù)骨缺損的實(shí)驗(yàn)研究

1、胰島素樣生長(zhǎng)因子-活化組織工程骨修復(fù)骨缺損的實(shí)驗(yàn)研究鄧 江，黃文良，阮世強(qiáng)，苑 成，佘云峰黃文良，鄧 江，賈東林，阮世強(qiáng)，苑成（563002貴州 遵義，遵義醫(yī)學(xué)院第三附屬醫(yī)院骨科）摘要 目的 探討胰島素樣生長(zhǎng)因子-(IGF-）對(duì)羥基磷灰石（HA）及自體紅骨髓（ABM）復(fù)合物成骨誘導(dǎo)活性的作用效果。方法 在36只兔橈骨中1/3上制造骨缺損模型后，按隨機(jī)數(shù)字表法隨機(jī)分為4組，每組9只，空白組缺損不做任何處理， HA/ABM組、IGF-活化HA組、IGF-活化HA/ABM組組織工程骨分別植入骨缺損處。術(shù)后于各個(gè)不同時(shí)間點(diǎn)分別對(duì)動(dòng)物的行血清堿性磷酸酶(ALP)活性測(cè)定、X射線(xiàn)檢查觀察、組織學(xué)HE染色及

2、掃描電鏡檢測(cè)評(píng)價(jià)成骨情況。成骨情況按Lane-Sandh X射線(xiàn)及組織學(xué)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)分。結(jié)果 不同時(shí)間點(diǎn)血清ALP堿性磷酸酶活性、X射線(xiàn)，組織學(xué)及掃描電鏡結(jié)果顯示，IGF-活化HA/ABM組與其他各組比較，新骨形成量大，Lane-Sandhu X射線(xiàn)及組織學(xué)評(píng)分差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P0.05)。結(jié)論 IGF-對(duì)以HA為支架材料組織工程骨的成骨誘導(dǎo)作用明顯增強(qiáng)。關(guān)鍵詞 胰島素樣生長(zhǎng)因子-；組織工程骨；骨缺損；成骨誘導(dǎo)The experimental study of repairing bone defect by IGF-activated tissue engineered bone com

3、plex Deng Jiang,Huang Wenliang, RuanShiqiang, Deng Jiang, JiaDonglin, RuanShiqiang, Yuan Cheng.SheYunfeng Department of Orthopaedics, The hospital of Zunyi, Zunyi, 563002, P.R.China. Corresponding author:Deng Jiang. AbstractObjective to investigate the efficacy of insulin-like growth factor-(IGF-) o

4、steoinduction active on hydroxyapatite (HA)/ autogenous red bone marrow(ABM). Methods The animal model of bone defect was made on the bilateral radius of 36 rabbits, which were randomly divided into four groups. Defects were repaired with different transplant materials:with no implant in the blank c

5、ontrol group;with implant HA/ABM group; with implant IGF-activated HA group; with implant IGF-activated HA/ABM group. The examination of the level of serum alkaline phosphatase, X-ray exam, histology observation and scanning electronic microscope exam were performed at each times. Results each times

6、 and groups result analysis: group IGF-activated HA/ABM complex stimulated more bone formation than that of others. The difference of reconstructive ability has significant statistical significance compared with others(P0.05)，在術(shù)后2、4、8、12周各組間比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，且IGF-/HA/ABM組血清ALP活性顯著高于其他各組 (P0.05，表1)。表1 血清ALP

7、活性 (U/ml, ) 組別 術(shù)前 1周 2周 4周 8周 12周A空白組 38.23.81 61.32.55 72.13.30abc 90.17.22abc 89.48.10abc 82.27.45abcHA/ABM組B組 39.44.29 82.14.02 91.44.11ab 128.85.67ab 137.17.85ab 128.16.74abIGF-/HA組C組 40.13.69 71.45.38 82.25.34a 112.78.42a 120.49.21a 112.94.19aIGF-/HA/ABM組D組 38.93.87 83.94.10 102.14.04 143.96.35

8、 153.89.37 141.57.90a：P0.05，與IGF-/HA/ABM組比較；b：P0.05,與IGF-/HA組比較；c：P0.05,與HA/ABM組比較2.2 3 X射線(xiàn)檢查 空白組，各時(shí)間點(diǎn)均缺損存留，斷端骨髓腔閉塞。HA/ABM組, 4周植入物兩側(cè)斷端略顯模糊；8周植入物兩端模糊，密度有所增高，有少量骨痂影形成；12周高密度的骨痂影連接兩斷端。IGF-/HA組，4周植入物兩側(cè)斷端清晰，斷端骨吸收不明顯；8周植入物輪廓完整，兩端間隙開(kāi)始模糊，植入物兩端密度有所增高，出現(xiàn)骨痂影；12周兩端模糊，骨痂影密度增強(qiáng)。IGF-/HA/ABM組,4周植入物兩側(cè)斷端模糊，但仍可見(jiàn)截骨線(xiàn)，有少許

9、外骨痂影形成；8周植入物密度逐漸增高，截骨斷面間隙基本消失，有大量骨痂影形成；12周植入物與骨端形成融合，有部分髓腔再通跡象(圖2)。Lane-Sandhu X射線(xiàn)評(píng)分結(jié)果見(jiàn)表2，術(shù)后IGF-/HA/ABM組4、8、12周影像學(xué)評(píng)分均高于其他各組 (P0.05)。表2 各個(gè)時(shí)間點(diǎn)各組Lane-Sandhu X射線(xiàn)評(píng)分結(jié)果比較(n=6,) 組別 4周 8周 12周 空白組 1.990.25a 2.790.32a 3.270.08aHA/ABM組 6.040.29a 7.000.74a 8.290.44aIGF-/HA組 3.330.32a 4.290.62a 5.290.37aIGF-/HA/A

10、BM組 7.290.30 8.250.42 10.441.07 a：P0.05，與IGF-/HA/ABM組比較A：空白組；B：HA/ABM組；C：IGF-/HA組；D：IGF-/HA/ABM組圖2 術(shù)后12周X線(xiàn)片觀察2.34掃描電鏡觀察 空白組術(shù)后4、8周及12周缺損均為纖維組織填充。HA/ABM組術(shù)后4周，材料部分降解，與骨質(zhì)間存在微小間隙，材料和骨質(zhì)間有接觸性結(jié)合，間隙內(nèi)有少量骨痂充填，結(jié)構(gòu)疏松；術(shù)后8 周，骨質(zhì)與材料部分區(qū)域結(jié)合，隨著材料的降解吸收，骨質(zhì)與材料間隙已不明顯，間隙內(nèi)骨痂增多；術(shù)后12周，材料部分降解，新生板狀骨長(zhǎng)入材料的孔隙，骨缺損部分修復(fù)。IGF-/HA組術(shù)后4周，材料

11、未見(jiàn)降解，與骨質(zhì)間存在間隙，間隙內(nèi)未見(jiàn)異常組織，材料和骨質(zhì)間有接觸性結(jié)合，結(jié)構(gòu)較疏松；術(shù)后8周，骨質(zhì)與材料部分降解，骨質(zhì)與材料間隙有微小間隙，間隙內(nèi)有少量骨痂充填；術(shù)后12周，材料僅少部分降解，少量新生板狀骨長(zhǎng)入材料的孔隙，中部結(jié)構(gòu)仍疏松，骨缺損部分修復(fù)。IGF-/HA/ABM組4周時(shí)材料出現(xiàn)降解，材料與正常骨質(zhì)間出現(xiàn)間隙，間隙內(nèi)有骨痂產(chǎn)生充填；8周：材料進(jìn)一步降解，但材料與正常骨質(zhì)附著緊密，其間產(chǎn)生大量新生類(lèi)骨組織；12周時(shí)， 僅見(jiàn)少量材料，骨缺損區(qū)被成熟板層狀骨組織充填，材料與正常骨質(zhì)間已分不清界限，骨缺損大部分修復(fù)(圖43)。 A：HA/ABM組； B：IGF-/HA組； C：IGF-/

12、HA/ABM組 圖4 3 術(shù)后12周各組掃描電鏡觀察（SEM300）3討 論近年來(lái)骨組織工程應(yīng)用于骨缺損研究成為研究熱點(diǎn)之一。但至今尚未研制出一種較理想的組織工程骨應(yīng)用于骨缺損的修復(fù)。因此，構(gòu)建高活性的組織工程骨仍然是諸多研究者致力解決的難題。有研究認(rèn)為，骨缺損修復(fù)的關(guān)鍵是細(xì)胞活化和成骨信號(hào)釋放，而細(xì)胞因子是促使細(xì)胞向成骨細(xì)胞分化的信號(hào)分子3，4。在骨骼中，胰島素生長(zhǎng)因子是含量最豐富的信號(hào)分子。研究發(fā)現(xiàn)成骨量的增加和減少，最有希望的調(diào)控機(jī)制因子可能是生長(zhǎng)激素或是胰島素生長(zhǎng)因子5。我們采用IGF-提高CHA/ABM成骨誘導(dǎo)活性，增加成骨細(xì)胞合成，促進(jìn)骨缺損模型的修復(fù)。動(dòng)物模型選用兔長(zhǎng)骨干無(wú)需固定

13、法骨缺損模型，即兔前臂橈骨中1/3段缺損模型。本模型對(duì)動(dòng)物肢體功能影響小，術(shù)后恢復(fù)快，給術(shù)后觀察和飼養(yǎng)帶來(lái)方便，而且操作簡(jiǎn)便，重復(fù)性好6。與其他模型相比，此骨缺損模型較理想，是實(shí)驗(yàn)研究中應(yīng)用較多的動(dòng)物模型。本研究中檢測(cè)ALP水平。ALP的活性是成骨細(xì)胞的早期指標(biāo)，反映了細(xì)胞的成骨活性，其作用是水解有機(jī)磷酸酶釋放出無(wú)機(jī)磷，用于羥基鱗灰石的形成，是骨形成的特異酶7。IGF-/HA/ABM組中ALP明顯高于其他各組， HA/ABM組次之，空白組ALP水平最低，各組間比較有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P005)。說(shuō)明胰島素生長(zhǎng)因子在促進(jìn)細(xì)胞增殖的同時(shí)，也能促進(jìn)其進(jìn)一步分化成熟。X射線(xiàn)及組織學(xué)評(píng)分結(jié)果：IGF-/HA/

14、ABM組D組與其他各組比較有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P0.05)。再結(jié)合血清ALP檢測(cè)及掃描電鏡觀察結(jié)果顯示：IGF-/HA/ABM組D組成骨作用優(yōu)于其他各組，表明IGF-對(duì)HA/ABM成骨作用有促進(jìn)作用；HA/ABM組B組成骨作用僅次于IGF-/HA/ABM組D組；而C組（即IGF-/HA組）與IGF-/HA/ABM組D組相比,成骨作用有顯著差異，表明了單純吸附IGF-I的HA并不能顯著提高HA的成骨效果，通過(guò)ABM提供種子細(xì)胞才能發(fā)揮IGF-骨誘導(dǎo)的生物學(xué)效應(yīng)。利用IGF-活化HA/ABM,三者復(fù)合構(gòu)建具有較高生物活性的組織工程骨，充分體現(xiàn)骨再生、骨誘導(dǎo)及骨傳導(dǎo)3種機(jī)制，基本具備了理想移植材料所應(yīng)有的

15、特性。但I(xiàn)GF-系統(tǒng)是骨重建的一個(gè)環(huán)節(jié)，有許多問(wèn)題有待于進(jìn)一步研究8,9。如IGF-活化條件、劑量及安全性,自體骨髓僅能提供極少成骨干細(xì)胞細(xì)胞等問(wèn)題。隨著體外干細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)10及組織工程技術(shù)的不斷提高11,12，相信這些難題也將會(huì)得到解決。另外，IGF-對(duì)更大型動(dòng)物及動(dòng)物不同部位骨缺損模型骨誘導(dǎo)活性療效仍需進(jìn)一步探索，以為其今后能更好運(yùn)用于臨床治療。參考文獻(xiàn)：1Yao W,Zhong J,Yu J,et al.IGF-I improved bone mineral density and body composition of weaver mutant mice.Growth Horm IG

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