脂肪干細胞復合聚乳酸共聚物對大鼠骨折愈合后生物力學的影響

趙俊延 陳柳柳 黃志明 董杰 李松軍

【摘要】 目的 探討脂肪干細胞（ADSCs）復合聚乳酸共聚物（PLGA）對大鼠骨折愈合后生物力學的影響。方法 56只成功建模的健康雌性大鼠， 隨機分為對照組和實驗組， 各28只。實驗組大鼠左側股骨骨折肢作為ADSCs組（采用單純ADSCs治療）， 右側作為ADSCs/PLGA組（采用ADSCs/PLGA治療）。比較治療4、8周后各組大鼠患肢股骨近端生物力學參數(shù)變化。結果 治療4、8周后， ADSCs組與ADSCs/PLGA組大鼠患肢股骨剪切強度、最大應力、最大載荷、彈性模量比對照組高， 剪切應變比對照組低， 差異均具有統(tǒng)計學意義（P<0.05）；ADSCs/PLGA組剪切強度、最大應力、最大載荷、彈性模量比ADSCs組高， 剪切應變比ADSCs組低， 差異均有統(tǒng)計學意義（P<0.05）。結論 ADSCs/PLGA能改善大鼠骨折愈合后的生物力學指標， 可提高骨質疏松骨折愈合力， 且效果優(yōu)于ADSCs。

【關鍵詞】 脂肪干細胞；聚乳酸共聚物；骨質疏松骨折；生物力學

DOI：10.14163/j.cnki.11-5547/r.2018.10.113

骨質疏松骨折多發(fā)于老年群體[1]， 目前臨床治療多采用內固定植入， 但由于該疾病大多屬于粉碎性骨折， 內置物易松動、脫出， 臨床療效并不理想， 再骨折發(fā)生率高[2]。隨著組織工程學的不斷發(fā)展， 各類新材料的出現(xiàn)使骨質疏松骨折的治療有了新的思路。PLGA是聚乙二醇酸（PGA）與聚乳酸（PLA）的共聚物， 是目前常用的支架材料， PLGA具有可塑性與生物降解性良好的優(yōu)點， 且能促進骨組織的生長[3]；ADSCs在不同條件刺激下可分化成不同細胞， 恢復組織細胞的修復功能， 且易大量獲得。本次實驗對骨質疏松骨折進行實驗報告如下。

1 材料與方法

1. 1 實驗材料

1. 1. 1 實驗動物 選取60只成年健康雌性SD大鼠作為研究對象（經(jīng)篩查達到骨質疏松標準）， 3～4月齡， 體質量160～200 g；大鼠均飼養(yǎng)于室溫（20±3）℃下， 每日12 h光照， 自由飲水進食的環(huán)境下成長。

1. 1. 2 實驗器材 胰蛋白酶、PLGA、胎牛血清、青霉素、骨密度儀、萬能力學測定機。

1. 2 實驗方法

1. 2. 1 ADSCs分離和培養(yǎng) 取大鼠3只， 頸椎脫臼處死后常規(guī)備皮， 消毒后取頸部、背部及下肢皮下脂肪， 注意分離可見筋膜和血管， 采用磷酸緩沖鹽溶液（PBS）沖洗3次；采用眼科剪將脂肪組織剪成1 mm×1 mm×1 mm組織塊， 置于濃度為1.5 g/L的Ⅰ型膠原酶中， 在37℃環(huán)境下處理1 h；浸泡液通過100目篩過濾后進行離心分離， 轉速為900 r/min， 時間持續(xù)10 min；含10%胎牛血清的應用DMEM液重新懸浮、接種。培養(yǎng)過程中需每天進行檢查， 移除呈檸檬色或呈紫色的渾濁培養(yǎng)液；待細胞達90%匯合時， 滴入2.5 g/L胰蛋白酶進行傳代培養(yǎng)。

1. 2. 2 ADSCs/PLGA復合體的構建 第3代ADSCs100%匯合后， 采用2.5 g/L胰蛋白酶進行處理， 離心后以3×109/L的細胞濃度懸浮細胞；取細胞懸液100 μl， 接種于PLGA， 置于培養(yǎng)皿中， 滴入含胎牛血清的DMEM培養(yǎng)液5 ml， 在37℃， 20 ml/L CO2培養(yǎng)條件下培養(yǎng)24 h；通過胰蛋白酶消化后進行洗滌、離心， 備用。

1. 2. 3 模型制作及分組干預 其余57只雌性大鼠行卵巢結扎摘除術， 常規(guī)喂養(yǎng)12周后進行骨密度篩選， 并采用線鋸于大鼠雙側股骨粗隆下0.8 cm處造橫向骨折， 再通過注射器針頭將骨折斷口逆行引導， 最后應用克氏針行髓內固定， 制成骨折模型。本次研究成功造模56只大鼠， 隨機分為對照組和實驗組， 各28只。對照組大鼠不做任何處理；實驗組大鼠左側股骨骨折肢進行單純ADSCs治療（ADSCs組）， 植入3×109/L的ADSCs懸液100 μl， 右側（ADSCs/PLGA組）采用ADSCs/PLGA共聚物注射在骨折周圍進行治療。術后采用青霉素進行抗感染治療， 正常喂養(yǎng)。治療4、8周后， 對照組和實驗組分別處死14只大鼠， 取出完整股骨， 測量生物力學參數(shù)變化。

1. 3 觀察指標 通過三點彎曲實驗測量大鼠雙側股骨第

4周、第8周剪切強度、剪切應變、最大應力、最大載荷、彈性模量等生物力學參數(shù)變化（對照組取雙側均值）。

1. 4 統(tǒng)計學方法 采用SPSS19.0統(tǒng)計學軟件處理數(shù)據(jù)。計量資料以均數(shù)±標準差（ x-±s）表示， 采用t檢驗；計數(shù)資料以率（%）表示， 采用χ2檢驗。P<0.05表示差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

治療4、8周后， ADSCs組與ADSCs/PLGA組大鼠患肢股骨剪切強度、最大應力、最大載荷、彈性模量高于對照組， 剪切應變低于對照組， 差異均具有統(tǒng)計學意義（P<0.05）；ADSCs/PLGA組剪切強度、最大應力、最大載荷、彈性模量高于ADSCs組， 剪切應變低于ADSCs組， 差異均具有統(tǒng)計學意義（P<0.05）。見表1。

3 討論

ADSCs主要從機體脂肪組織中提取得到， 是一種具有向多種組織分化潛能的干細胞。研究發(fā)現(xiàn)[4-5]， ADSCs在不同因子刺激下可分化為軟骨、成骨、肌肉、神經(jīng)、脂肪等組織器官， 且ADSCs較易獲取， 一次取材即可得到較多數(shù)量的細胞， 因此可將ADSCs作為促骨生成的種子細胞。

高分子材料是生物支架材料的重要組成， 被廣泛引入骨折的臨床治療中。PLGA是近幾年興起的新型生物材料， 具有良好的生物降解性與相容性， 且無毒， 可塑性強， 廣泛應用于醫(yī)學領域， 具有良好的效果。

本次實驗將ADSCs/PLGA共聚物復合體與ADSCs懸液植入骨質疏松骨折大鼠模型， 同時選擇未經(jīng)任何處理的骨質疏松骨折模型大鼠作為對照組， 結果顯示， 治療4周、8周后， ADSCs組與ADSCs/PLGA組大鼠患肢股骨剪切強度、最大應力、最大載荷、彈性模量比高于對照組， 剪切應變低于對照組， 差異均具有統(tǒng)計學意義（P<0.05）；這說明單純ADSCs治療與采用ADSCs/PLGA共聚物復合體進行治療均能促進愈合， 原因考慮為ADSCs能幫助骨骼修復， 加快骨折愈合[6]。ADSCs/PLGA組剪切強度、最大應力、最大載荷、彈性模量高于ADSCs組， 剪切應變低于ADSCs組， 差異均具有統(tǒng)計學意義（P<0.05）；這說明ADSCs/PLGA共聚物復合體能提高臨床效果與質疏松骨折后骨質愈合質量， 原因考慮為ADSCs能幫助促進新骨生成及血管生長， 而PLGA具有優(yōu)良的孔隙率及孔徑， 保證ADSCs的生長繁殖， 提高ADSCs效果， 加快骨折愈合[7-9]。

綜上所述， ADSCs/PLGA能改善大鼠骨折愈合后的生物力學指標， 可提高骨質疏松骨折愈合力， 且效果優(yōu)于ADSCs。但本次實驗僅證明ADSCs/PLGA共聚物復合體在動物實驗中具有良好效果， 實際臨床療效需應用臨床后行進一步研究。

參考文獻

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[收稿日期：2018-12-19]