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四環凍干機—生物制品和生物組織凍干技術(八)

更新時間:2023-05-19 點擊次數:425
  • 5.4 骨骼和骨髓干細胞的凍干


    骨病和創傷引起的骨缺損或功能障礙是危害人類健康的主要原因之一。骨組織工程的提出、建立和發展為從根本上解決骨缺損的修復、結構以及功能重建提供了新的途徑,但目前的組織工程骨構建需要較長的時間且保存條件苛刻,不能達到“隨取隨用"的最終要求。1942年古巴醫生Inclan提出骨庫概念,1950年美國首先在馬里蘭州建立組織庫。骨庫的建立使臨床異體骨移植成為可能。


          5.4.1 凍干骨的生物性能                    

    早期保存異體骨的方法主要是冷凍和凍干處理,而凍干骨更被看好,來源包括肋骨、髂骨、下頜骨。這一點在后來Malinin等的動物實驗得到了證實。他們以9只狒狒為實驗對象,將冷凍骨與凍干骨分別植于動物脛骨近端對稱部位并做了組織學觀察,結果發現凍干骨不僅可以誘導成骨,且成骨速度優于冷凍骨。Sewell等分別在猴子下頜骨下緣兩側造成17mm×5mm的缺損,結果一側接受異體凍干骨移植的6只猴子其下頜骨塊處均獲得愈合。Pike和Boyne采用大段凍干骨和自體骨髓復合進行了狗和猴子下頜骨重建,證明異體凍干骨易于被宿主接受,但是6例實驗中有2例與口腔穿通將自體骨凍干后植入狗的節段性骨缺損獲得了成功,結果經統計學分析顯示自體骨凍干前后的孔隙率、植入骨與宿主骨的愈合時間、新骨骨痂形成量、成骨后的力學強度等均無顯著差異。

    1990年后,大段同種凍干異體骨移植研究繼續發展,國內外眾多學者分別進行了冷凍骨移植的臨床實踐,但整體來說大段異體骨移植還面臨動物實驗過少、臨床工作不系統的問題,目前自體骨移植在矯形外科依然占據絕對主導地位。同時,隨著骨庫的蓬勃發展,以Stevenson、Enneking等為代表的一批學者做了大量基礎和臨床研究,大段同種異體骨移植在骨科得到了廣泛和成功的應用。1993年Ellis等采用凍干異體骨結合自體松質骨進行了10例下頜骨重建,隨訪3.5年8例獲得成功,2人出現并發癥經過手術處理恢復良好。

    通過對西南醫院數百例凍干異體脫鈣骨基質(FDBM)使用患者的隨訪觀察,使用冷凍和凍干處理三個月以上的異體骨降低了原本的免疫活性,雖有抗原殘留但可以忽略其不良作用。自1965年Urist研究同種異體凍干骨的成骨功能以來,凍干脫鈣骨基質(FDBM)在臨床應用逐漸廣泛。FDBM有良好的孔隙率及孔隙間連通率,同時還保留了一定的骨誘導能力,其表面擁有礦物沉淀的位點,能與啟動和控制礦化的非膠原基質蛋白結合,因此還能促進礦物質的沉淀,促進骨生成。FDBM是應用特殊工藝制備的生物骨替代材料,由于精細的骨小梁結構和內部孔隙被保存下來,同傳統骨替代材料羥基磷灰石等相比具有較好的生物活性,近年被引入國內并很快應用于種植外科。Iwata等總結了FDBM的優點:保留部分骨誘導成分,能常溫貯存而基本不變質,可快速降解并被宿主骨替代,能長距離發揮骨傳導作用。

    我國總醫院口腔頜面外科許亦權等的研究表明,冷凍干燥骨具有骨抗原性更低、保存條件寬松的優點,是骨庫另一常用異體骨保存方法。但有人提出冷凍干燥處理將異體骨中的水分在短時間內降低到6%以下,造成骨膠原纖維發生微小裂隙,因此可以導致力學性能降低,也有人認為使用之前充分水化可以改善這一缺點。目前冷凍干燥法較多用于處理松質骨塊,四肢大段承重部位骨不進行冷凍干燥處理,關于皮質骨接受冷凍干燥處理后力學性能特點的報道較少。許亦權的研究中采用的冷凍干燥骨試件測試前經過了6h水化,結果發現:與新鮮組相比,冷凍干燥組在抗壓縮測試中最大載荷、最大位移降低,剛度升高,但是配對檢驗均無顯著性意義,方差分析最大位移顯著降低;在抗彎曲測試中冷凍干燥組的最大載荷降低30%,剛度升高41%,統計學差異顯著。這一結果與冷凍組表現出的特點相似,統計結果也顯示冷凍干燥組與冷凍組相比最大載荷、最大位移和剛度均無顯著性差異。這說明經過冷凍干燥處理的犬下頜骨硬而脆,抗彎曲能力下降比抗壓縮能力下降明顯。像冷凍組一樣,經過水化的冷凍干燥犬下頜骨仍然可以保持良好的外形并能提供較好的支持能力。

    侯天勇進行了凍干組織工程骨(FTEB)與組織工程骨(TEB)活性比較研究。取志愿者捐獻的骨髓和骨組織分別培養(hBMSCs)和制備脫鈣骨基質(DBM),取第3代hBMSCs與DBM復合構建TEB,分別于體外孵育3d、5d、7d、9d、12d、15d經過低溫干燥后得到凍干組織工程骨。將FTEB、TEB和DBM分別移植于30只6周齡BALB/C裸鼠皮下進行異位成骨實驗。移植術后4周各種移植物未見明顯鈣化;術后8周、12周,TEB和FTEB移植裸鼠皮下可以實現較好的異位成骨。通過X線片評分、CT值比較移植物鈣化程度,TEB和FTEB差異無統計學意義,而DBM未見明顯鈣化。HE染色顯示TEB和FTEB出現鈣化,DBM降解吸收??梢?,FTEB與TEB具有相似的成骨活性。


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