使用組織工程骨膜實現骨組織修復與重建

骨折在人們的生活中很常見，由于缺少合適的材料，大范圍的骨組織缺損難以被修復。自體骨修復是一種常見的治療方法。在骨的修復過程中，骨膜起到了尤為重要的作用。因此保存原有的骨膜或構建骨膜支架可以明顯促進移植骨的整合和骨缺損的重建。

近日，來自美國羅切斯特大學肌肉骨骼研究中心的研究者們構建了一種多功能多層納米纖維骨膜用于實現骨組織的修復與重建。為了增強這種納米纖維骨膜的修復作用，研究者將骨髓干細胞種植在這種支架的每一層，并將該組織工程骨膜包裹在小鼠的自體骨表面。觀察其在骨膜下骨和軟骨形成過程中的重要作用（圖1）。

圖1 使用細胞復合多層納米纖維骨膜修復長骨缺損

這種復合細胞的多功能多層納米纖維骨膜是如何構建的呢？，研究者們首先使用聚已內酯，膠原和羥基磷灰石按照一定比例混合后使用靜電紡絲技術構建了納米纖維薄膜。之后，將小鼠的骨髓干細胞提取后種植在薄膜的表面。待細胞在薄膜上粘附后，將這種復合了細胞的薄膜疊加起來。通過觀察可以看到骨髓干細胞分布在支架的各層中，且分泌了大量的細胞外基質（圖2）。

圖2 細胞復合多層納米纖維骨膜構建方法 （A 靜電紡絲納米纖維薄膜；B 提取的小鼠骨髓干細胞；C 將多層薄膜疊加起來；D 多層疊加薄膜的大體形態(tài)；E-H 細胞與膠原在支架內的分布）

為了驗證這種人工骨膜對骨缺損的修復作用，研究者在小鼠的股骨上構建了一個4mm的缺損，并用這種骨膜包裹缺損骨對這一區(qū)域進行修復。研究發(fā)現，在術后的第三周，缺損區(qū)域出現軟骨修復，并在第五周軟骨量達到最大，第七周時基本修復完成。在修復過程中，有明顯的新骨形成和血管長入。且大量的骨細胞出現在了修復區(qū)域參與修復過程，證實該人工骨膜有效促進了骨組織的愈合與修復（圖3）。

圖3 人工骨膜在小鼠體內促進骨修復的組織學觀察 （A-C 軟骨組織的產生與分布；D-F 新骨形成及血管長入； G-N 骨細胞遷移至缺損部位并參與缺損修復）

這種新型細胞復合多層納米纖維骨膜的出現為組織工程骨膜促進骨修復的研究提供了新的思路。相信隨著研究的進一步深入，該材料必將應用于臨床使更多的骨損傷患者可以盡早康復。

來源：機械制造系統工程國家重點實驗室
作者：姜楠，賀健康