1.课题来源：国家自然科学基金面上项目。背景：脊柱融合广泛应用于脊柱退变性疾病和脊柱的创伤、感染等疾病的治疗过程中，以重建脊柱的稳定性。自体骨由于具有骨诱导、骨传导和骨生成作用，被公认为是促进脊柱融合的金标准。但是自体骨移植仍会导致 5%~35%的单节段脊柱融合患者发生骨不融合，而多节段脊柱融合的患者假关节发生率则更高。另外自体骨来源有限，常伴有出血、感染等并发症，使其在临床上应用受到限制。异体骨和异种骨移植物由于免疫排斥反应等风险，也限制了它们的应用。因此，进一步研究骨再生的生物学机制，减少对自体骨用量，寻求自体骨移植物的替代材料来提高脊柱的融合率，一直是骨科医生面临的重要课题。 2.研究目的：①将硅磷酸钙(Si-CaP)/自体微小颗粒骨复合，使该支架载体具有骨诱导、骨传导和骨生成作用。②使该支架载体能够促进细胞粘附、增殖，并诱导骨髓间充质干细胞(BMSCs)向成骨细胞分化，使BMSCs /Si-CaP/自体微小颗粒骨成为理想的组织工程骨。③使构建的组织工程骨可替代自体骨，减少自体骨应用，从而提高脊柱融合率，缩短脊柱融合时间，为脊柱融合提供新的、有效的自体骨替代材料。意义：Si-CaP具有良好的生物相容性等优点，并且能够促进BMSCs粘附、增殖、分化，但是Si-CaP不具有骨生成作用。微小颗粒骨内的骨细胞具有生物活性，在修复骨缺损的过程中表达大量的骨生长因子，这些生长因子可诱导 BMSCs 向成骨细胞分化，但微小颗粒骨存在不易成型等缺点。因此本研究①将 Si-CaP 与自体微小颗粒骨复合，充分发挥该支架材料的三维多孔结构，从而促进细胞粘附和增殖。②将 Si-CaP/自体微小颗粒骨支架载体与 BMSCs 复合培养，能诱导 BMSCs 向成骨细胞分化，使其具有良好的生物学活性。③将 Si-CaP 与自体微小颗粒骨复合，能克服各自的缺点，使其成为既有骨传导性又有骨诱导性和骨生成作用的支架载体。④通过应用构建的组织工程骨在减少自体骨的用量情况下，提高脊柱融合率，缩短脊柱融合时间。 3.论点：本研究制备的Si-CaP/自体微小颗粒骨支架载体具有良好的生物活性、骨诱导、骨传导和骨生成作用，能够促进细胞粘附和增殖，并能够诱导BMSCs向成骨细胞分化，使BMSCs /Si-CaP/自体微小颗粒骨成为理想的组织工程骨，减少自体骨的应用。论据：本实验将Si-CaP与自体微小颗粒骨复合，构建支架载体，通过检测降解液的PH值，支架载体的失重率、吸水率及力学性能的变化，扫描电镜、Micro-CT，real-time RT-PCR等方法观察支架载体的形态和功能变化。本研究发现Si-CaP/微小颗粒骨支架载体具有有利于细胞粘附、增殖及分化的空间结构，良好的体外降解性能、力学强度及生物学活性，可作为自体骨的替代材料。进一步将BMSCs与Si-CaP/自体微小颗粒骨支架载体复合，见BMSCs在该支架载体上的细胞粘附率为80%，细胞增殖曲线明显，碱性磷酸酶（ALP）活性增强，real-time RT-PCR测成骨基因COL-I、ALP、OPN及细胞生长因子BMP-2和TGF-β1的表达均升高，扫描电镜观察和显微镜见BMSCs均匀粘附于支架载体，本研究发现Si-CaP/自体微小颗粒骨支架载体具有生物学活性，能够促进BMSCs 向成骨细胞转化。进一步将BMSCs与Si-CaP/自体微小颗粒骨支架载体复合植入兔脊柱融合的动物模型中，通过大体观察，手触力学，生物力学，HE观察，X线，CT三维重建，Micro-CT等方法观察脊柱融合情况。通过上述方法我们发现BMSCs复合Si-CaP/自体微小颗粒骨可促进脊柱融合，并表现出较高的融合率及融合强度，统计学分析其成骨效果与自体骨移植物无显著差别。本研究为脊柱融合提供新的、有效的自体骨移植物替代材料，为临床应用提供了实验基础和理论依据。 4.创新性：①构建 Si-CaP/自体微小颗粒骨支架载体。微小颗粒内有骨细胞存活，这些存活的骨细胞具有生物活性，将自体微小颗粒骨与 Si-CaP 复合克服了各自自身缺点。Si-CaP/自体微小颗粒骨支架载体具有骨诱导、骨传导等优点，使其明显优于其它支架载体，相信 Si-CaP/自体微小颗粒骨支架载体具有更强的成骨效果，应用于骨组织工程具有优势，该支架载体的应用在国内外文献中尚未见报道。② BMSCs 与 Si-CaP/自体微小颗粒骨支架载体复合培养，观察细胞在支架载体上粘附生长情况和细胞功能变化，使 BMSCs 向成骨细胞转化，而不需要添加矿化诱导剂，这在国内外文献中尚未见报道。③本研究构造的组织工程骨应用于脊柱融合的动物模型，提高脊柱融合率，缩短脊柱融合的时间，减少自体骨用量，具有良好的临床应用前景，本项目设计的组织工程骨有很强的原始创新性。 5.本研究构造的骨组织工程骨可以替代自体骨，减少取自体骨并发症，减轻患者和国家的经济负担。但本项目现仅应用于实验研究，尚未在临床应用，其效果有待进一步临床证实。 6.发表文章8篇，其中SCI 6篇，有2篇影响因子>5，2016、2017年于《全国脊柱脊髓基础研究及临床创新技术研讨会》上大会发言，该课题已培养8名硕士研究生。

哈尔滨医科大学附属第二医院

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