（1）课题来源与背景：国家自然科学基金面上项目（批准号：81371977）。 （2）研究的目的与意义：脊柱融合广泛应用于脊柱疾病的治疗过程中以重建脊柱稳定性。自体骨被公认是脊柱融合中骨移植材料的“金标准”。但自体骨来源有限同时存在取材部位并发症等问题限制了其临床应用。因此，寻求自体骨替代材料成为学者们研究的重要课题之一。本课题组10余年来一直从事骨组织工程领域的研究工作，在本项目支持下成功构建了Si-CaP/自体微小颗粒骨/BMSCs新型组织工程骨，并应用于脊柱融合的动物模型中，研究结果发现这种新型组织工程骨具有良好的成骨效果，达到了可以替代自体骨的作用。这一研究成果为临床上应用新型自体骨替代材料提供了新的思路，并奠定了前期的研究基础。 （3）主要论点与依据：近年来应用骨组织工程的方法探寻理想的自体骨替代材料成为骨科领域研究的热点内容之一。硅磷酸钙(Silicon-substituted calcium phosphate，Si-CaP)是一种新型陶瓷支架材料，与磷酸钙、羟基磷灰石材料相比，具有更好的骨传导性、骨诱导性、生物相容性和生物降解性。但是Si-CaP仍缺乏自身成骨能力。在本课题组近20年来对自体微小颗粒骨的研究中，我们发现自体微小颗粒骨可以作为骨化中心直接成骨，与传统的自体块状骨相比，自体微小颗粒骨中有更多的骨细胞存活，参与成骨的各个阶段。同时，自体微小颗粒骨在吸收过程中可以释放多种骨生长因子，这些生长因子能够促进骨髓间充质干细胞(Bone marrow stromal cells, BMSCs)向成骨细胞分化,减少了爬行替代的时间。但是自体微小颗粒骨也存在结构松散，易流失，不易成型，来源有限等缺点，同样限制了其应用。为了克服它们各自的缺点，我们首次将Si-CaP与自体微小颗粒骨复合，取长补短，充分利用各自的成骨活性，使其发挥协同作用，构建出了具有生物活性的支架载体并与BMSCs复合，最终成功构建出了一种新型组织工程骨。在体外研究中我们发现这种新型组织工程骨具有良好的生物学活性、降解性和机械强度，并能促进BMSCs向成骨细胞分化。在兔脊柱融合动物模型中我们通过手触力学、X线、CT三维重建、Micro-CT、HE染色、组织学定量分析、扫描电镜、细胞示踪等方法首次确定了Si-CaP/自体微小颗粒骨/BMSCs组织工程骨能够在减少自体骨用量的前提下促进脊柱融合，具有优良的成骨效果。这些研究结果充分说明该组织工程骨作为一种新型自体骨替代材料，具有巨大的临床应用潜力，为临床上开发新型自体骨替代材料提供了新的思路，并奠定了前期的研究基础。另外，我们在研究过程中进一步通过3D打印技术开发出了具有良好的生物相容性和三维立体空间结构及物理表征的3D打印的Si-CaP支架载体。同时我们也首次构建了BMSCs/3D打印的Si-CaP组织工程骨。在大鼠脊柱融合模型中发现BMSCs/3D打印的Si-CaP组织工程骨同样具有良好的成骨性能。 （4）创见与创新：①本研究创造性地将Si-CaP与自体微小颗粒骨、BMSCs复合，成功克服了Si-CaP与自体微小颗粒骨各自的缺点，充分发挥各自的成骨性能。该组织工程骨的构建在国内外未见报道。②本研究团队构建的Si-CaP/自体微小颗粒骨/BMSCs组织工程骨中的支架载体由于存在成活的骨细胞，具有生物学活性，这一特点在支架载体构建中尚属首创。③与传统的组织工程骨相比，我们构建的组织工程骨并不需要额外复合诱导剂及生长因子，就能达到与自体骨相似的成骨效果，这在以往国内外文献中未见报道。④在脊柱融合动物模型中，该组织工程骨具有与自体骨相似的成骨能力，为促进脊柱融合、减少自体骨用量以及自体骨替代材料研发等方面提供了新的思路与实验基础，并体现出了良好的临床应用前景，具有很强的原始创新性。⑤同时我们也构建了3D打印的Si-CaP支架载体，为进一步提高Si-CaP成骨性能及探究其成骨机制提供了前期实验基础。⑥在该项目研究过程中，本团队共发表相关高水平论文6篇，其中SCI收录4篇，中文核心期刊2篇。SCI论文累计影响因子：13.455。最新一篇SCI论文发表于Journal of Orthopaedic Translation 杂志，JCR分区：Q1区；影响因子：5.191，在86本SCI收录的国际骨科杂志中排名第6位。 （5）社会经济效益，存在的问题：本项目构建的组织工程骨可以减少自体骨用量、促进脊柱融合、解决自体骨来源不足等问题。对于减少临床上患者自体骨用量、促进脊柱融合、减少手术副损伤、缩短患者住院时间、减轻患者、国家和社会的经济负担具有重要价值。然而，在本项目研究中也存在需进一步解决的问题：为了使组织工程骨中支架载体具有生物活性，我们选择将Si-CaP与自体微小颗粒骨复合，自体骨的用量虽然明显减少，但仍需应用自体骨。因此，我们期望通过对Si-CaP改性，深入探讨Si-CaP促进BMSCs向成骨细胞分化的机制，改良体外培养过程中的外界因素，刺激BMSCs向成骨细胞定向分化，以达到在不应用自体骨的情况下，使组织工程骨发挥更好、更稳定的成骨性能，解决上述问题也将是我们下一步的研究方向。

哈尔滨医科大学附属第二医院

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