一种功能分级支架和骨髓来源的单核细胞用于股骨头坏死

股骨头骨坏死(ONFH)是一种使人衰弱的疾病,可能进展为股骨头塌陷,随后,退行性关节炎。核心减压(CD)是一种常用的关节保护手术,用于治疗早期(塌陷前)ONFH的中小型病变。然而,乳糜泻并不总是有效地预防疾病进展和股骨头塌陷。结构植入物包括带血管的腓骨移植物(VFG)和其他,或钽棒已经尝试增加机械支持。然而,VFG受到手术时间和康复时间的限制,以及供体部位的发病率。多孔钽金属种植体几乎没有组织学证据表明骨长入坏死区域,软骨下骨的机械支持不足。骨髓源性单核细胞(BMMC)注射也被用于临床,以提高再生能力。然而,BMMC注射骨再生不提供机械支持。因此,我们开发了一种多孔的、定制的、功能分级的支架(FGS),以促进骨长入和增加机械支持。在这项研究中,我们研究了一种新的FGS和BMMC治疗兔类固醇相关性ONFH的效果。

一种由骨髓衍生的功能分级支架。manbetx登录下载科学地图集

图1所示。脚手架设计(A)和预制FGS (B)

我们的新型多孔FGS是由聚己内酯(PCL)/β-磷酸三钙(β-TCP)复合材料制成的,由我们自己建造的3D打印机制造。FGS呈圆柱形,有3段不同孔隙度的设计以支持机械载荷:近段为股骨头软骨下骨,孔隙度为15%;远段为钻孔远端皮质骨,孔隙度为15%;中间段为转子中央区域,孔隙度为40%(图1)。

在单次肌内注射皮质类固醇以建立类固醇相关ONFH后4周,将家兔分为4组:CD组、FGS组、BMMC组和FGS + BMMC组。CD组仅在髋关节左侧行CD。FGS组CD后将FGS植入骨隧道。BMMC组从髂后嵴取骨髓浓缩后注入骨隧道。FGS + BMMC组在BMMC注射后插入FGS。术后8周取股骨,进行显微ct、生物力学和组织学分析。

显微ct显示,FGS组和FGS + BMMC组近段骨长入率显著高于CD组和BMMC组(图2)。在力学测试中,CD组和FGS组的所有样本均在股骨颈处骨折;两组在刚度或最大载荷失效方面无显著差异。CD组和BMMC组股骨头H&E染色显示隧道内可见骨小梁。相比之下,在FGS和FGS+BMMC组中,骨生长在多孔FGS周围和内部。CD组空腔隙率显著高于BMMC组和FGS+BMMC组。

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图2所示。显微ct,生物力学和组织学分析。将实验兔分为4组:CD组(N = 8)、FGS组(N = 8)、BMMC组(N = 3)、FGS + BMMC组(N = 3)。(A)显微CT分析显示,4组间近端新骨体积无显著差异。FGS组骨长入率显著高于CD组(P < 0.05)和BMMC组(P < 0.01)。FGS + BMMC组骨长入率显著高于BMMC组(P < 0.05)。经土耳其事后检验,*P < 0.05, **P < 0.01。(B)生物力学分析显示,CD组和FGS组的所有样本均在股骨颈处骨折,两组之间在刚度或最大载荷方面无显著差异。(C)股骨头H&E染色。已钻隧道面积:黄色虚线,FGS的空间:蓝色虚线。CD组空腔隙百分率显著高于BMMC组和FGS + BMMC组。 *P < 0.05 by Dunn post-hoc test.

目前的研究表明,在兔类固醇相关ONFH模型中,一种新型的3D打印定制FGS改善了CD后股骨头的生长。此外,骨髓基质细胞注入CD后,股骨头内的空腔隙减少。因此,新型3D打印定制FGS和BMMCs注射的结合提供了一种新的治疗方式,有可能改善早期ONFH的临床结果。

Masahiro Maruyama1Chi-Chun锅1,4斯图尔特·B·古德曼1、3杨云志1、2、3
1斯坦福大学医学院骨科,美国加州斯坦福
2斯坦福大学医学院材料科学与工程学院,美国加州斯坦福
3.生物工程,斯坦福大学医学院,斯坦福,加州,美国
4机械工程,斯坦福大学医学院,美国加州斯坦福

出版

功能分级支架和骨髓源单核细胞对激素性股骨头坏死的影响
Maruyama M, Nabeshima A, Pan CC, Behn AW, Thio T, Lin T, Pajarinen J, Kawai T, Takagi M, Goodman SB,杨玉萍
生物材料,2018年12月

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