胰島素樣生長因子-Ι活化組織工程骨修復骨缺損的實驗研究

1、胰島素樣生長因子-活化組織工程骨修復骨缺損的實驗研究鄧 江，黃文良，阮世強，苑 成，佘云峰黃文良，鄧 江，賈東林，阮世強，苑成（563002貴州 遵義，遵義醫(yī)學院第三附屬醫(yī)院骨科）摘要 目的 探討胰島素樣生長因子-(IGF-）對羥基磷灰石（HA）及自體紅骨髓（ABM）復合物成骨誘導活性的作用效果。方法 在36只兔橈骨中1/3上制造骨缺損模型后，按隨機數字表法隨機分為4組，每組9只，空白組缺損不做任何處理， HA/ABM組、IGF-活化HA組、IGF-活化HA/ABM組組織工程骨分別植入骨缺損處。術后于各個不同時間點分別對動物的行血清堿性磷酸酶(ALP)活性測定、X射線檢查觀察、組織學HE染色及

2、掃描電鏡檢測評價成骨情況。成骨情況按Lane-Sandh X射線及組織學評分標準進行評分。結果 不同時間點血清ALP堿性磷酸酶活性、X射線，組織學及掃描電鏡結果顯示，IGF-活化HA/ABM組與其他各組比較，新骨形成量大，Lane-Sandhu X射線及組織學評分差異有統(tǒng)計學意義(P0.05)。結論 IGF-對以HA為支架材料組織工程骨的成骨誘導作用明顯增強。關鍵詞 胰島素樣生長因子-；組織工程骨；骨缺損；成骨誘導The experimental study of repairing bone defect by IGF-activated tissue engineered bone com

3、plex Deng Jiang,Huang Wenliang, RuanShiqiang, Deng Jiang, JiaDonglin, RuanShiqiang, Yuan Cheng.SheYunfeng Department of Orthopaedics, The hospital of Zunyi, Zunyi, 563002, P.R.China. Corresponding author:Deng Jiang. AbstractObjective to investigate the efficacy of insulin-like growth factor-(IGF-) o

4、steoinduction active on hydroxyapatite (HA)/ autogenous red bone marrow(ABM). Methods The animal model of bone defect was made on the bilateral radius of 36 rabbits, which were randomly divided into four groups. Defects were repaired with different transplant materials:with no implant in the blank c

5、ontrol group;with implant HA/ABM group; with implant IGF-activated HA group; with implant IGF-activated HA/ABM group. The examination of the level of serum alkaline phosphatase, X-ray exam, histology observation and scanning electronic microscope exam were performed at each times. Results each times

6、 and groups result analysis: group IGF-activated HA/ABM complex stimulated more bone formation than that of others. The difference of reconstructive ability has significant statistical significance compared with others(P0.05)，在術后2、4、8、12周各組間比較差異有統(tǒng)計學意義，且IGF-/HA/ABM組血清ALP活性顯著高于其他各組 (P0.05，表1)。表1 血清ALP

7、活性 (U/ml, ) 組別 術前 1周 2周 4周 8周 12周A空白組 38.23.81 61.32.55 72.13.30abc 90.17.22abc 89.48.10abc 82.27.45abcHA/ABM組B組 39.44.29 82.14.02 91.44.11ab 128.85.67ab 137.17.85ab 128.16.74abIGF-/HA組C組 40.13.69 71.45.38 82.25.34a 112.78.42a 120.49.21a 112.94.19aIGF-/HA/ABM組D組 38.93.87 83.94.10 102.14.04 143.96.35

8、 153.89.37 141.57.90a：P0.05，與IGF-/HA/ABM組比較；b：P0.05,與IGF-/HA組比較；c：P0.05,與HA/ABM組比較2.2 3 X射線檢查 空白組，各時間點均缺損存留，斷端骨髓腔閉塞。HA/ABM組, 4周植入物兩側斷端略顯模糊；8周植入物兩端模糊，密度有所增高，有少量骨痂影形成；12周高密度的骨痂影連接兩斷端。IGF-/HA組，4周植入物兩側斷端清晰，斷端骨吸收不明顯；8周植入物輪廓完整，兩端間隙開始模糊，植入物兩端密度有所增高，出現骨痂影；12周兩端模糊，骨痂影密度增強。IGF-/HA/ABM組,4周植入物兩側斷端模糊，但仍可見截骨線，有少許

9、外骨痂影形成；8周植入物密度逐漸增高，截骨斷面間隙基本消失，有大量骨痂影形成；12周植入物與骨端形成融合，有部分髓腔再通跡象(圖2)。Lane-Sandhu X射線評分結果見表2，術后IGF-/HA/ABM組4、8、12周影像學評分均高于其他各組 (P0.05)。表2 各個時間點各組Lane-Sandhu X射線評分結果比較(n=6,) 組別 4周 8周 12周 空白組 1.990.25a 2.790.32a 3.270.08aHA/ABM組 6.040.29a 7.000.74a 8.290.44aIGF-/HA組 3.330.32a 4.290.62a 5.290.37aIGF-/HA/A

10、BM組 7.290.30 8.250.42 10.441.07 a：P0.05，與IGF-/HA/ABM組比較A：空白組；B：HA/ABM組；C：IGF-/HA組；D：IGF-/HA/ABM組圖2 術后12周X線片觀察2.34掃描電鏡觀察 空白組術后4、8周及12周缺損均為纖維組織填充。HA/ABM組術后4周，材料部分降解，與骨質間存在微小間隙，材料和骨質間有接觸性結合，間隙內有少量骨痂充填，結構疏松；術后8 周，骨質與材料部分區(qū)域結合，隨著材料的降解吸收，骨質與材料間隙已不明顯，間隙內骨痂增多；術后12周，材料部分降解，新生板狀骨長入材料的孔隙，骨缺損部分修復。IGF-/HA組術后4周，材料

11、未見降解，與骨質間存在間隙，間隙內未見異常組織，材料和骨質間有接觸性結合，結構較疏松；術后8周，骨質與材料部分降解，骨質與材料間隙有微小間隙，間隙內有少量骨痂充填；術后12周，材料僅少部分降解，少量新生板狀骨長入材料的孔隙，中部結構仍疏松，骨缺損部分修復。IGF-/HA/ABM組4周時材料出現降解，材料與正常骨質間出現間隙，間隙內有骨痂產生充填；8周：材料進一步降解，但材料與正常骨質附著緊密，其間產生大量新生類骨組織；12周時， 僅見少量材料，骨缺損區(qū)被成熟板層狀骨組織充填，材料與正常骨質間已分不清界限，骨缺損大部分修復(圖43)。 A：HA/ABM組； B：IGF-/HA組； C：IGF-/

12、HA/ABM組 圖4 3 術后12周各組掃描電鏡觀察（SEM300）3討 論近年來骨組織工程應用于骨缺損研究成為研究熱點之一。但至今尚未研制出一種較理想的組織工程骨應用于骨缺損的修復。因此，構建高活性的組織工程骨仍然是諸多研究者致力解決的難題。有研究認為，骨缺損修復的關鍵是細胞活化和成骨信號釋放，而細胞因子是促使細胞向成骨細胞分化的信號分子3，4。在骨骼中，胰島素生長因子是含量最豐富的信號分子。研究發(fā)現成骨量的增加和減少，最有希望的調控機制因子可能是生長激素或是胰島素生長因子5。我們采用IGF-提高CHA/ABM成骨誘導活性，增加成骨細胞合成，促進骨缺損模型的修復。動物模型選用兔長骨干無需固定

13、法骨缺損模型，即兔前臂橈骨中1/3段缺損模型。本模型對動物肢體功能影響小，術后恢復快，給術后觀察和飼養(yǎng)帶來方便，而且操作簡便，重復性好6。與其他模型相比，此骨缺損模型較理想，是實驗研究中應用較多的動物模型。本研究中檢測ALP水平。ALP的活性是成骨細胞的早期指標，反映了細胞的成骨活性，其作用是水解有機磷酸酶釋放出無機磷，用于羥基鱗灰石的形成，是骨形成的特異酶7。IGF-/HA/ABM組中ALP明顯高于其他各組， HA/ABM組次之，空白組ALP水平最低，各組間比較有統(tǒng)計學意義(P005)。說明胰島素生長因子在促進細胞增殖的同時，也能促進其進一步分化成熟。X射線及組織學評分結果：IGF-/HA/

14、ABM組D組與其他各組比較有統(tǒng)計學意義(P0.05)。再結合血清ALP檢測及掃描電鏡觀察結果顯示：IGF-/HA/ABM組D組成骨作用優(yōu)于其他各組，表明IGF-對HA/ABM成骨作用有促進作用；HA/ABM組B組成骨作用僅次于IGF-/HA/ABM組D組；而C組（即IGF-/HA組）與IGF-/HA/ABM組D組相比,成骨作用有顯著差異，表明了單純吸附IGF-I的HA并不能顯著提高HA的成骨效果，通過ABM提供種子細胞才能發(fā)揮IGF-骨誘導的生物學效應。利用IGF-活化HA/ABM,三者復合構建具有較高生物活性的組織工程骨，充分體現骨再生、骨誘導及骨傳導3種機制，基本具備了理想移植材料所應有的

15、特性。但IGF-系統(tǒng)是骨重建的一個環(huán)節(jié)，有許多問題有待于進一步研究8,9。如IGF-活化條件、劑量及安全性,自體骨髓僅能提供極少成骨干細胞細胞等問題。隨著體外干細胞培養(yǎng)技術10及組織工程技術的不斷提高11,12，相信這些難題也將會得到解決。另外，IGF-對更大型動物及動物不同部位骨缺損模型骨誘導活性療效仍需進一步探索，以為其今后能更好運用于臨床治療。參考文獻：1Yao W,Zhong J,Yu J,et al.IGF-I improved bone mineral density and body composition of weaver mutant mice.Growth Horm IG

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