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.2014年3月4日；9（3）：e90716。
doi:10.1371/journal.pone.0090716。 2014年电子收集。

改变组织工程化肥大软骨移植物的结构有助于血管化并加速矿化

伊蒙·J·希伊 1, 塔蒂亚娜·维纳尔多 2, 玛丽E爽肤水 三, 康纳·T·巴克利 1, 丹尼尔·凯利 4
附属公司

改变组织工程化肥大软骨移植物的结构有助于血管化并加速矿化

伊蒙·J·希伊等。 公共科学图书馆一号. .

摘要

使用间充质干细胞（MSC）改造的软骨组织可以通过执行软骨内程序在体内生成骨骼，从而增加了人们对使用这种肥大移植物再生骨缺损的兴趣。在正常骨形成过程中，发育中的肥大软骨内的管在促进软骨内骨化中起着关键作用。受这一发育特征的启发，本研究的目的是通过改变支架结构来促进工程软骨构建物的软骨内骨化。我们的假设是，将通道引入到MSC依赖的水凝胶中，首先会促进体外放大的肥大软骨组织的发育，其次会加速体内移植物的血管化和矿化。MSC被封装在含有一系列微通道的水凝胶中，或封装在非通道“固体”对照中，并在已知促进软骨肥大表型的培养条件下维持。固体构建物在体外积累了更多sGAG和胶原蛋白，而通道构建物积累了更多钙。在体内，这些通道充当了血管化和加速工程移植物矿化的导管。通道内的软骨组织发生软骨内骨化，形成围绕造血骨髓成分的板层骨。这项研究强调了利用受骨骼发育过程启发的工程方法来增强软骨内骨再生策略的潜力。

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数字

图1
图1。10周后构建物的生化和µCT分析在体外文化。
固体和通道结构在软骨生成条件下培养5周，然后在肥厚条件下再培养5周。（A） sGAG、（B）胶原蛋白、（C）钙（湿重百分比）在5周和10周后固体和通道结构的累积在体外文化。每组分析3-4个结构。重要性第页<0.05:a与5周，b与固体结构。（D） 10周后实体和通道结构的µCT分析在体外文化。四分之一截面对应于结构深度约0.75 mm的区域。中心部分对应于结构深度～1.5 mm的区域。截面对应于120µm的厚度。所有图像的比例尺都是一致的。图像代表了所分析的3个结构。
图2
图2。植入前和植入后构件的生化分析。
固体和通道构建物在成软骨条件下培养5周，然后在肥大条件下培养1周，然后植入裸鼠皮下，分别在植入后4周和8周收获。（A） DNA含量，标准化为毫克湿重。（B） sGAG、（C）胶原蛋白和（D）钙含量（湿重%）。重要性第页<0.05:a与植入前，b与植入后4周，c与实体结构。每组3-4个结构在植入前进行分析。每组4–6个结构在植入后进行分析。
图3
图3。植入前和植入后构件的组织学。
将固体和通道构建体在软骨形成条件下培养5周，然后在肥大条件下培养1周，然后将其皮下植入裸鼠体内，在植入后4周和8周收获。构建物分别用阿尔西安蓝、微硅红和茜素红染色，以评估sGAG、胶原蛋白和钙积累。植入后8周的样本在组织学分析之前脱钙，因此此时未进行茜素红染色。图片显示了一半的构造。比例尺为500µm。
图4
图4。植入后结构的µCT分析。
植入后4周和8周通过µCT对结构进行分析，以检查矿化情况。（A） 每施工总体积的矿物体积百分比（%MV/TV）。每组分析3个结构。重要性第页<0.05:a与植入后4周，b与实体结构。（B） 植入8周后构建体的µCT图像显示矿化随深度的空间变化。四分之一截面对应于结构深度约0.75 mm的区域。中心部分对应于结构深度～1.5 mm的区域。截面对应于120µm的厚度。图像是分析的3个结构的代表。
图5
图5。植入后通道结构的血管化。
（A） 植入8周后从皮下口袋取出通道结构。（B） 植入后8周的通道结构图像。（C） 通道结构的图像纵向切成两半，以便通过通道的深度进行可视化。白色箭头表示通道内有血管组织。（D） 植入8周后的实体结构图像。（E） 植入后4周对通道进行H&E染色。（F） 植入4周后CD31染色一条通道。黑色箭头表示类似于容器的结构。（G） 植入4周后，对通道进行TdT染色。棕色和蓝色染色分别表示TdT阳性和阴性细胞。比例尺为25µm。
图6
图6。植入后构件的H&E染色。
植入后4周和8周，用H&E对结构进行染色，以检查骨形成。（A） 植入后4周固体结构。（B） 植入后4周进行通道构建。（C） 植入后8周进行实体构建。（D） 植入后8周进行通道构建。箭头表示成骨细胞的内衬在形成新骨，箭头表示骨基质中嵌入的骨细胞，虚线箭头表示造血元素at’-脂肪组织，‘wb’-编织骨，‘lb’-板层骨。主图像比例尺为500µm。插入比例尺为50µm。
图7
图7。植入前和植入后4周内通道的组织学和免疫组织化学。
检查通道以确定骨形成的途径。（A，E）阿尔西安蓝染色。（B，F）I型胶原染色。（C，G）胶原II染色。（D，H）胶原X染色。（A–D）预埋。（E–H）植入后4周。比例尺为50µm。
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赠款和资金

这项工作得到了爱尔兰科学基金会的支持，获得了爱尔兰总统青年研究员奖（批准号SFI/08/Y15/B1336）和欧洲研究委员会的启动资金（干修复项目编号258463）。资助者在研究设计、数据收集和分析、决定出版或编写手稿方面没有任何作用。