骨髓间充质干细胞复合Ⅰ型胶原修饰的 PLGA 微球支架在骨质疏松

部位成骨的研究

北京大学第一医院 于峥嵘 李淳德 朱天岳 刘宪义

孙浩林 杨昕

研究背景 骨质疏松症（ OP ）—影响人类健康第

四大疾病 新鲜脊柱压缩骨折治疗方法

PVP PKP

OP— 干细胞（ MSCs ）增殖和成骨分化能力下降

PLGA( 聚乳酸聚乙醇酸共聚物 )微球 -骨组织工程材料

Ⅰ型胶原 -骨组织重要的细胞外基质 BMSCs 复合 PLGA 微球支架预防和治

疗骨质疏松骨折无相关报道

研究方法

三月龄雌性未孕 SD 大鼠 40 只去势

术后三个月，随机分为对照组、 PBS 组、 Cell 组、 MS 组、Cell+MS 五组于股骨粗隆间注入不同材料

术后 4 周、 12 周各处死 20 只。测定骨密度和形态计量学参数（ Micro CT ）

了解手术部位骨密度和骨结构变化情况

BMSCs 复合 I 型胶原修饰的 PLGA 微球支架注射到骨质疏松大鼠股骨粗隆间了解术后骨质情况

扫描电镜（ SEM ）观察 PLGA 微球支架结构

未经 I 型胶原修饰的 PLGA 微球支架（左 ×50 ，右 ×50

0 ）

I 型胶原修饰的 PLGA 微球支架（左 ×50 ，右 ×500 ）

研究结果

微球支架与 BMSCs 共同培养 14 天（ SEM ）

未处理的 PLGA 微球（左 ×200 ，右 ×500 ）

I 型胶原处理的 PLGA 微球（左 ×200 ，右 ×500 ）

微球支架与 BMSCs 共同培养 14 天FDA-PI 染色（免疫荧光显微镜 ×100 ）

未处理的 PLGA 微球 I 型胶原修饰的 PLGA 微球

BMSCs 与 I 型胶原修饰的 PLGA 微球支架共同培养 7 天扫描电镜（左图： ×50 ，右图： ×1000 ）

不同组间动物术后 1 个月股骨粗隆间骨密度的比较（ ）sx

分组 F值 P值对照组（ n=4）

PBS组（ n=4）

Cell组（ n=4）

MS组（ n=4）

Cell+MS组（ n=4）

BMD（ g/cm2）

0.266±0.002

0.266±0.076

0.290±0.025

0.296±0.032

0.334±0.011

8.564 0.073

股骨粗隆间注入材料后 1 个月 Micro CT 上图从左至右为对照组、 PBS 组和 Cell 组 下图从左至右为 MS 组和 Cell+MS 组

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不同组间动物术后 1 个月股骨粗隆间骨小梁组织形态学的比较（ ）sx

分组 统计量

P值对照组（ n=4）

PBS组（ n=4）

Cell组（ n=4）

MS组（ n=4）

Cell+MS组（ n=4）

Tb.Th(um)

448.98±33.26

255.13±52.43

422.33±12.70

274.21±40.34

459.65±28.31

F=30.541

＜0.001

%Tb.Ar(%)

9.30±0.57

8.42±0.88

8.00±1.39

7.66±1.15

9.61±0.29

F=3.150

0.046

Tb.Sp(um)

3165.72±54.61

3235.53±281.38

2919.79±477.25

2944.60±213.56

2645.81±94.91

χ2=9.614

0.047

术后 1 个月骨小梁厚度 (Tb.Th) 组间比较（ P 值）

对照组 PBS组 Cell组 MS组 Cell+MS组

对照组 - ＜0.001**

0.311 ＜0.001**

0.680

PBS组 - - ＜0.001**

0.464 ＜ 0.001**

Cell组 - - - ＜0.001**

0.162

MS组 - - - - ＜ 0.001**

Cell+MS组 - - - - -

**P<0.01

术后 1 个月骨小梁面积百分比 (%Tb.Ar) 组间比较（ P 值）

对照组 PBS组 Cell组 MS组 Cell+MS组

对照组 - 0.203 0.070 0.026* 0.651

PBS组 - - 0.542 0.273 0.093

Cell组 - - - 0.614 0.029*

MS组 - - - - 0.010*

Cell+MS组 - - - - -*P<0.05

术后 1 个月骨小梁分离度 (Tb.Sp) 组间比较（ P 值）对照组 PBS组 Cell组 MS组 Cell+MS组

对照组 - 1.000 0.248 0.083 0.021

PBS组 - - 0.248 0.248 0.021

Cell组 - - - 0.564 0.248

MS组 - - - - 0.043

Cell+MS组 - - - - -

正态性检验，方差不齐（ P ＜ 0.05 ）采用 KW 法，任两组比较采用 Mann-Whitney 检验，检验水准调整为 0.05/10=0.005

不同组间动物术后 3 个月股骨粗隆间骨密度的比较（ ）sx

分组 统计量

P值对照组（ n=4）

PBS组（ n=4）

Cell组（ n=4）

MS组（ n=4）

Cell+MS组（ n=4）

BMD（ g/cm2）

0.25±0.01

0.20±0.01

0.28±0.03 0.28±0.02 0.32±0.01

F=27.832

＜0.001

术后 3 个月骨密度（ BMD ）组间比较（ P 值）

对照组 PBS 组 Cell 组 MS 组 Cell+MS 组对照组 - 0.002 ** 0.021 * 0.013 * ＜ 0.001**

PBS 组 - - ＜0.001**

＜0.001**

＜ 0.001**

Cell 组 - - - 0.805 0.008 **

MS 组 - - - - 0.013 *

Cell+MS 组 - - - - -*P<0.05 ， **P<0.01

股骨粗隆间注入材料后 3 个月 Micro CT 上图从左至右为对照组、 PBS 组和 Cell 组 下图从左至右为 MS 组和 Cell+MS 组

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不同组间动物术后 3 个月股骨粗隆间骨小梁组织形态学的比较（ ）sx 分组 统计

量P值

对照组（ n=4）

PBS组（ n=4）

Cell组（ n=4）

MS组（ n=4）

Cell+MS组（ n=4）

Tb.Th(um)

101.68±6.47

85.51±11.47

265.67±40.61

219.84±76.65

372.81±38.45

F=31.021

＜0.001

%Tb.Ar(%)

5.23±0.29

4.73±1.10

6.29±0.20

6.11±0.91

6.65±0.25

F=5.714

0.005

Tb.Sp(um)

4757.10±555.72

4670.25±611.59

1769.37±115.48

3700.16±192.90

1559.03±57.06

χ2=17.386

0.002

术后 3 个月骨小梁厚度 (Tb.Th) 组间比较（ P 值）

对照组 PBS 组 Cell 组 MS 组 Cell+MS 组对照组 - 0.601 ＜ 0.001** 0.001 ** ＜ 0.001**

PBS 组 - - ＜ 0.001** ＜0.001**

＜ 0.001**

Cell 组 - - - 0.151 0.003 **

MS 组 - - - - ＜ 0.001**

Cell+MS组

- - - - -** P<0.01

术后 3 个月骨小梁面积百分比 (%Tb.Ar) 组间比较（ P 值）

对照组 PBS 组 Cell 组 MS 组 Cell+MS组

对照组 - 0.301 0.040 * 0.081 0.009 **

PBS 组 - - 0.005 ** 0.010 * 0.001 **

Cell 组 - - - 0.721 0.454

MS 组 - - - - 0.270

Cell+MS 组 - - - - -*P<0.05 ， **P<0.01

术后 3 个月骨小梁分离度 (Tb.Sp) 组间比较（ P 值）

对照组 PBS 组 Cell 组 MS 组 Cell+MS组

对照组 - 0.773 0.021 0.021 0.021

PBS 组 - - 0.021 0.021 0.021

Cell 组 - - - 0.021 0.021

MS 组 - - - - 0.021

Cell+MS组

- - - - - 正态性检验，方差不齐（ P ＜ 0.05 ）采用 KW 法，任两组比较采

用 Mann-Whitney 检验，检验水准调整为 0.05/10=0.005

讨论（一）

PLGA 生物相容性、可降解、机械强度、降解速度可调和可塑性。Ⅰ型胶原可改善材料亲水性，文献报道其有一定诱导干细胞成骨能力

本研究， PLGA 支架中增添Ⅰ型胶原，增加亲水基团比例， BMSCs 更容易在支架上粘附增殖

术后 1 个月 Cell+MS 组植入部位骨密度至少达到甚至超过假手术组水平

术后 3 个月 Cell+MS 、 Cell 或 MS均在一定程度上提高了骨质疏松部位骨密度，而 Cell+MS 能够更大程度提高骨密度

讨论（二）

术后 1 个月 Micro CT 显示， Cell+MS 组骨结构接近假手术组，优于其他组，说明Cell+MS 能更快修复骨质疏松部位骨缺损

术后 3 个月 Micro CT 显示， Cell+MS 组骨结构优于假手术组，说明 Cell+MS 一定程度上促进骨质疏松部位骨小梁改建，提高骨质量

讨论（三）

小结

BMSCs 复合Ⅰ型胶原修饰的 PLGA 支架植入骨质疏松大鼠股骨粗隆间 1 个月时，能更快修复骨缺损， 3 个月时在一定程度上促进骨小梁改建，提高骨质量

谢谢！