[发明专利]一种用于修复骨缺损的复合生物支架材料

说明书

本发明公开了一种用于修复骨缺损的复合生物支架材料，属于骨组织工程技术领域。本发明通过将重组TG2腺病毒转染到具有多向分化能力的EMSCs中，在体外评估了TG2‑EMSCs对纤维蛋白支架成骨的影响，并将含TG2‑EMSCs的生物活性支架植入颅骨缺损的SD大鼠中，检测其修复骨缺损的能力。结果表明，用含TG2‑EMSCs的纤维蛋白支架移植治疗颅骨缺损，受损区域在两周内显示55％的愈合，而含天然EMSCs的纤维蛋白支架在相同时间点显示17％的愈合。且这种生物支架生物相容性高、稳定、成本低且操作简便。因此，含TG2‑EMSCs的纤维蛋白支架对于修复骨缺损具有重要的临床应用价值。

技术领域

本发明涉及一种用于修复骨缺损的复合生物支架材料，属于骨组织工程技术领域。

背景技术

整形外科中大骨缺损的修复是整形外科医生常面临的重大问题。骨缺损的常见原因包括急性骨损伤、良性肿瘤、恶性肿瘤、骨感染和骨不连。骨缺损的常用治疗方法是自体骨移植，即在患者机体上采集新鲜骨组织进行自体移植。然而，这种治疗通常需要两次手术，这不仅增加了感染的可能性，而且还可能导致骨畸形、疼痛甚至功能性问题。自体骨移植的缺点使其不能成为最佳的骨缺损修复方法。目前，使用有效的基因工程和组织工程技术联合自体干细胞移植是一种新兴的骨损伤治疗方法。

成骨细胞负责产生骨基质并促进类骨质矿化，在骨修复和重建过程中发挥重要作用。鉴于成骨细胞在骨修复中的关键作用，植入可直接分化为成骨细胞的干细胞将是一种有临床应用前景的骨缺损治疗方法。已有报道显示骨髓含有具有成骨潜能的间充质干细胞(BMSC)，然而，骨髓中能获取的BMSCs不足以修复骨缺损。此外，BMSCs采集过程对供体来说是痛苦的且易导致骨髓感染。因此，骨科研究人员仍在努力寻找理想的自体干细胞来修复骨缺损。

已有研究报道，下鼻甲的呼吸道粘膜含有神经嵴迁移分化的鼻粘膜骨髓间充质干细胞(EMSCs)，该细胞具有多向分化潜能，可以分化为外胚层和中胚层谱系细胞(TG2基因修饰的鼻粘膜间充质干细胞向神经样细胞分化的研究[J].神经解剖学杂志,2018(3))。而且，鼻粘膜EMSCs可以从成人下鼻甲的呼吸道粘膜中轻易收获，损伤很小，对嗅觉无损伤。研究表明，当EMSCs接种在纤维蛋白凝胶上时，可以诱导EMSCs在更大程度上分化成成骨细胞。因此，EMSCs可以用作新型种子细胞，纤维蛋白凝胶可以作为其生长和分化的支架(张雪松,李正南,荆丹峰,et al.外胚层间充质源神经干细胞-纤维蛋白支架复合体移植修复大鼠脊髓损伤[J].解剖学杂志,2016,39(2):207-210)。装载EMSCs的支架可以移植修复骨损伤。然而，体内天然纤维蛋白凝胶的快速降解对于使用纤维蛋白凝胶作为修复大骨缺损的支架是不利的。因此，构建具有长期稳定性和生物活性的并可装载细胞的纤维蛋白支架，对于干细胞/组织工程支架移植修复严重骨缺损具有重要的应用价值。

转谷氨酰胺酶2(TG2)是转谷氨酰胺酶家族的成员，其发挥蛋白质之间的转酰胺和交联功能。大多数细胞的TG2存在于细胞质中，一些也存在于线粒体和细胞核中，而一些TG2(1-20％)位于细胞外，包括质膜和细胞外基质(ECM)。TG2还具有重要的酶和非酶功能。TG2可以交联各种细胞外基质蛋白，例如纤连蛋白、层粘连蛋白、胶原蛋白和骨桥蛋白以及一些可溶性生长因子，例如BMP-2和PDGF。此外，TG2通过与整联蛋白和生长因子受体的非共价相互作用来调节ECM和可溶性生长因子之间的相互作用。已有研究表明TG2表达与软骨细胞分化也有关，并且TG2敲除小鼠的软骨细胞培养物形成低水平的基质钙化。相反，随着外源性TG2的加入，软骨细胞肥大和矿化增加。Kaartinen等人在体外鉴定了膜内骨和成骨细胞样骨细胞中高活性的TG2酶。此外，许多报道已经证明TG2参与骨细胞粘附和ECM钙化。Johnson等人报道TG2在TG2基因修饰的软骨细胞和半月板细胞培养物中促进了体外矿化。然而，没有研究报道过TG2在EMSCs分化为成骨细胞和TG2基因修饰的EMSCs移植修复骨损伤中的作用。