1、骨形成蛋白复合生物活性陶瓷修复骨缺损时血管的变化更新日期：2010-06-03 乔王平 高玉好 杨连甲 【摘要】 目的 研究骨形成蛋白(BMP)复合生物活性陶瓷(BGC)修复骨缺损时血管的变化。方法 采用血管铸型方法,取大白鼠 8只,随机分为 4组。在麻醉下造成股骨中段1cm0.5cm缺损,然后植入 BMP-BGC复合材料。术后不同时相分别处死动物,观察缺损区微细血管的变化。结果 植入 BMP-BGC复合物后 1周,在颗粒之间可见血管芽和新生血管形成。植入后 2周,更多的血管形成,并构成血管网。植入后 3周,血管网仍可见,有些血管向 BGC颗粒孔中生长。术后 4周,骨缺损已愈合。与对照组相比,
2、在 BMP-BGC植入组中,新生血管的数量在 4个时间点上都比对照组多,新骨形成也明显较早。结论 BMP 不仅可诱导间质细胞向成骨细胞分化,而且也可以刺激血管的形成。这些新生血管既为骨缺损的愈合带来营养物质,又为新骨形成提供了更多的靶细胞。 关键词 骨形成蛋白 生物活性陶瓷 骨缺损 血管 Vessels Change After Implanted with Bone Morphogenetic Protein Combined with Bioactive Glass Ceramics in Bone Defects QIAO Wang-ping, GAO Yu-hao, YANG Lian
3、-jia. Dept. of Orthopaedics, 289th Hospital of PLA, Houma 043014 【Abstract】 Aim To study the changes of the microvascular architecture during implantation of bone morphogenetic protein (BMP) combined with bioactive glass ceramics (BGC) in bone defects. Methods The experimental rats were made femur b
4、one defects for 1.0cm0.5cm under anaesthetic state and then were planted with the composites of BMP and BGC. Then the rats were killed at different time points and the changes of microvessels in bone defects were observed. Results One week after the implantation of BMG-BGC composites, vascular buds
5、and newly formed blood vessels were found between BMP-BGC granules. Two weeks later, many new vessels were observed, forming a network of blood vessels. Three weeks later, the network still existed and some vessels grew into the pores of BGC. Four weeks later, the defects were healed. Compared with
6、the control group, the newly formed blood vessels in BMP-BGC groups increased in number at four time points and the new bones could be observed obviously early. Conclusions BMP might not only induce differentiation of mesenchymal cells, but also stimulate the formation of blood vessels. These new ve
7、ssels offer nutrition for the healing of bone defects and provide more target cells for bone formation. 【Key words】 Bone morphogenetic protein Bioactive glass ceramics Bone defect Blood vessel 骨形成蛋白(BMP)是一种骨生长因子,普遍存在于人、动物的骨基质中。现已明确,这种蛋白是一种酸性的多肽。当 BMP植入小鼠的股骨肌肉袋中,7 天就有软骨形成,14 天出现编织骨1，2 。生物活性陶瓷(BGC)是一种
8、组织相容性很好的植骨代用材料,并在临床上得到应用。近年来的研究表明,如将 BMP与 BGC复合应用时,发现这种复合物有更好的成骨能力3，4 。笔者采用血管铸型方法,观察 BMP与 BGC复合物诱导新骨形成中血管的变化,探讨在新骨形成中血管的作用。 材料与方法 选用市场出售的 BGC(四川大学材料研究中心研制)颗粒,平均孔径为 90120m,牛 BMP由第四军医大学口腔病理教研室提供。先将 bBMP用 4mol/L盐酸胍溶解,加入 BGC充分混合,复合比例为 140(重量比),然后用无离子蒸馏水透析,去除盐酸胍,冷冻干燥,消毒备用。取大白鼠随机分为 4组,每组 2只。在麻醉下造成股骨中段 1cm
9、0.5cm缺损。然后植入 BMP-BGC复合材料。对照组骨缺损区为空白对照。术后 1、2、3、4 周分别动脉注射丙烯酸树脂,然后处死动物。将注射了树脂的股骨切除,用 10%NaOH腐蚀软组织,充分显露骨缺损区的微细血管,标本镀金后在日立 S-520型扫描电镜下观察。 结 果 植入 BMP-BGC复合物后 1周,在复合物颗粒之间有新生血管和血管芽形成,有少数血管向颗粒表面长入,颗粒周围未见新骨形成(图 A)。在对照组中仅见新生的毛细血管,未见新骨形成。术后 2周,骨缺损区血管明显增多,在颗粒之间形成血管网并包绕 BGC颗粒。这些血管大多来自骨膜和骨髓。在 BGC颗粒表面可见有新骨形成(图 B)。
10、对照组中骨缺损区无新骨形成,可见不成熟的毛细血管趋于成熟。术后 3周,在复合物颗粒表面可见血管网,其中可见一些大的血管形成。有些小血管长入颗粒中。颗粒表面新生骨增厚并与宿主骨相连(图 C)。对照组中新生血管变粗,骨髓中可见成熟的小血管,在骨缺损边缘可见新骨形成的骨小梁。术后 4周,骨缺损区植入的颗粒被大量的新生骨互相融合在一起,在 BGC颗粒中的小孔也见有新骨。骨缺损区已愈合,在新骨形成区可见少数大的血管(图 D)。对照组中骨缺损区可见来自骨床的骨小梁,骨髓中仍可见成熟的毛细血管,骨缺损未见愈合。 图 A BMP-BGC 复合物植入骨缺损区后 1周,可见大量血管形成, 少数血管向颗粒表面生长,
11、无新骨形成(H:BGC 颗粒) HE 35 图 B 术后 2周,可见颗粒周围有新骨形成,新生血管向颗粒表面 小孔长入(H:BGC 颗粒,B:新生骨,2:宿主骨) HE 35 图 C 术后 3周,颗粒间血管网形成,血管长入颗粒中,新骨与宿主骨融合(H:BGC 颗粒,B:新生骨) HE 15 图 D 骨缺损已愈合,新骨与 BGC颗粒融合,可见少数血管(H:BGC 颗粒,B:新生骨, 1:新生骨与骨床融合) HE 35 讨 论 在骨缺损的修复中 BGC是一种组织相容性良好的植骨材料,但是单独应用 BGC时,它仅有骨传导,而没有骨的诱导能力,因而不可能很快的诱导新骨形成。笔者应用的 BMP是从牛骨中纯化的,具有很高的诱导新骨形成的能力1，5 。近年来,BMP 的研究有了飞速的发展,现已克隆出 15种人的 BMP基因,其中人的重组 BMPs也有明显诱导新骨形成的能力。但无论是从牛中或是人重组的 BMPs都是诱导未分化间质细胞分化为成骨细胞进而形成新骨。但 BMP单独应用时,则本身没有支架作用。如将两者复合后应用,则可弥补两者的不足之处。实验结果表明,植入 BMP-BGC复合物 2周,就有新骨形成,术后 4周骨缺损就得到愈合。
