通過新型生物材料微粒方法引導軟骨下骨髓刺激

Hoemann C、Guzman-Morales J、Chen G、Picard G、Veilleux D、Sim S、Garon M、Quenneville E、Buschmann MD、Lafantaisie-Favreau CH 和 Hurtig M

2016 年 5 月，蒙特利爾，世界生物力學大會，5 月 20 日星期五 16:30 至 18:15，演講 #335.2，516C 室

骨髓刺激程序偶爾會引發透明樣軟骨修復，但主要在年輕患者中進行，這表明需要進一步治療以提高中年患者的成功率。傳統的支架引導修復方法使用固體材料填充傷口空隙，并為細胞附著、向內生長和分化提供機械穩定的基底。然而，反復觀察到固體支架持續存在并干擾骨再生和軟骨誘導。在這項研究中，一種新的范例被用來設計一種植入物，以促進老年膝關節的合成代謝骨軟骨再生。據認為，在大型動物缺損中遞送具有可緩慢清除的分子量的分散的可生物降解殼聚糖微粒可以引導軟骨下骨修復反應，從而導致骨誘導的軟骨誘導和改善關節軟骨表面重建。一種*的方法被用來將殼聚糖微粒輸送到出血的軟骨下骨。殼聚糖（80% 的脫乙酰度，80 kDa）在無菌條件下冷凍干燥 (FD) 以形成一個超多孔支架，該支架可以芯成小圓柱體，當浸沒在全血中時，這些小圓柱體會緩慢而自發地分散為微粒。使用骨髓刺激的老年綿羊模型，我們檢驗了以下假設：軟骨下 FD-殼聚糖植入物保留在出血微鉆孔中，增加中期鉆孔骨重塑，并用透明狀軟骨增強缺損表面處理。所有協議都得到了機構倫理審查委員會的批準。連續小關節切開術用于在 N=12 高齡（8-9 歲，66 ±6 kg）雌性羊的股骨內側髁中產生雙側全層約 10x10mm 軟骨缺損。用 11、1.4 毫米的鉆孔對軟骨缺損進行穿孔。在一個膝蓋上，每個鉆孔都用 FD-殼聚糖植入物處理，這些植入物產生的初始殼聚糖濃度為 5、10 或 20 mg/mL；另一只膝蓋上的洞被留下作為對照流血。綿羊在 1 天 (N=2)、3 個月 (N=5) 和 9 個月 (N=5) 后被致死，并分析骨軟骨修復組織的宏觀填充百分比、生物力學、顯微 CT、修復組織組織形態學、和 ICRS-II 組織學評分。殼聚糖微粒在 1 天時被觀察到存在于鉆孔缺陷中。植入治療在 9 個月時改善了 5 個治療病灶中有 4 個的肉眼可見軟組織表面重修（P < 0.05，N=5）。與術后第 1 天相比，鉆孔體積在 3 個月時擴大了約 2.6 倍（P < 0.005），然后在 9 個月時大部分用礦化骨愈合，除了一只動物（圖 1）。與 3 個月時單獨鉆孔相比，經過處理的鉆孔往往顯示出更多的編織骨和更少的愈傷組織形成。在 9 個月時，5 只羊中有 4 只用更多的軟組織修復了處理過的缺損（p=0.04，N=5）并且具有更高的 ICRS-II 總體組織學評估分數（圖 2）。在這些結構變化類似于早期骨關節炎的老年綿羊中，組織學和生物力學分析表明，骨重塑階段之后的微鉆孔引起具有粘彈性特性的透明樣軟骨修復（圖 3），而植入物改善了軟骨體積。這些結果支持了這樣的假設，即 FD-殼聚糖微粒可以通過引導或改變軟骨下骨傷口修復反應來增強骨骼老化綿羊的關節軟骨表面重建，而不會夸大對微鉆孔的瞬時骨吸收反應。