目的總結缺氧誘導因子1α（hypoxia-inducible factor 1α，HIF-1α）在組織工程成骨和成血管中的作用和應用進展。 方法查閱國內外關于HIF-1α在組織工程成骨和成血管中的相關研究文獻，進行分析和歸納總結。 結果HIF-1α在成血管-成骨耦連反應中發揮關鍵作用，作為上游基因調控著體內多種成血管、成骨基因的表達；在組織工程骨的再生修復中，HIF-1α不僅調節和促進血管生成，并且對種子細胞尤其是干細胞增殖和分化有重要影響和意義，從而為骨缺損修復奠定基礎。 結論隨著組織工程技術的發展，HIF-1α在應用中存在的有效劑量靶向控釋、促炎和致癌等相關問題將逐步得到解決，以期更好應用于臨床。
目的研究全反式維甲酸（all-trans retinoic acid，ATRA）與 VEGF 聯合應用對于小鼠胚胎成纖維細胞（mouse embryonic fibroblasts，MEFs）定向成骨分化的影響。方法取 NIH 孕鼠（孕 12～15 d）子宮內的胎鼠，去掉頭、心、肝等器官后，采用胰蛋白酶消化貼壁法分離培養 MEFs。利用 HEK-293 細胞采用反復凍融法擴增重組腺病毒紅色熒光蛋白（recombinant adenovirus-red fluorescent protein，Ad-RFP）及 Ad-VEGF。采用 ALP 染色和 ALP 定量檢測法檢測單獨 ATRA 或 VEGF 以及 ATRA 和 VEGF 聯合應用培養 MEFs 第 3、5 天 ALP 活性變化。將第 3～4 代 MEFs 分為 A、B、C、D 4 組，分別加入 DMSO+Ad-RFP、ATRA、Ad-VEGF、ATRA+Ad-VEGF。實時熒光定量 PCR（real-time fluorescence quantitative PCR，qRT-PCR）檢測第 3、7 天成骨相關標志物 ALP、Ⅰ 型膠原、骨橋蛋白（osteopontin，OPN）、骨鈣素（osteocalcin，OCN）及成血管相關標志物 VEGF、血管生成素 1（angiopoietin 1，ANGPT1）、內皮黏蛋白（endomucin，EMCN） mRNA 表達；免疫組織化學染色檢測各組第 3、5、7 天 OPN、VEGF 蛋白表達；茜素紅染色檢測各組成骨誘導 14、21 d 鈣鹽沉積水平。取 15 只 4～6 周齡無胸腺雌性裸鼠，隨機分為 3 組，每組 5 只，分別于背側與腹側皮下注射經 ATRA、Ad-VEGF、ATRA+Ad-VEGF 處理后的 MEFs。植入后 5 周行 X 線片觀察、大體觀察及組織學染色（Masson、HE 及番紅 O-固綠染色），觀察各組裸鼠體內異位成骨情況。結果成功分離培養 MEFs；擴增后的 Ad-RFP 及 Ad-VEGF 成功轉染 MEFs，轉染效率約為 50% 和 20%。ALP 活性檢測示，單獨使用 ATRA 或 VEGF 均能增強 MEFs 中 ALP 活性，且 ATRA 作用較 VEGF 強；ATRA 和 VEGF 聯合使用較單獨使用顯著增強了 MEFs 中 ALP 活性（P<0.05）。qRT-PCR 檢測示，ATRA 聯合 Ad-VEGF 使用上調了早期成骨分化相關標志物 ALP、OPN、Ⅰ 型膠原 mRNA 相對表達量（P<0.05）；7 d 時成血管相關標志物 VEGF、EMCN 及 ANGPT1 mRNA 相對表達量有所上升（P<0.05）。免疫組織化學染色示，ATRA 聯合 Ad-VEGF 不僅增強了 OPN 蛋白表達，VEGF 蛋白表達在第 7 天也有所增強。茜素紅染色示，單獨應用 ATRA 或 Ad-VEGF 誘導鈣鹽沉積作用較弱，二者聯合應用明顯增強了 MEFs 成骨晚期鈣鹽沉積的效應。裸鼠體內植入實驗結果顯示，X 線片觀察發現與其余兩組相比，ATRA+Ad-VEGF 組存在明顯骨塊，且骨塊體積較大，組織學染色可見大量膠原及成熟骨小梁、骨基質形成以及膠原骨組織。結論ATRA 與 VEGF 聯合應用能誘導 MEFs 定向成骨分化。
目的 制備負載TGF-β3及BMSCs的Pluronic F-127復合凝膠，觀察其體內、外成骨及成血管作用。方法 取新西蘭大白兔脛骨及股骨骨髓，分離培養BMSCs并傳代，取第3代細胞經成骨、成脂誘導培養鑒定后用于后續實驗。采用L-DMEM培養基溶解Pluronic F-127粉末、TGF-β3，分別制備 Pluronic F-127凝膠、TGF-β3+Pluronic F-127凝膠、BMSCs+Pluronic F-127凝膠、TGF-β3+BMSCs+Pluronic F-127凝膠。取第3代BMSCs，分別采用L-DMEM培養基（A組）、成骨誘導液（B組）、含Pluronic F-127凝膠的成骨誘導液（C組）、含TGF-β3+Pluronic F-127凝膠的成骨誘導液（D組）培養14 d后，ALP染色和茜素紅染色觀測成骨情況；另采用含Pluronic F-127凝膠的L-DMEM培養基（實驗組）、L-DMEM培養基（對照組）培養1、2、3、4 d，MTT法檢測細胞增殖情況。取10只新西蘭兔制備上頜竇提升模型后，于每只兔骨缺損處注入Pluronic F-127凝膠（A組）、TGF-β3+Pluronic F-127凝膠（B組）、BMSCs+Pluronic F-127凝膠（C組）、TGF-β3+BMSCs+Pluronic F-127凝膠（D組），于第8周取材行影像學檢查、HE染色觀察新骨形成情況，免疫組織化學染色觀察骨組織VEGF及BMP-2表達情況，Western blot檢測骨組織VEGF、抑瘤素M（oncostatin M，OSM）及BMP-4蛋白表達。結果 成骨、成脂誘導鑒定示分離培養細胞為BMSCs。體外實驗染色顯示D組ALP活性及茜素紅濃度高于其他組（P<0.05）；MTT法檢測示隨著時間延長，兩組吸光度（A）值均逐漸升高，各時間點組間比較差異均無統計學意義（P>0.05）。體內實驗影像學檢查示D組成骨密度及成骨連續性最好，新骨體積占比優于其他組（P<0.05）；HE染色示與其他組比較，D組骨小梁致密且排列規則，其上分布大量成骨細胞和破骨細胞，可見大量新骨形成；免疫組織化學染色示D組BMP-2、VEGF呈強陽性表達（P<0.05）；Western blot檢測D組VEGF、OSM及BMP-4蛋白相對表達量高于其他組（P<0.05）。結論 負載TGF-β3及BMSCs的Pluronic F-127復合凝膠中的BMSCs能被誘導分化為成骨細胞，并且復合凝膠對細胞無毒性，在兔上頜竇內有明顯成骨及成血管效果。
目的 探討經超聲酸蝕/陽極氧化聯合改性鈦（titanium modified by ultrasonic acid etching/anodic oxidation，UAT）負載內皮祖細胞外泌體（endothelial progenitor cells-exosome，EPCs-exo）后，對脂肪來源干細胞（adipose-derived stem cells，ADSCs）生長以及成骨、成血管分化的影響。方法 取10只SD大鼠脂肪組織及骨髓，分別采用膠原酶消化法和密度梯度離心法分離培養ADSCs及EPCs，并經流式細胞儀鑒定。取第3～5代EPCs采用試劑盒提取exo，并經Western blot檢測CD9、CD81進行鑒定。采用超聲酸蝕和陽極氧化方法對3D打印技術制備的鈦片進行聯合改性制備UAT，掃描電鏡觀察改性前后材料表面形貌；將UAT分別置于不同濃度（100、200 ng/mL）EPCs-exo溶液中，采用BCA法檢測其體外吸附及釋放EPCs-exo能力。然后，將UAT置于含不同濃度EPCs-exo（0、100、200 ng/mL）的DMEM培養液，并與第3代ADSCs復合培養，構建UAT-ADSCs-exo。通過激光共聚焦顯微鏡觀察細胞形態、活/死細胞染色、細胞增殖檢測，評價生物相容性；ALP染色及茜素紅染色，RT-PCR檢測成骨相關基因骨鈣素（osteocalcin，OCN）、RUNT相關基因2（RUNT-related transcription factor 2，Runx2）、ALP、Ⅰ型膠原蛋白（collagen type 1，COL-1）和成血管相關基因VEGF，免疫熒光染色觀測成骨（OCN）及成血管（VEGF）相關蛋白表達，評價負載EPCs-exo的UAT對ADSCs成骨、成血管分化能力的影響。結果 掃描電鏡觀察示改性后UAT表面形成了微納米多級復合結構；UAT 48 h內能吸附約77% EPCs-exo，而吸附在UAT表面的EPCs-exo在8 d內呈連續穩定釋放，200 ng/mL組吸附及釋放量明顯優于100 ng/mL組，差異均有統計學意義（P<0.05）。生物相容性檢測示，復合培養后各組細胞均生長良好，其中200 ng/mL組優于其他組，細胞完全鋪展，有豐富偽足，活細胞數量及細胞活性均高于其他組（P<0.05）。ADSCs成骨和成血管能力檢測示，與其余兩組比較，200 ng/mL組ADSCs的ALP活性和礦化能力增強，成骨和成血管基因OCN、Runx2、COL-1、ALP 和VEGF表達均增高，OCN和VEGF蛋白亦增高，差異均有統計學意義（P<0.05）。結論 EPCs-exo能有效促進UAT表面ADSCs的黏附、增殖及成骨、成血管分化，其中濃度為200 ng/mL時效果最顯著。
近年來，3D 打印技術作為一種新型的材料加工技術，可以精確控制生物支架的宏觀及微觀結構，在制造結構復雜的骨修復支架方面具有傳統制造方法無法比擬的優勢。鎂離子是人體重要的微量元素之一，參與著機體眾多生理活動，對維持生物體正常生理運轉有著十分重要的作用。此外，鎂離子還具備促進成骨細胞分泌成骨相關蛋白以及間充質干細胞成骨分化等特點。通過與 3D 打印技術結合，越來越多的個性化鎂基生物支架被制作出來并應用于體內外骨再生研究之中。因此，該文對 3D 打印鎂基生物材料在骨再生修復領域的應用與研究進展作一綜述。