本技术公开了组织工程技术领域的诱导血管和骨生成的生物活性材料及其制备方法和应用,其中,诱导血管和骨生成的生物活性材料包括施耐德膜间充质干细胞和富血小板纤维蛋白膜片,其中,所述施耐德膜间充质干细胞负载于富血小板纤维蛋白膜片表面,本发明利用施耐德膜间充质干细胞在体外培养时具备的强成膜特性,其可在PRF表面大量聚集和增殖,不断分泌细胞外基质包裹PRF并随着PRF的降解替代原有支架,SMMSCs可以持续释放生物活性因子,从而延长材料的成骨功能周期。此外,负载SMMSCs的PRF膜片拓宽了PRF的应用范围,除了直接做为植骨填充材料外,也可作为类似骨膜的引导组织再生屏障膜。
背景技术
牙周骨缺损修复一直是临床治疗难题,严重者导致牙齿脱落和牙列修复困难。目前临床治疗方法主要有自体骨移植和人工骨替代材料等。自体骨取自患者自身,造成二次手术的创伤,且术后感染风险性高。人工骨移植材料常做为替代自体骨的主要临床应用材料,如脱蛋白牛骨矿物(DBBM)等,其成骨效果相对稳定,但也可能会产生排斥和感染等问题,且其骨诱导性相对自体骨而言较差,导致骨再生周期长。牙周骨缺损修复具有一定的特殊性,骨缺损部位形状不规则性,牙周骨缺损区不易被硬质成骨材料充分充填,并且为了尽量保护临近的健康牙周组织不受创伤,又需要手术操作的微创性,因此现有的硬质骨移植材料缺乏特异性和精确性。
组织工程技术是实现骨再生的重要策略,组织工程骨的构建主要包括支架材料、种子细胞及细胞因子等成分。富血小板纤维蛋白 (platelet-rich fibrin, PRF) 是一种由致密纤维蛋白网络组成、富含多种生长因子和细胞因子的自体移植材料,属于自体血小板浓缩物(Autologous platelet concentrates, APC)的一种,是可匹配缺损区形变的软质移植材料。PRF目前已在临床被广泛使用,主要将其应用于促进各组织器官缺损修复和再生。PRF中含有多种促进细胞增殖、迁移的生长因子,包括PDGF-BB、VEGF、FGF、EGF和TGF-β等,可以有效的促进血管生成、伤口愈合和结缔组织增量。但PRF在骨组织再生中的作用目前仍有一定的争议,主要是因为纤维蛋白的降解速度过快与成骨周期的不匹配性,使得其局限在早期的成骨微环境中释放生长因子和细胞因子,发挥有限的骨诱导调控作用。因此,需要对PRF进行功能修饰,延长其在成骨中的作用时效。
间充质干细胞 (mesenchymal stem cells) 作为组织工程技术的种子细胞,具有低免疫原性,多向分化和免疫调控等功能,是再生医学领域重要的细胞治疗策略,在临床转化中具有很高的实用性。来自不同组织类型的MSCs表现出不同的转录组模式和分化潜力,这使得它们在组织愈合和再生中发挥不同作用。MSCs的表观遗传状态与其起源组织的谱系可塑性有关,涉及与维持表观遗传记忆相关的机制。施耐德膜来源的间充质干细胞(Schneiderian’s membrane derived mesenchymal stem cells, SMMSCs) 是近年来在口腔上颌窦区骨再生领域被发现并持续研究的一种MSCs,由于其来源的特殊性,体外培养时细胞增殖速度快,易叠层生长并形成膜性结构,不会发生细胞间的接触抑制凋亡现象,因此更适合作为组织工程支架的种子细胞。
种子细胞在组织工程支架上的负载方式主要分为包裹在支架材料内部和外载于支架材料表面两种形式。研究表明采用外载法更加适应细胞的生物学行为,有助于MSCs增殖、迁移和成骨分化,分泌生长因子和细胞因子并有效的释放到周围招募宿主细胞参与成骨微环境的构建。PRF三维立体疏松网状结构可为MSCs在其表面的粘附和增殖提供适宜的三维生长空间。且研究表明,PRF浸提液成分可以有效促进SMMSCs成骨分化。因此,PRF可以作为SMMSCs的体内移植载体,作为SMMSCs治疗骨缺损的一种转化应用形式。与此同时,负载于PRF表面的MSCs可接受PRF释放的生长因子而被激活,持续增殖和趋向于成骨分化,分泌成骨相关小分子蛋白和骨基质蛋白,随着PRF中纤维蛋白的降解替代材料本身的位置持续发挥生物学功能作用,从而等同于延长移植物的体内存留时间并增强其成骨性能,总而言之,基于PRF单独用于骨缺损修复存在的诸多不足。
实现思路