IGF-1对兔膝关节软骨缺损修复作用的实验研究

论文摘要

背景:临床上由于创伤和各种疾病造成的关节软骨缺损很常见,关节软骨本身缺乏血管、神经和淋巴营养,通常情况下软骨细胞不能进行有丝分裂,因此一旦发生缺损,其自我修复能力极其有限。一直以来关节软骨缺损的修复都是骨科及相关领域基础和临床研究的热点和难点。关节软骨缺损修复的传统方法主要包括两大类:一类是通过关节清理术、灌洗术、刨刮术、软骨下骨钻孔术、微骨折术、截骨术以及激光、磁场照射等来刺激关节软骨自身修复;另一类是应用组织和细胞进行移植修复,包括自体和异体骨软骨移植、骨膜软骨膜移植、软骨细胞及骨髓间充质细胞移植等。近年来人们尝试利用基因工程和组织工程技术治疗软骨缺损,但到目前为止还没有一种能够彻底治愈软骨缺损的方法。研究表明关节软骨缺损后会促进关节的退变,并最终导致继发性骨关节炎（OA）的发生,多种生长因子在软骨缺损修复和软骨缺损后关节退变的进程中发挥着重要作用,包括胰岛素样生长因子1（IGF-1）、成纤维细胞生长因子（FGF）、转移生长因子-β（TGF-β）、肝细胞生长因子（HGF）、血小板衍生生长因子（PDGF）、骨形态发生蛋白（BMP）等。其中IGF-1是已知的软骨细胞增殖分化中作用最强的因子之一,它能够刺激软骨细胞合成Ⅱ型胶原和蛋白多糖,抑制软骨基质的降解,还有刺激软骨细胞集落形成的作用。正常情况下,软骨细胞可自身分泌IGF-1,但在软骨缺损后其周围软骨中IGF-1和IGF-1R的表达水平是否会发生变化还有待进一步研究。另外,关节软骨缺损后通过关节腔内直接注射IGF-1是否对缺损软骨有良好的修复作用目前尚不清楚。目的:通过关节腔内直接注射IGF-1观察其对关节软骨缺损的修复作用,探讨IGF-1和IGF-1R在软骨缺损后缺损周围软骨中的表达情况,为修复关节软骨缺损和延缓软骨退变,预防继发性骨关节炎的发生提供一定的理论和实验依据。材料和方法:取3-4月龄新西兰大白兔21只,体重2.5±0.5kg,雌雄不限,随机分为4组,A、B、C三组为手术组,每组5只。分别在双侧股骨髁间凹处钻孔造成关节软骨全层缺损模型,以右膝为实验侧,A组动物术毕即刻向右膝关节腔内注射1mg/ml的IGF-1 0.1ml,术后1周处死取材,B组和C组动物术毕即刻及以后每周向右膝关节腔内注射1mg/ml的IGF-1 0.1ml,分别于术后4周和8周处死取材;左膝为对照侧,与实验侧同一时间点注射等量生理盐水。D组6只,为正常对照组,不做任何处理,在A、B、C三组动物取材时各处死2只作正常对照。标本取材后首先进行大体观察,主要观察并比较各手术组实验侧和对照侧关节软骨缺损处修复组织的填充情况、色泽以及与周围软骨组织的结合情况。将标本切片行HE染色后对缺损处修复组织的细胞形态、基质异染性、表面规则性、软骨厚度以及与周围软骨的结合情况进行光镜下观察并结合Wakitani评分标准做组织学评分;行番红O染色后对缺损周围软骨的结构、细胞排列、基质失染以及潮线完整性做光镜下观察并结合改良的Mankin评分标准进行评分,然后将各组实验侧和对照侧得分进行两两比较。同时运用免疫组织化学方法检测各手术组缺损周围软骨组织及正常对照组软骨组织中软骨细胞内IGF-1和IGF-1R表达情况,最后将各组实验侧和对照侧标本在光镜下的阳性细胞计数分别与正常对照组中的阳性细胞计数进行比较,观察各组实验侧和对照侧软骨细胞内IGF-1和IGF-1R的变化情况。结果:HE染色显示A组实验侧和对照侧软骨缺损处组织的修复无差别,而B组和C组实验侧软骨缺损处组织的修复情况均优于对照侧,Wakitani评分B组和C组实验侧和对照侧之间有极显著差别（P﹤0.01）。Safranin-O染色显示各手术组实验侧软骨缺损周围的软骨未发生明显退变,而B组和C组对照侧缺损周围软骨发生了不同程度的退变,Mankin评分B组和C组实验侧和对照侧之间有极显著差别（P﹤0.01）。免疫组化显示周围软骨中IGF-1的表达各组实验侧与正常对照组比较无显著差别（P﹥0.05）,而B组和C组对照侧与正常组比较差别极显著（P﹤0.01）;IGF-1R的表达在各组实验侧和对照侧与正常对照组比较均无显著差别（P﹥0.05）。结论:关节软骨缺损后行关节腔内注射IGF-1可有效的促进关节软骨缺损的修复,并延缓缺损周围软骨的退变,对软骨损伤后继发性骨关节炎的发生有一定的预防作用。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 缩略语
• 第1章 前言
• 第2章 材料与方法
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 主要器械和仪器设备
• 2.1.2 主要试剂
• 2.1.3 实验动物
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 动物分组
• 2.2.2 关节软骨缺损模型的建立
• 2.2.3 实验动物的干预
• 2.2.4 取材
• 2.2.5 检测
• 2.2.6 统计学处理
• 第3章 结果
• 3.1 大体观察
• 3.2 光镜观察及组织学评分
• 3.3 免疫组织化学染色
• 第4章 讨论
• 4.1 关节软骨缺损的修复机制
• 4.2 关节软骨缺损与关节退变及OA的关系
• 4.3 IGF-1 在修复关节软骨缺损中的作用
• 4.4 IGF-1 在 OA 中的作用
• 4.5 问题与展望
• 第5章 结论
• 参考文献
• 综述
• 附录 本人简历、攻读硕士研究生期间发表的论文
• 致谢