磁共振成像评估软骨移植修复术疗效研究进展

1、254广东医学2010年1月第31卷第2期GuangdongMedicalJournalJan.2010,Vol.31,No.2Cetuximabplusgemcitabine/oxaliplatin(GEMOXCET)infirst-linemetastaticpancreaticcancer:amulticentrephasestudyJ.BrJCancer,2009,100(7):1032-1036.15CASCINUS,BERARDIR,LABIANCAR,etal.Cetuximabplusgemcitabineandcisplatincomparedwithgemcitabinea

2、ndcisplatinaloneinpatientswithadvancedpancreaticcancer:arandomised,multicentre,phasetrialJ.LancetOncol,2008,9(1):39-44.16MOOREMJ,GOLDSTEIND,HAMMJ,etal.Erlotinibplusgemcitabinecomparedwithgemcitabinealoneinpatientswithad2vancedpancreaticcancer:aphasetrialofthenationalcancercnstituteofcanadaclinicaltr

3、ialsgroup.JClinOncol,2007,25(15):1960-1966.17SR,PD,etal.Ma2mastat-unresectablepan2aJClinOncol,2001,1918SR,SCHULZJ,NEMUNAITISJ,etal.Adouble-blindplacebo-controlled,randomisedstudycomparinggemcit2abineandmarimastatwithgemcitabineandplaceboasfirstlinetherapyinpatientswithadvancedpancreaticcancerJ.BrJCa

4、ncer,2002,87(2):161-167.19VANCUTSEME,VANDEVELDEH,KARASEKP,etal.Phasetrialofgemcitabineplustipifarnibcomparedwithgemcit2abineplusplaceboinadvancedpancreaticcancerJ.JClinOn2col,2004,22(8):1430-1438.(收稿日期:2009-05-15编辑:祝华)phasetrialofpemetrexedplusgemcitabineversusgemcitabineinpatientswithunresectableor

5、metastaticpancreaticcancerJ.AnnOncol,2005,16(10):1639-1645.8STEPHENSCD.Gemcitabine:anewapproachtotreatingpancre2aticcancerJ.OncolNursForum,1998,25(1):87-93.9BANUE,BANUA,FODORA,etal.Meta-analysisofrandom2isedtrialscomparinggemcitabine-baseddoubletsversusgemcit2abinealoneinpatientswithadvancedandmetas

6、taticpancreaticcancerJ.DrugAging,2007,24(10):865-879.10PalmerDH,StockenDD,HewittH,etal.Arandomizedphase2trialofneoadjuvantchemotherapyinresectablepancreaticcanc2er:gemcitabinealoneversusgemcitabinecombinedwithcisplatinJ.AnnSurgOncol,2007,14(7):2088-2096.11EL-RAYESBF,ZALUPSKIMM,SHIELDSAF,etal.Aphases

7、tudyofcelecoxib,gemcitabine,andcisplatininad2vancedpancreaticcancerJ.InvestNewDrugs,2005,23(:583-590.12DRAGOVICHT,BURRISH,.GepluscelecoxibinofatrialJAmJClinOncol,2008,31(2):13VANCUTSEMVERVENNEWL,BENNOUNAJ,etal.Phasetrialofbevacizumabincombinationwithgemcitabineanderlotinibinpatientswithmetastaticpan

8、creaticcancerJ.JClinOncol,2009,27(13):2231-2237.14KULLMANNF,HOLLERBACHS,DOLLINGERMM,etal.磁共振成像评估软骨移植修复术疗效研究进展陈淑莹,齐伟力汕头大学医学院第二附属医院关节脊柱外科(广东汕头515041)骨关节炎(osteoarthritis,OA)是一种慢性、渐进性、退行性关节病变,累及一个或多个关节,关节软骨最先受累。OA是机械性和生物性因素相互作用的结果,使软骨细胞、细胞外基质和软骨下骨合成与降解的正常进行失去平衡,从而导致软骨的软化、纤维化、溃疡、减少,软骨下骨硬化、囊性变,骨赘形成,临床表现为关

9、节疼痛、压痛、晨僵、捻发音,可伴有不同程度的关节腔积液、关节绞锁和运动受限1。近年来,随着磁共振(magneticresonanceimaging,MRI)的发展,不仅能准确反映与关节软骨早期变性相关的胶原结构和含量,蛋白多糖和水含量的变化;而且能对各类软骨移植修复术后移植物的厚度、与植入区周围关节表面融合变化、生长及功能恢复以及供区的软骨与骨质等情况作出动态评估,准确诊断术后并发症。原(collagen)占15%22%,以型胶原为主,蛋白多糖(proteoglycans,PGs)占4%7%。各个位置的胶原和PGs含量不同,水含量从关节表面到深层逐步递减,关节表面不同位置水含量各异。OA早期,

10、关节软骨退变主要表现为ECM内生化成分和结构的改变,即PGs的丧失、胶原网络结构的破坏丢失与水分的增加,形态学上无明显变化。随着病情发展出现部分软骨缺损,由于缺乏自我修复能力,在载荷应力的持续刺激下,损伤逐渐加重;继而造成全层软骨损伤,此时覆盖于软骨下骨的血痂中含有大量间充质干细胞,在各种生长因子刺激下形成纤维软骨,部分替代受损软骨的功能,但新生软骨主要含型胶原蛋白,蛋白多糖含量很少2,容易发生退化衰变。2关节软骨的移植治疗近年来,采用各种移植技术治疗关节软骨缺损备受关注,移植物主要有软组织(骨膜、软骨膜)、骨软骨、细胞等。2.1骨膜、软骨膜移植该术式广泛应用于临床试验中,其1关节软骨正常组织

11、结构及OA生化变化正常的关节软骨为透明软骨,由软骨细胞(cartilagecell)和细胞外基质(extracelularmatrix,ECM)组成,它是MRI生理性成像的成像基础。在ECM中,水分占60%80%,胶通信作者。教授,硕士研究生导师机制是在缺损区植入有成软骨能力的细胞,并通过纤维蛋白胶或缝合固定在软骨基质上,移植物常取材于胫骨和肋软骨。虽然操作较简单,但新生软骨基质中氨基葡聚糖(glyco2广东医学2010年1月第31卷第2期GuangdongMedicalJournalJan.2010,Vol.31,No.2255saminoglycans,GAGs)含量较低,修复组织表面不平

12、整,形态3采用磁共振定量成像技术对修复组织进行分析的学上不能完全达到软骨组织,新生组织的力学性能及长期耐受性不满意3方法3.1延迟对比增强成像延迟对比增强成像技术(dGEM2RIC)根据有关固定电荷密度(thefixedchargedensity,FCD)。2.2自体骨软骨移植多用于治疗面积相对较小的软骨缺损,方法是以关节边缘非负重区作为供区,获取形态上与缺损区尽可能一致的骨软骨瓣作为移植修复物进行填充修复。该术式通过自体组织移植修复缺损,无移植物排斥之虞;骨和软骨同时移植,通过移植骨与受区骨融合,达到固定的目的;移植物有足够的深度能与受区嵌合,早期不易成为游离体。但MAKINO等4在软骨组织

13、中电离子分布理论进行成像,是间接定量测定软骨蛋白聚糖含量的有效方法。软骨中FCD主要由GAGs分子中的羧基与硫基所决定,这种电荷密度成像基本上反映了软骨组织中的GAGs含量。采用钆对比剂(GdDTPA)经由血管或关节腔注入,通过软骨表面和软骨下骨渗透入软骨内部。在正常软骨中,排斥GdDTPA,因GdA,而低浓度GdG。当软骨退化衰经研究发现修复组织与正常软骨仍有明显组织学差异,混杂部分纤维软骨,一段时间后已形成的透明软骨被纤维软骨和骨样组织替代。2.3细胞移植自体软骨细胞、骨髓间充质干细胞(2SCs)和脂肪干细胞是目前研究的热点。(autologouschondrocyteimp,G,FCD丧

14、失,对GdDTPA的,GdDTPA在软骨内扩散增加、局部浓聚,GdDTPA浓度决定的T1值降低。因此,该T1值是显示蛋白多糖含量变化的特异性指标12-13。DOMAYER等14运用GdDTPA按体重012mmol/kg进行静脉注射配合关节主动活动,90min后行3D-DESS序列成像,采集感兴趣区(ROI)的T1值,对比增强前后及移植前后正常与修复组织的T1值(relativeR1,rR1)变化,了解关节软骨GAGs含量变化,由此判断软骨的修复情况。WATANABE(2,5的终末细胞,(一般是4代),细胞表型易发生变异,表达的型胶原蛋白会变为型,且生长缓慢,不能满足实际所需6。BMSCs具有多

15、向分化潜能,只有小部分能自发分化为软骨祖细胞,而体外分化很大程度上依赖其培养条件,其中诱导因子在BMSCs定向分化中起着关键作用。目前公认的起主要作用的生长因子有:(1)TGF-能刺激软骨细胞自身蛋白聚糖、胶原的合成及抑制基质等15研究显示rR1等于1说明移植后修复组织的GAGs与正常的含量相等,大于1表示修复组织GAGs含量少,虽然场强和运算方法的不同可导致rR1数值差异较大,但修复组织的T1值均较正常组织显示更高的变异性。成像T1为旋转坐标系下的自旋晶格弛豫时间3.2T1(thespin-latticerelaxationintherotatingframe)。研究提示降解,促进BMSCs

16、向软骨细胞分化,并呈剂量依赖性7;(2)bFGF被认为是软骨细胞最有力的促有丝分裂因子,它可以刺激其合成胶原和PGs,作用受浓度影响,但浓度过高会影响其促合成作用而转向分解代谢8;(3)BMP家族能诱导BMSCs分化为成骨细胞和软骨细胞,BMP-2诱导BMSCs向是一个无创量化预测与监测早期OA软骨内大分子轻微T1弛豫率(1/T1)与软骨PGs的减少呈改变的敏感指标,T1线性相关。它采用自旋锁定脉冲序列(spin-lockingse2quence),设定系列自旋锁定时间,采集系列T1WI重构T1值。在早期OA患图(T1map),对不同ROI定量测定T1值和T2值均者扫描中发现,OA患者较正常人

17、软骨的T1值和T2值与X线上显示的OA严重明显升高,增加的T1值是诊断软骨早期退变更程度呈正相关;较T2值相比,T1值变化为敏感的指标16-17。比较正常与修复组织的T1(T1)可了解修复组织基质中PGs含量18,结果较软骨细胞方向分化,表达的软骨成分比BMP-4和BMP-6诱导的效率更高9;(4)IGF-1是一种强有力的合成代谢刺激因子,显著促进有丝分裂,合成软骨基质PGs增多,加快软骨细胞增殖和成熟,并可诱导BMSCs向软骨细胞分化。徐亮等10采用TGF-1、地塞米松和维生素C体外成功诱导脂肪干细胞(第3代)向软骨细胞分化,证明脂肪干细胞在特定培养液的诱导下可向成软骨细胞表型分化,分泌特异

18、性基质,有望成为新的细胞来源。然而马钰等11指出脂肪干细胞在传10代后出现脂滴增多、突触伸长、细胞增殖减缓等衰老现象,只有5代以内的细胞适合进行软骨修复。因此,种子细胞的来源、如何加快其增殖及监控其生物行为等是亟待解决的关键问题。目前细胞移植方法众多,采用组织工程技术制备具有成软骨活性的人工软骨来修复严重关节软骨损伤是未来发展的新方向。该技术是利用生命科学和工程学的原理和方法,以人工合成或天然材料为载体整合被分离细胞,移植后在宿主体内降解释放细胞,形成新的有功能组织,达到修复缺损的目的,主要采用单纯载体支架以及种子细胞-支架、支架-细胞因子、种子细胞-支架-细胞因子等几种复合形式。成像不需特殊

19、T2mapping更接近于延迟增强对比成像。T1的硬件和线圈,但由于信噪比和分辨率的关系,目前主要运用于高场强的MRI(3T以上)。3.3T2mappingT2值是横向磁化弛豫至其最大值37%所需的时间,T2mapping对诊断早期软骨退化敏感且可重复性高,其值主要与型胶原含量、排列方向和水含量有关。T2mapping采用非侵入方式检测软骨细胞外胶原组分、排列变化,生成代表不同T2WI的灰度图像集,通过后处理产生T2彩色图,展示灰度MR图像上不可见的软骨超微结构变化。软骨基质中与胶原和PGs结合的水分子可促使T2衰减,导致T2WI上软骨信号降低,而关节滑液中的自由水则为高信号。退变软骨中胶原和

20、PGs的减少,引起自由水增加,使256广东医学2010年1月第31卷第2期GuangdongMedicalJournalJan.2010,Vol.31,No.21995:-.2HATTORIK,TAKAKURAY,ISHIMURAM,etal.DifferentialacousticpropertiesofearlycartilagelesionsinlivinghumankneeandanklejointsJ.ArthritisRheum,2005,52(10):3125-3131.3HOMMINGAGN,BULSTRASK,BOUWMEESTERPS,etal.Perichondralgr

21、aftingforcartilagelesionsofthekneeJ.JBoneJointSurgBr,1990,72(6):1003-1007.4MAKINOT,FUJIOKAH,KUROSAKAM,etal.Histologicanal2ysisoftheimplantedcartilageinanexact-fitosteochondra1trans2plantationmode1J.Arthroscopy,(7):747-751.5XUH,SF,NoringTissueEngineer2UsingJBiosciBioeng,106(:515-6,2008,22(12):1505-15

22、07.7WORSTERAA,NIXONAJ,BRDWERTOLANDBD,etal.Effectoftransforminggrowthfactor1onchondrogenicdifferentia2tionofculturedequinemesenchymalstemcellsJ.AmJVetRes,2000,61(9):1003-1010.8DARLINGEM,ATHANASIOUKA.Growthfactorimpactonar2ticularcartilagesubpopulationsJ.CellTissueRes,2005,322(3):463-473.9SEKIYAI,LARS

23、ONBL,VUORISTOJT,etal.ComparisonofeffectofBMP-2,-4,and-6oninvitrocartilageformationofhumanadultstemcellsfrombonemarrowstromaJ.CellTissueRes,2005,320(2):269-276.10徐亮,杨述华.脂肪干细胞在体外特定培养液中向软骨细胞T2WI信号升高。随着基质成分的进一步丢失,软骨中自由水含量增多和活跃性增加使T2弛豫时间延长,信号进一步增强19。软骨因受力状态和层次各异导致胶原纤维排列不同,而水分子分布与胶原纤维排列方向平行,因此分布方向各异的水分子产生

24、稳定的磁化矢量夹角(magicangleeffect),它是决定软骨T2值的主要因素,因此测定软骨T2值能够反映软骨局部组织状态和胶原排列20。DOMAYER等21采用T2mapping对比行微骨折和ACI治疗患者正常与修复组织T2值变化(relativeT2,rT2),rT2越接近于1表示修复组织的胶原和水含量越接近正常组织,修复组织T2值越低说明修复的多为纤维软骨,透明软骨少;ACI疗效优于微骨折。3.4三氧化二铁标记干细胞磁共振探测技术如何在体内有效分析干细胞的定位、增殖、22用干细胞移植治疗的一个关键问题VSOPs(verysmallon)hMSCs并以,在1117TMRI-LASH,

25、同时行组织学和PCR分析比较,结果显示三氧化二铁标记干细胞磁共振探测技术为干细胞显影和追踪其生物学行为提供了一个非侵袭性和可重复的有效方法。JING等23对半月板区的缺损关节软骨进行SPIO(superparamagneticironoxidenanoparticle)标记的hMSCs行关节腔注射,分阶段在115TMRI运用GRET2WI序列进行扫描,同时进行组织学分析,结论与AN2DREAHEYMER一致,但采用注射法进行移植,干细胞并不活跃,多数只存在于关节液中。3.5弥散加权成像(Diffusion-weightedimaging,DWI)DWI是利用生物组织中水质子的布朗运动原理成像。

26、分子表型的分化J.中国组织工程研究与临床康复,2007,11(10):1805-1807.11马钰,李青,赵大庆,等.脂肪基质干细胞的分离培养及其作弥散运动可引起自旋质子的相位丢失,造成DWI上的信号丢失,并且随着梯度磁场强度的增加,对弥散更加敏感,因此可通过测定水的自身弥散作用判断软骨内水含量24为软骨种子细胞的研究J.细胞与分子免疫学杂志,2007,23(5):463-465.12BURSTEINS,MLYNARIKV,BREITENSEHERM,etal.MRIvisualizationofproteoglycansdepletioninarticularcartilageviain2t

27、ravenousadministrationofGdDTPAJ.MagnResonMed,2001,45(1):36-41.13MULTANENJ,RAUVALAE.Reproducibilityofimaginghumankneecartilagebydelayedgadolinium-enhancedMRIofcartilage(dGEMRIC)at1.5TeslaJ.OsteoarthritisandCartilage,2009,17(5):559-564.14DOMAYERSE,WELSCHGH.T2mappinganddGEMRICafter15WATANABEA,WADAY,OBA

28、TAT,etal.Delayedgadolini2um-enhancedMRtodetermineglycosaminoglycanconcentrationinreparativecartilageafterautologouschondrocyteimplantation:preliminaryresultsJ.Radiology,2006,239(1):201-208.。正常关节软骨中大分子基质对水分子自由扩散有限制作用,而在OA的早期阶段,由于PGs和胶原的崩解,限制水分子自由扩散作用减弱,使水分子自由扩散速度加快,软骨的表观弥散系数(apparentdiffusioncoeffici

29、ent,ADC)增加,从而病变区的信号降低,这与软骨退变程度呈正相关25。FRIEDRICH等26对50例进行基质联合的ACI患者做追踪调查显示DWI可以很好地显示软骨包括修复组织的弥散改变,ADC从深层向表层逐步递减,成像结果接近延迟对比增强成像,间接反映软骨的PGs含量和胶原含量及组成。4展望关节软骨组织工程修复技术是未来治疗关节软骨疾患的主要方向,包括充分利用细胞因子和转基因技术,改良三维支架和培养条件等,如何对其疗效进行量化评判也逐渐引起重视,随着高场强磁共振应用和磁共振频谱学的发展,MRI将发挥更重要的作用。参考文献1KUETTERNERKE,GOLDBERGVM.Osteosrth

30、riticDisordersM.RosemontIL:AmericanAcademyofOrthopaedicSurgeons广东医学2010年1月第31卷第2期GuangdongMedicalJournalJan.2010,Vol.31,No.216LOZANOJ,SAADATE,LIX,etal.MagneticresonanceT(1rho)imagingofosteoarthritis:arabbitACLtransectionmodelJ.MagnResonImaging,2009,27(5):611-616.17LIX,BENJAMINMAC,LINKTM,etal.InvivoT

31、(1rho)andT(2)mappingofarticularcartilageinosteoarthritisofthekneeusing3TMRIJ.OsteoarthritisCartilage,2007,15(7):789-797.18POTTERHG,BLACKBR,CLEROY.Newtechniquesinar2ticularcartilageimagingJ.ClinSportsMed,2009,28(1):77-94.19TRATTNIGS,MAMISCHTC,WELSCHGH,etal.Quantita2tiveT2mappingofmatrixassociatedauto

32、logouschondrocytetrans2plantationat3Tesla:aninvivocrosssectionalstudyJ.Radiol,2007,42(6):442-448.20YXIA.Magic-angleeffectinmagneticresonanceiagingticularcartilage-AreviewJ.I35:-621.21IELSCHG,etal.T2mappingafterat3.0T:correlationofglobalT2valuesandclinicaloutcome-preliminaryresultsJ.OsteoarthritisCar

33、tilage,2008,16(8):903-908.22HEYMERA,HADDADD,WEBERM,etal.Ironoxidelabel2lingofhumanmesenchymalstemcellsincollagenhydrogelsforar2Invest257ticularcartilagerepairJ.Biomaterials,2008,29(10):1473-1483.23JINGXH,YANGL,DUANX,etal.InvivoMRimagingtrack2ingofmagneticironoxidenanoparticlelabeled,engineered,autol

34、2ogousbonemarrowmesenchymalstemcellsfollowingintra-artic2ularinjectionJ.JointBoneSpine,2008,75(4):432-438.24SZAFERA,ZHONGJ,ANDERSONAW,etal.Diffusion-weightedimagingintissues:theoreticalmodelsJ.NMRBi2omed,1995,8(7/8):289-296.25MLYNARIKV,SULZBACHERI,BITTSANSKYM,etal.In2vestigationofapparentdiffusionanindicatorofearlydiseaseJ.MagneticReso2I(:IIITetal.Diffusion-weighted(收稿日期:2009-05-27编辑:蔡欣)铁调素药物研究现状和应用前景李艳伟,赵晋英,钱忠明1112邵阳医学高等专科学校解剖教研室(湖南邵阳422001);2香港理