骨髓间充质干细胞修复关节软骨缺损研究进展

1、骨髓间充质干细胞修复关节软骨缺损研究进展【关键词】骨髓关节软骨缺损很常见，30岁以上的美国人罹患有病症的髋或膝关节炎的发病率为9，每年造成直接本钱为286亿美元。由于不断攀升的发病率和不令人满意的远期临床疗效，使得关节软骨修复在21世纪仍然是临床的宏大挑战。软骨组织工程的出现为解决这个问题提供了新思路，使软骨组织缺损的完全再生成为可能。1关节软骨的构造及损伤特点关节软骨属于透明软骨，覆盖于长骨末端，主要作用是减少关节外表的摩擦。组织学上胶原成份主要由型胶原构成，光镜下基质略呈均质性。关节软骨具有层次特点，从外表到深部依次是：外表切线区、移行区、辐射区和矿化区。各区域在细胞形态和密度、胶原原纤维

2、含量和排列方向上具有一定的差异，整个关节软骨基质内的胶原原纤维呈拱形排列，有加固软骨组织的作用。关节软骨中，软骨细胞仅占软骨体积的510。基质的主要成分是：水(占6678)、胶原(占1318)和蛋白多糖(占710)，这些基质成分共同维持软骨构造和功能的稳定。软骨缺损可由创伤、磨损、赘生物、先天性畸形等引起。创伤是导致关节软骨缺损的最常见原因，主要是由于运动或意外事故造成。损伤所产生的剪切力可导致关节软骨压迫性骨折或骨软骨别离。关节软骨属于透明软骨，受损后被周围组织形成的细胞和基质恢复和替代，但软骨组织的修复才能很差，它的组织学和生物学特性限制了它的修复才能，多不能恢复原有的构造和功能：1缺乏血

3、管，使未分化间质细胞无法进入损伤部位进展类似其他组织的愈合过程；2软骨组织本身缺乏修复缺损所必需的未分化细胞；3软骨细胞包埋于致密的胶原-蛋白多糖基质中，限制了细胞的增殖和迁移才能；4成熟的软骨细胞受到损伤时的合成才能虽然增加，但很有限而不能满足修复的需要1。2应用Ss修复关节软骨通过对Ss细胞的别离和体外培养以及对培养条件的控制，可以促进Ss细胞分化成软骨细胞。3载体选择应用于关节软骨缺损修复的支架材料有很多，它为组织形成提供空间架构支持，在促进组织形成方面也起着关键的作用。主要有2种，一类是天然材料，另一类是人工材料。天然材料的支架材料包括藻酸钙、胶原、纤维蛋白、壳聚糖、透明质酸和硫酸软骨

4、素等。天然支架的优势在于来源广泛，价格低廉，具有良好的生物相容性，对机体刺激作用较小，同时具有细胞识别信号(如RGD序列等)，利于细胞粘附、增殖和分化，其有机、无机成分比例适宜，具有比人工合成材料更好的微构造和功能。天然材料的缺点是机械性能差，还有可能存在免疫原性和不同批次质量差异的问题，因此其应用受到限制。目前在软骨工程领域，应用最多的主要有胶原和纤维蛋白2种材料。4生长因子选择FGF以bFGF和aFGF两种形式存在。能增加前成骨细胞样细胞的数量，使其骨钙素含量增加，碱性磷酸酶活性下降，促进软骨细胞增殖和分化。IGF促进多种来源的软骨种子细胞增殖，维持软骨生长和刺激软骨细胞合成型胶原。5修复

5、方法5.1基于软骨下刺激的关节软骨修复小至中等大小的关节软骨缺损(152)的病人可以使用骨髓刺激治疗。软骨下骨打孔法，由Pridie于1959年首先提出并应用，即在关节软骨缺损区从外表向软骨下骨板钻孔至出血。微骨折术，在关节镜下切除缺损软骨全层，用锥钻打孔至出血而获得髓腔中的干细胞和营养，以进展修复。不同于钻孔术，它可以产生一个二维的再生空间，且不引起热源性骨坏死。这2种治疗选择的根底是刺激干细胞分化成纤维软骨细胞，形成纤维软骨，修复入关节缺损处6。这种修复最终形成的是纤维软骨，它不同于正常透明软骨的机械特性，但是可以覆盖下面的骨质，这样就可以减轻疼痛和肿胀的病症。Gudas等7应用微骨折术治

6、疗29例膝关节软骨缺损患者，分别于6、12、24、36个月进展RI，IRS评分和修订的HSS评分分析，显示优良率为52。5.2组织工程化软骨修复应用Ss的组织工程化软骨主要有种子细胞-支架和种子细胞-支架-细胞因子2种形式。5.3种子细胞-支架复合物种子细胞-支架复合物是利用支架对细胞的良好相容性和支持性，将种子细胞和载体共同培育获得工程化软骨。支架可以维持软骨缺损内的细胞并作为载体诱导透明软骨细胞。akitani等8报道临床2例骨性关节炎患者进展高位胫骨截骨术同时以自体骨髓Ss为种子细胞，复合胶原凝胶移植，修复股骨内髁关节软骨缺损。在移植术后6周时可见缺损处形成白色或粉红色的修复组织，部分组

7、织异染阳性。42周后，缺损外表可观测到白色的软骨组织，部分可观测到类似透明软骨的组织，异染均为阳性。Ueatsu9等报道的Ss复合三维PLGA支架应用显示：用兔自体骨髓血别离出Ss种植于三维PLGA支架，共同体外培养2周后移植修复兔膝关节软骨缺损。术后4周，骨软骨缺损被新形成的光滑白色组织所填充，但是边缘与周围正常软骨组织有颜色不同的界限。组织学观察有培养的细胞和细胞外基质。术后12周，缺损处填充以光滑、白色并有光泽的的组织，类似完好的关节软骨边缘与正常软骨组织模糊。组织学观察有再生的类透明软骨和大量细胞外基质。5.4种子细胞-支架-细胞因子复合物6展望近年来，Ss及其在软骨组织工程方面开展迅

8、速，新技术，新理论不断出现。Behrens15提出自体基质诱导软骨形成(AI)理论方法，使骨髓S作为内在软骨修复源成为可能。在德国一个多中心的研究机构研究一种新的技术，可以使S在体内增殖和分化并向软骨缺损处聚集16。细胞组建中关节软骨生长相关变化的软骨三维成像，体内细胞追踪，微T扫描重建等技术的应用，为研究软骨组织工程提供了更加有力的方法支持。但是目前仍有许多问题尚待解决。如到目前为止还没有非常完善的别离纯化细胞的方案；移植物在植入体内之前应发育到何种程度为宜，临床上如何更好地促进Ss与理想材料相容生长并形成软骨？由于对Ss分化的机制并不明确，这种分化并不稳定，分化率有限，分化后的软骨细胞显示出易退化和衰老的特性。在软骨缺损修复长期观察中发现暂时形成的透明软骨最终会被纤维软骨或纤维组织所替代17，18。如何既控制增殖又能在适当的时候调控S定向分化成成熟软骨细胞，也是组织工程的一个重要的问题。以干细胞工程为代表的现代组织工程学是近年来迅猛开展的新领