1、骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞修復(fù)關(guān)節(jié)軟骨缺損研究進(jìn)展【關(guān)鍵詞】骨髓關(guān)節(jié)軟骨缺損很常見，30歲以上的美國人罹患有病癥的髖或膝關(guān)節(jié)炎的發(fā)病率為9，每年造成直接本錢為286億美元。由于不斷攀升的發(fā)病率和不令人滿意的遠(yuǎn)期臨床療效，使得關(guān)節(jié)軟骨修復(fù)在21世紀(jì)仍然是臨床的宏大挑戰(zhàn)。軟骨組織工程的出現(xiàn)為解決這個(gè)問題提供了新思路，使軟骨組織缺損的完全再生成為可能。1關(guān)節(jié)軟骨的構(gòu)造及損傷特點(diǎn)關(guān)節(jié)軟骨屬于透明軟骨，覆蓋于長骨末端，主要作用是減少關(guān)節(jié)外表的摩擦。組織學(xué)上膠原成份主要由型膠原構(gòu)成，光鏡下基質(zhì)略呈均質(zhì)性。關(guān)節(jié)軟骨具有層次特點(diǎn)，從外表到深部依次是：外表切線區(qū)、移行區(qū)、輻射區(qū)和礦化區(qū)。各區(qū)域在細(xì)胞形態(tài)和密度、膠原原纖維

2、含量和排列方向上具有一定的差異，整個(gè)關(guān)節(jié)軟骨基質(zhì)內(nèi)的膠原原纖維呈拱形排列，有加固軟骨組織的作用。關(guān)節(jié)軟骨中，軟骨細(xì)胞僅占軟骨體積的510?；|(zhì)的主要成分是：水(占6678)、膠原(占1318)和蛋白多糖(占710)，這些基質(zhì)成分共同維持軟骨構(gòu)造和功能的穩(wěn)定。軟骨缺損可由創(chuàng)傷、磨損、贅生物、先天性畸形等引起。創(chuàng)傷是導(dǎo)致關(guān)節(jié)軟骨缺損的最常見原因，主要是由于運(yùn)動或意外事故造成。損傷所產(chǎn)生的剪切力可導(dǎo)致關(guān)節(jié)軟骨壓迫性骨折或骨軟骨別離。關(guān)節(jié)軟骨屬于透明軟骨，受損后被周圍組織形成的細(xì)胞和基質(zhì)恢復(fù)和替代，但軟骨組織的修復(fù)才能很差，它的組織學(xué)和生物學(xué)特性限制了它的修復(fù)才能，多不能恢復(fù)原有的構(gòu)造和功能：1缺乏血

3、管，使未分化間質(zhì)細(xì)胞無法進(jìn)入損傷部位進(jìn)展類似其他組織的愈合過程；2軟骨組織本身缺乏修復(fù)缺損所必需的未分化細(xì)胞；3軟骨細(xì)胞包埋于致密的膠原-蛋白多糖基質(zhì)中，限制了細(xì)胞的增殖和遷移才能；4成熟的軟骨細(xì)胞受到損傷時(shí)的合成才能雖然增加，但很有限而不能滿足修復(fù)的需要1。2應(yīng)用Ss修復(fù)關(guān)節(jié)軟骨通過對Ss細(xì)胞的別離和體外培養(yǎng)以及對培養(yǎng)條件的控制，可以促進(jìn)Ss細(xì)胞分化成軟骨細(xì)胞。3載體選擇應(yīng)用于關(guān)節(jié)軟骨缺損修復(fù)的支架材料有很多，它為組織形成提供空間架構(gòu)支持，在促進(jìn)組織形成方面也起著關(guān)鍵的作用。主要有2種，一類是天然材料，另一類是人工材料。天然材料的支架材料包括藻酸鈣、膠原、纖維蛋白、殼聚糖、透明質(zhì)酸和硫酸軟骨

4、素等。天然支架的優(yōu)勢在于來源廣泛，價(jià)格低廉，具有良好的生物相容性，對機(jī)體刺激作用較小，同時(shí)具有細(xì)胞識別信號(如RGD序列等)，利于細(xì)胞粘附、增殖和分化，其有機(jī)、無機(jī)成分比例適宜，具有比人工合成材料更好的微構(gòu)造和功能。天然材料的缺點(diǎn)是機(jī)械性能差，還有可能存在免疫原性和不同批次質(zhì)量差異的問題，因此其應(yīng)用受到限制。目前在軟骨工程領(lǐng)域，應(yīng)用最多的主要有膠原和纖維蛋白2種材料。4生長因子選擇FGF以bFGF和aFGF兩種形式存在。能增加前成骨細(xì)胞樣細(xì)胞的數(shù)量，使其骨鈣素含量增加，堿性磷酸酶活性下降，促進(jìn)軟骨細(xì)胞增殖和分化。IGF促進(jìn)多種來源的軟骨種子細(xì)胞增殖，維持軟骨生長和刺激軟骨細(xì)胞合成型膠原。5修復(fù)

5、方法5.1基于軟骨下刺激的關(guān)節(jié)軟骨修復(fù)小至中等大小的關(guān)節(jié)軟骨缺損(152)的病人可以使用骨髓刺激治療。軟骨下骨打孔法，由Pridie于1959年首先提出并應(yīng)用，即在關(guān)節(jié)軟骨缺損區(qū)從外表向軟骨下骨板鉆孔至出血。微骨折術(shù)，在關(guān)節(jié)鏡下切除缺損軟骨全層，用錐鉆打孔至出血而獲得髓腔中的干細(xì)胞和營養(yǎng)，以進(jìn)展修復(fù)。不同于鉆孔術(shù)，它可以產(chǎn)生一個(gè)二維的再生空間，且不引起熱源性骨壞死。這2種治療選擇的根底是刺激干細(xì)胞分化成纖維軟骨細(xì)胞，形成纖維軟骨，修復(fù)入關(guān)節(jié)缺損處6。這種修復(fù)最終形成的是纖維軟骨，它不同于正常透明軟骨的機(jī)械特性，但是可以覆蓋下面的骨質(zhì)，這樣就可以減輕疼痛和腫脹的病癥。Gudas等7應(yīng)用微骨折術(shù)治

6、療29例膝關(guān)節(jié)軟骨缺損患者，分別于6、12、24、36個(gè)月進(jìn)展RI，IRS評分和修訂的HSS評分分析，顯示優(yōu)良率為52。5.2組織工程化軟骨修復(fù)應(yīng)用Ss的組織工程化軟骨主要有種子細(xì)胞-支架和種子細(xì)胞-支架-細(xì)胞因子2種形式。5.3種子細(xì)胞-支架復(fù)合物種子細(xì)胞-支架復(fù)合物是利用支架對細(xì)胞的良好相容性和支持性，將種子細(xì)胞和載體共同培育獲得工程化軟骨。支架可以維持軟骨缺損內(nèi)的細(xì)胞并作為載體誘導(dǎo)透明軟骨細(xì)胞。akitani等8報(bào)道臨床2例骨性關(guān)節(jié)炎患者進(jìn)展高位脛骨截骨術(shù)同時(shí)以自體骨髓Ss為種子細(xì)胞，復(fù)合膠原凝膠移植，修復(fù)股骨內(nèi)髁關(guān)節(jié)軟骨缺損。在移植術(shù)后6周時(shí)可見缺損處形成白色或粉紅色的修復(fù)組織，部分組

7、織異染陽性。42周后，缺損外表可觀測到白色的軟骨組織，部分可觀測到類似透明軟骨的組織，異染均為陽性。Ueatsu9等報(bào)道的Ss復(fù)合三維PLGA支架應(yīng)用顯示：用兔自體骨髓血別離出Ss種植于三維PLGA支架，共同體外培養(yǎng)2周后移植修復(fù)兔膝關(guān)節(jié)軟骨缺損。術(shù)后4周，骨軟骨缺損被新形成的光滑白色組織所填充，但是邊緣與周圍正常軟骨組織有顏色不同的界限。組織學(xué)觀察有培養(yǎng)的細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)。術(shù)后12周，缺損處填充以光滑、白色并有光澤的的組織，類似完好的關(guān)節(jié)軟骨邊緣與正常軟骨組織模糊。組織學(xué)觀察有再生的類透明軟骨和大量細(xì)胞外基質(zhì)。5.4種子細(xì)胞-支架-細(xì)胞因子復(fù)合物6展望近年來，Ss及其在軟骨組織工程方面開展迅

8、速，新技術(shù)，新理論不斷出現(xiàn)。Behrens15提出自體基質(zhì)誘導(dǎo)軟骨形成(AI)理論方法，使骨髓S作為內(nèi)在軟骨修復(fù)源成為可能。在德國一個(gè)多中心的研究機(jī)構(gòu)研究一種新的技術(shù)，可以使S在體內(nèi)增殖和分化并向軟骨缺損處聚集16。細(xì)胞組建中關(guān)節(jié)軟骨生長相關(guān)變化的軟骨三維成像，體內(nèi)細(xì)胞追蹤，微T掃描重建等技術(shù)的應(yīng)用，為研究軟骨組織工程提供了更加有力的方法支持。但是目前仍有許多問題尚待解決。如到目前為止還沒有非常完善的別離純化細(xì)胞的方案；移植物在植入體內(nèi)之前應(yīng)發(fā)育到何種程度為宜，臨床上如何更好地促進(jìn)Ss與理想材料相容生長并形成軟骨？由于對Ss分化的機(jī)制并不明確，這種分化并不穩(wěn)定，分化率有限，分化后的軟骨細(xì)胞顯示出易退化和衰老的特性。在軟骨缺損修復(fù)長期觀察中發(fā)現(xiàn)暫時(shí)形成的透明軟骨最終會被纖維軟骨或纖維組織所替代17，18。如何既控制增殖又能在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候調(diào)控S定向分化成成熟軟骨細(xì)胞，也是組織工程的一個(gè)重要的問題。以干細(xì)胞工程為代表的現(xiàn)代組織工程學(xué)是近年來迅猛開展的新領(lǐng)