骨組織工程最新研究進(jìn)展

【摘要】骨組織作為生命科學(xué)研究領(lǐng)域的一門嶄新學(xué)科，其研究范圍涉及骨、軟骨、肌腱等多種組織的再造與修復(fù)，與骨組織的研究與治療范圍有非常大的交叉。本文僅就組織工程在骨組織領(lǐng)域的研究進(jìn)展，從骨、軟骨、肌腱等骨組織治療中涉及較多的組織構(gòu)建方面作一簡(jiǎn)要概述。

【關(guān)鍵詞】骨組織； 研究進(jìn)展

【中圖分類號(hào)】R681.2 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B【文章編號(hào)】1004-4949（2014）08-0665-02

作為一門古老的學(xué)科，骨組織的發(fā)展具有悠久歷史，其發(fā)端可追溯到人類生命起源的最初階段；骨組織是隨著社會(huì)的發(fā)展與經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步，針對(duì)日益增高的創(chuàng)傷發(fā)生率與日趨復(fù)雜和嚴(yán)重的創(chuàng)傷程度，而逐漸成為骨外科學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)重要分支；骨組織的發(fā)展不但繼承了傳統(tǒng)骨科的豐厚內(nèi)涵，而且更體現(xiàn)在其融匯吸收了現(xiàn)代醫(yī)學(xué)與現(xiàn)代生物學(xué)等生命科學(xué)領(lǐng)域多學(xué)科發(fā)展的最新成果。

一骨組織工程研究進(jìn)展

作為組織工程研究領(lǐng)域中最為活躍的一部分，骨組織工程的研究已處于組織構(gòu)建與缺損修復(fù)的前沿，是可能率先進(jìn)入臨床應(yīng)用的組織工程領(lǐng)域之一。骨創(chuàng)傷修復(fù)雄厚的理論與研究基礎(chǔ)，各種生物材料在臨床骨缺損治療中的長(zhǎng)期廣泛應(yīng)用，都為骨組織工程的發(fā)展提供了得天獨(dú)厚的有利條件。骨髓基質(zhì)干細(xì)胞具有獲取時(shí)對(duì)機(jī)體損傷小、培養(yǎng)擴(kuò)增后數(shù)量充足且自體細(xì)胞避免了免疫排斥反應(yīng)的特點(diǎn)，已經(jīng)成為骨組織工程研究中的最佳細(xì)胞來(lái)源。應(yīng)用骨髓基質(zhì)干細(xì)胞作為種子細(xì)胞已成功修復(fù)大動(dòng)物的顱骨、下頜骨與四肢骨缺損。筆者所在實(shí)驗(yàn)室利用BMACs復(fù)合藻酸鈣成功修復(fù)了羊顱骨標(biāo)準(zhǔn)缺損；Schliephake等利用煅燒牛骨作為支架復(fù)合BMSCs修復(fù)羊的下頜骨節(jié)段缺損，組織形態(tài)計(jì)量學(xué)結(jié)果顯示，新骨形成量較單純材料組有顯著增加；Kon

等發(fā)現(xiàn)BMSCs復(fù)合羥基磷灰石陶瓷后修復(fù)羊脛骨節(jié)段缺損，2個(gè)月時(shí)力學(xué)強(qiáng)度顯著高于單純材料組。目前的研究焦點(diǎn)在于如何能夠使骨髓基質(zhì)干細(xì)胞的體外培養(yǎng)與誘導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)化，以進(jìn)一步應(yīng)用于大規(guī)模的臨床治療。此外，最新研究表明同種異體骨髓基質(zhì)干細(xì)胞復(fù)合TCP能修復(fù)犬股骨21mm的節(jié)段缺損，而不需要進(jìn)行免疫抑制治療，若進(jìn)一步證實(shí)在人體可行，通過(guò)建立一個(gè)骨髓基質(zhì)干細(xì)胞庫(kù)，即能更及時(shí)方便地應(yīng)用組織工程方法來(lái)修復(fù)骨缺損。而Zuk等發(fā)現(xiàn)脂肪中也有多向分化潛能的干細(xì)胞，加以適當(dāng)誘導(dǎo)，即可向成骨轉(zhuǎn)化，由于脂肪組織的來(lái)源也較容易，若通過(guò)進(jìn)一步體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，此細(xì)胞亦可成為骨組織工程又一可靠的種子細(xì)胞來(lái)源。

二軟骨組織工程研究進(jìn)展

骨關(guān)節(jié)的損傷修復(fù)是骨組織治療的一個(gè)重要領(lǐng)域，成熟的關(guān)節(jié)軟骨自身修復(fù)能力有限，直徑大于4mm的缺損一般不能自行修復(fù)。傳統(tǒng)的軟骨表面刨削、鉆孔術(shù)以及微骨折術(shù)、骨膜或軟骨膜移植等方法，治療效果不佳。Brittberg等采用取自自體關(guān)節(jié)非負(fù)重部位關(guān)節(jié)軟骨的軟骨細(xì)胞，體外培養(yǎng)擴(kuò)增后直接注射入關(guān)節(jié)軟骨缺損部位，表面由取自脛骨上端的骨膜縫合覆蓋，軟骨缺損得到了不同程度的臨床修復(fù)。同時(shí)，多種生物材料支架作為細(xì)胞載體，在大量裸鼠體內(nèi)軟骨組織構(gòu)建研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)行關(guān)節(jié)軟骨的組織工程修復(fù)。應(yīng)用膠原凝膠、纖維蛋白、透明質(zhì)酸等生物材料作為細(xì)胞支架，均達(dá)到了不同的修復(fù)效果。Liu等應(yīng)用PLuronic-127與PGA作為細(xì)胞支架，成功修復(fù)豬膝關(guān)節(jié)軟骨負(fù)重部位直徑8mm的全層缺損，體內(nèi)形成的軟骨組織具有正常軟骨的組織結(jié)構(gòu)與生化組成，生物力學(xué)強(qiáng)度達(dá)到正常關(guān)節(jié)軟骨的70%。應(yīng)用組織工程技術(shù)修復(fù)半月板與椎間盤軟骨組織缺損，也取得了較好的修復(fù)效果。通過(guò)骨髓基質(zhì)干細(xì)胞的體外誘導(dǎo)分化，可獲得大量表型穩(wěn)定的成軟骨細(xì)胞并分泌特異的軟骨基質(zhì)，以此為種子細(xì)胞已成功構(gòu)建組織工程化軟骨，修復(fù)關(guān)節(jié)軟骨缺損。我們實(shí)驗(yàn)室研究發(fā)現(xiàn)，骨髓基質(zhì)干細(xì)胞在體內(nèi)不但能夠完成關(guān)節(jié)軟骨缺損的修復(fù)，而且關(guān)節(jié)軟骨下骨也同時(shí)得到修復(fù)。基于骨髓基質(zhì)干細(xì)胞的軟骨組織工程將是未來(lái)的主要發(fā)展方向。

三肌腱組織工程研究進(jìn)展

嚴(yán)重的骨與關(guān)節(jié)損傷常伴隨肌腱與韌帶損傷或缺失，長(zhǎng)度超過(guò)H- 的肌腱缺損一般不能直接縫合，自體肌腱是最好的移植替代材料，人體內(nèi)可供肌腱移植的供區(qū)較少，故自體肌腱移植受到很大限制。最早的有關(guān)肌腱組織工程構(gòu)建的報(bào)道見(jiàn)于1994 年，曹誼林等用酶消化分離新生牛肩部的肌腱細(xì)胞，與條索狀未編織的聚羥基乙酸網(wǎng)狀支架形成復(fù)合物，在體外培養(yǎng)C 周后，植入裸鼠皮下，再生出在組織學(xué)、生物力學(xué)等方面與正常肌腱相似的組織。Dunn等在膠原纖維中種植肌腱成纖維細(xì)胞，成功替代了兔膝關(guān)節(jié)的前交叉韌帶。種子細(xì)胞來(lái)源是組織工程化肌腱組織構(gòu)建需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題。真皮成纖維細(xì)胞與骨髓基質(zhì)干細(xì)胞來(lái)源廣泛，體外擴(kuò)增能力強(qiáng)，均能表達(dá)I型膠原，可作為肌腱組織工程種子細(xì)胞的替代細(xì)胞。陳兵等應(yīng)用豬真皮成纖維細(xì)胞作為種子細(xì)胞，在體內(nèi)成功構(gòu)建了具有接近正常生物力學(xué)強(qiáng)度的組織工程化肌腱，并原位修復(fù)了長(zhǎng)3cm的趾淺屈肌腱全層缺損。Awad等應(yīng)用自體骨髓基質(zhì)干細(xì)胞，以I型膠原為支架，修復(fù)髕韌帶中央部3.8cm×3.8cm“開(kāi)窗”缺損。力學(xué)環(huán)境對(duì)肌腱組織的構(gòu)建至關(guān)重要。Cao等應(yīng)用自體肌腱細(xì)胞與未編織的聚羥基乙酸網(wǎng)狀支架形成復(fù)合物，回植雞自體肌腱缺損處并維持肢體活動(dòng)，形成了組織學(xué)結(jié)構(gòu)、生化組成與生物力學(xué)強(qiáng)度等與正常肌腱組織非常接近的組織工程化肌腱。Banes等研制了可用于體外構(gòu)建肌腱組織的生物反應(yīng)器，通過(guò)周期間歇性力的作用，前交叉韌帶成纖維細(xì)胞與膠原纖維在體外形成的組織工程化肌腱，在組織結(jié)構(gòu)、超微結(jié)構(gòu)與生化組成等方面均與正常組織非常接近，證明在體外力學(xué)環(huán)境作用下，能夠構(gòu)建具有一定力學(xué)強(qiáng)度的組織工程化肌腱組織。如何滿足骨組織在骨與韌帶、肌腱復(fù)合型損傷的治療要求，聯(lián)合構(gòu)建兩類組織的復(fù)合結(jié)構(gòu)，已成為目前肌腱組織工程研究的一個(gè)重要方面。

參考文獻(xiàn)

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