骨組織工程的研究進展

摘要：腫瘤、外傷、嚴重感染及先天畸形等所造成的口腔頜面部骨缺損和骨量不足是口腔頜面外科的常見病、多發病，這些都給患者帶來了生活上的極大不便和心理上的嚴重影響。傳統的治療方法有自體骨移植，異體或異種骨移植，植入骨替代材料等，這些方法存在自體骨供應來源有限，移植骨的遠期吸收，供區的損傷、疼痛、出血；異體骨的抗原性和潛在的傳播疾病的風險；人工骨替代材料來修復頜面部骨缺損，但在生物、機械性能和組織相容性方面上存在不足。因而迫切需要尋找新的骨替代材料來滿足修復頜骨缺損的需要，自80年代以來，隨著細胞培養技術的飛速發展，組織工程化人工骨為解決這一問題提供了一條新的途徑。

關鍵詞:骨組織工程 研究進展

The bone tissue project research progresses

Wang Kaiting Li Jianbin Wang Yi

Abstract:The tumor，the flesh wound，the serious infection and congenital malformation and so on create the oral cavity jaw face bone damage and the bone quantity insufficiency are oral cavity jaw surface surgical departments common disease，frequently-occurring disease，these all have brought in the life to the patient enormous inconvenient and in the psychological serious influence.The traditional method of treatment has from the body bone transplants，the foreign body or the heterogeneous bone transplant，plant the bone to interthe body or bones of a monk the substitution material and so on，these method existence is limited from the body bone supply origin，transplants the bone the forward absorption，for area damage，ache，hemorrhage;Foreign body bone antigenicity and latent dissemination disease risk;The artificial bone substitution material repairs the jaw face bone damage，but in the biology，the mechanical property and the organization compatible aspect exists insufficient.Thus urgent needs to seek the new bone substitution material to satisfy the repair jaw bone damage the need，since 80s，along with cell raise technology rapid development，organization project artificial bone for solved this problem to provide a new way.

Keywords：The bone tissue project Research progresses

【中圖分類號】R-0【文獻標識碼】A 【文章編號】1008-1879(2010)11-0043-01

腫瘤、外傷、嚴重感染及先天畸形等所造成的口腔頜面部骨缺損和骨量不足是口腔頜面外科的常見病、多發病，這些都給患者帶來了生活上的極大不便和心理上的嚴重影響。傳統的治療方法有自體骨移植，異體或異種骨移植，植入骨替代材料等，這些方法存在自體骨供應來源有限，移植骨的遠期吸收，供區的損傷、疼痛、出血；異體骨的抗原性和潛在的傳播疾病的風險；人工骨替代材料來修復頜面部骨缺損，但在生物、機械性能和組織相容性方面上存在不足。因而迫切需要尋找新的骨替代材料來滿足修復頜骨缺損的需要，自80年代以來，隨著細胞培養技術的飛速發展，組織工程化人工骨為解決這一問題提供了一條新的途徑。

1 種子細胞

理想的骨組織工程種子細胞應具備以下特點^［1］：①取材方便，對機體損傷小；②體外培養易定向分化為成骨細胞并具有較強的穩定傳代增殖能力；③植入體內能適應受區環境并保持較強的成骨活性。骨組織工程中種子細胞主要為成骨細胞，成骨細胞來源于骨、骨膜、骨髓及骨外組織等。

1.1 骨。

目前使用較多的是胚胎或新生動物骨。早在20世紀60年代，Peck和Birge^［4］開始用膠原酶消化骨片，在體外培養成骨細胞成功。Riccio等將從人胚胎顱蓋骨中所得的長梭形成纖維樣細胞置于DMEM培養基中培養，發現細胞表現出成骨細胞的表型，堿性磷酸酶（alkaline phosphatase，ALP）活性表達，合成了主要成分為I型膠原的細胞外基質，表明所得細胞為具有很強分化能力的成骨細胞，可定向分化為骨細胞并發揮作用。骨組織來源的成骨細胞屬于功能態成骨細胞，表達高水平的ALP活性，PTH反應性、合成骨鈣素的能力也較高^［2-3］。

1.2 骨膜。

骨膜通常指骨外膜，是覆蓋在骨外表面的致密結締組織。傳統上骨膜分為淺表的纖維層和深面的生發層，纖維層較致密細胞少，生發層較疏松，纖維成分少，含有較多的骨原細胞、成骨細胞。骨原細胞保持分化潛能，可增殖分化為成骨細胞，故骨膜體外培養可分化出成骨細胞。1991年，Nakahara等^［1］取幼雞脛骨骨膜，酶溶解后培養，經檢驗證實其具有分化為成骨細胞的潛力。

2 支架材料

2.1 生物衍生材料。

這類材料兼具了生物和人工合成材料的優點：具有來源豐富，造價低，抗原性弱，組織親和性和結合力良好，其天然的空隙結構為細胞的粘附、生長提供了最佳的三維立體空間。這些支架材料具有良好的骨誘導活性，它的吸收與新骨的生長速度基本同步，為新骨的生長提供了支架，而且不影響新骨的塑形。但存在機械強度不足的缺點。

2.2 人工合成材料。

人工合成材料已成為目前應用廣泛的支架材料。包括：無機物、高分子有機物和復合材料。

2.2.1 無機物。應用于骨組織工程的無機材料主要是生物陶瓷類。生物陶瓷分為羥基磷灰石陶瓷（hydroxyapatite，HAP）和生物玻璃陶瓷（bioactive glass，BG），都有良好的生物相容性，耐磨，彈性模量接近骨骼，可制成多孔的結構；并具有良好的骨誘導和骨傳導能力，能引發成骨細胞及該區域其它細胞長入并吸附于支架上，隨著基質堆積，骨組織逐漸形成并重新塑性，從而促進骨修復。但生物陶瓷因具有塑形和燒結困難、脆性大、降解時間長、表面活性差等缺點，限制了它的應用^［4-5］。

2.2.2 高分子有機物。在組織工程中，研究和應用最廣泛的人工合成材料是聚乳酸（polylact他ic acid，PLA）、聚羥基乙酸（polyglycolic acid，PGA）及其共聚物。它們具有良好的生物相容性、可降解性和可吸收性，在體內以水解的方式降解，產生天然的中間代謝產物排出體外，并具有一定的可塑性，而且基質的降解不影響成骨細胞的形態。但在應用過程中也發現很多不足：①親水性差，細胞吸附力弱；②引起無菌炎癥；③機械強度不足；④價格昂貴等。

3 結束語

綜上所述，骨組織工程中種子細胞和支架材料還存在許多不足，為了解決這些問題，有學者將骨組織工程和基因工程以及納米技術相結合，取得了很好的效果。如將種子細胞和基因工程相結合來改造細胞，使其既有較強的增長能力，又可定向分化，有較強的成骨能力；如將生物陶瓷和納米技術相結合而研制的納米陶瓷，因其晶粒尺寸、晶界寬度、第二相分布、氣孔尺度、缺陷尺寸等都限于100nm量級水平，所以其強度、韌性和超塑性均大大提高，并且納米材料固有的表面效應增加了陶瓷材料的生物活性和成骨誘導能力^［6-7］。基因工程和納米技術與組織工程相結合，為組織工程在臨床的進一步應用提供了前景，也成為組織工程今后的研究方向。

參考文獻

［1］ Nakahara H，Dennis JE，Brudee SP，et，al.In vitro differentiation of bone and hypertrophic cartilage from periosteal-derived cells.Exp Cell Res.1991 Aug;195(2):492-503

［2］ 楊志明，余希杰，解慧琪等.不同來源成骨細胞生物學特性的比較研究.中華創傷雜志，2001，17（1）：10-13

［3］ Katagiri T，Yamaguchi A，Komaki M，et al.J Cell Biol，1994，127(6):1755-1766

［4］ 董廣英，吳織芬，王勤濤等.hBMP2基因轉染對人牙齦成纖維細胞生物學特性的影響.牙體牙髓牙周病學雜志，2004，14（6）：315-318

［5］ 劉貴英，楊立業，鄭佳坤等.實用口腔醫學雜志，2003，19（6）：554-558

［6］ 司徒鎮強，吳軍正.胚胎干細胞培養.細胞培養［M］.西安，世界圖書出版公司，2004；101

［7］ Gearhart J.New potential for human embryonic stem cells［J］.Curr Top Dev Biol，1998，38:133-165