臍血在骨傷實驗中的研究現況與展望

李永樂 何強

·綜述·

臍血在骨傷實驗中的研究現況與展望

李永樂 何強

臍血;臍血間充質干細胞;骨創傷

臍血又稱胎盤血或臍帶血，是在足月胎兒娩出之后，經結扎臍帶斷臍，通過臍靜脈穿刺或切開引流收集到的殘存在胎盤和臍帶中的血液。研究發現臍血中含有豐富的干細胞，可用于造血干細胞移植，因此臍血多用于治療血液系統疾病和免疫系統疾病。已證實臍血跟骨髓一樣能促進骨折愈合，現就臍血在骨傷實驗中的研究成果、研究方向、應用優勢和問題展望闡述如下。

1 臍血細胞實驗研究

1.1 臍血間充質干細胞分化成骨的潛能 臍血中含有豐富的干細胞，干細胞是具有多向分化的多功能細胞，被稱為“萬能細胞”。研究發現臍血間充質干細胞在體外可誘導分化為成骨細胞［1-3］。國內學者也對臍血間充質干細胞分化成骨潛能進行了研究，張赫［4］等，研究臍血間充質干細胞生物學特性和向成骨樣細胞誘導分化時證實了臍血間充質干細胞可以在體外誘導分化為成骨樣細胞。張積華［5］等，實驗研究也論證了臍血間充質干細胞可以誘導分化為成骨樣細胞這一觀點。但是臍血間充質干細胞在體外可誘導分化為成骨細胞很大程度上依賴于誘導條件，且成骨活性較弱，骨化過程較慢。這一關鍵問題的解決有待于進一步研究，同時也指出新的研究方向。

1.2 臍血間充質干細胞在骨傷實驗中的應用 臍血間充質干細胞在體外可誘導分化為成骨細胞，在骨傷修復實驗中能否發揮作用引起國內外學者的濃厚興趣。骨缺損會嚴重影響骨折愈合甚至造成骨不連，骨缺損的治療對于骨科醫生是一個挑戰性的任務。研究發現使用臍血間質干細胞和骨基質為支架的組織工程化骨可以成功修復臨界大小的大鼠顱骨缺損模型［6］。進而研究臍血間充質干細胞在骨折愈合中的影響，結果顯示臍血間充質干細胞能有效的促進大鼠股骨骨折愈合［7］。相關研究顯示臍血間充質干細胞有較強的誘導成骨作用，可以成功的修復兔股骨頭缺損性壞死［8］。臍血間充質干細胞將為骨傷修復提供一個有效的治療方案，也必會發揮重要的作用。

臍血間充質干細胞研究取得了令人興奮的研究進展，有望成為理想的骨組織工程的種子細胞，雖然目前國內外關于臍血間充質干細胞在特定的條件下向成骨細胞誘導分化的研究已有較多報道證實，由于臍血干細胞在骨傷修復中的應用是初步研究階段，所以有些問題目前無法解決有待進一步研究:如何提高臍血間充質干細胞的分離培養成功率、如何使臍血間充質干細胞高效地向成骨細胞轉化、誘導分化后植入體內是否能被接納相容并且發揮目的作用以及安全性如何。隨著研究的深入以及關鍵問題的解決，臍血間充質干細胞在未來的骨傷修復中將發揮巨大作用。

2 臍血實驗研究

2.1 與骨傷修復相關的臍血生物學特性 臍血在引起醫學界關注后諸多學者對其研究興趣與日俱增，使人們認清臍血，從而為臍血的應用奠下理論基礎。臍血中微量元素的含量高于正常成人外周血［9，10］，現已證實微量元素在早期骨折愈合中發揮著重要的作用。血漿是血液的重要組成部分，一些學者對臍血血漿進行研究發現臍血血漿中含有豐富的造血生長因子，這些因子具有具有刺激造血的功能，同時也發現了FGF-4、BMP-2、BMP-7、IGF-1 骨生長因子［11，12］。在對臍血血清研究時，發現臍血血清對骨髓基質細胞有增殖的作用［13］。臍血的這些特性在骨傷修復中是不是發揮著重要作用需要實驗研究證實。

2.2 臍血的動物實驗研究 臍血中不僅有造血干細胞還有間充質干細胞，臍血間充質干細胞可向多種組織分化誘導已得到證實，因此臍血具有組織修復潛力［14］。王蓬文［15］等，通過研究在實驗羊背部脊椎兩側制做傷口模型，發現胎羊不同組分(羊水、胎皮、臍血)可促進傷口愈合，縮短愈合時間。臍血在骨傷修復中的應用引起眾多學者的關注和研究，骨髓的成骨特性不斷在實驗及臨床應用中得到證實，國內外學者認為骨髓的成骨特性主要基于骨髓基質干細胞、骨形態發生蛋白及骨祖細胞的存在［16-18］。臍血的基本成分與骨髓相同，但不知臍血是否能像骨髓一樣促進骨折愈合。彭明［19］等，采用實驗動物模型骨折端注射的方法研究臍血是否能促進骨折愈合，結果顯示:臍血對促進骨折愈合具有明顯作用，愈合時間較對照組平均縮短一周以上。在整個實驗過程中實驗組與對照組相比未發生明顯的全身副反應，這是目前國內外首例將臍血用于骨創傷方面的報道。為證實異種臍血是否能促進骨折愈合把實驗動物分為新生兒臍血組和兔臍血組探討同種及異種臍血是否有促進骨折愈合的作用，結果論證了臍血對促進骨折愈合具有明顯作用，并發現兩臍血組間無明顯差異。對于局部注入臍血所產生的免疫作用，做了IgG和SIL-2R檢查，發現各組術后均比術前高，但術后各組間并無顯著差異。臍血中多為幼稚細胞，局部少量應用，無明顯的免疫排斥反應，這為進一步動物實驗研究提供了理論根據［20］。上述實驗僅是說明了臍血有促進骨折愈合的作用，至于臍血促進骨折愈合的機理、有關組分、理化特性尚不清楚，臍血注射量、時間、方法與骨折愈合的關系還有待進一步觀察。總之，實驗中在骨折斷端僅僅注射3 ml臍血就能顯著促進骨折愈合，若能明確其有效成分并多次局部應用，不管是對于實驗還是以后的臨床應用效果都會更好。

3 臍血在骨傷方面應用的優勢

近年來應用可注射型骨修復材料促進骨折愈合的實驗研究和臨床應用均取得了一定成果，包括自體骨髓及復合物移植、骨形成蛋白及復合物移植、金黃色葡萄球菌液等等［21］，然而臍血這一人類生物資源有著獨特的應用優勢。

3.1 來源廣泛 臍血是被遺棄的廣泛資源，采集較容易、不會對產婦及新生兒產生不良影響。

3.2 安全性高 臍血未受到放射、藥物、毒物、病菌或其他環境污染。用采血袋無菌取血大大降低了污染率。

3.3 排斥反應低 臍血中的免疫細胞發育不成熟，抗原表達和功能活性低下，是移植后移植物抗宿主疾病發生率低的主要原因［22］。在臨床中局部應用時經過嚴格的交叉配血后采用同型血將不會有明顯的免疫排斥反應。

3.4 局部用藥 骨折斷端注射用藥，對患者創傷小、操作簡單門診可以進行治療。國外研究微創技術在骨折愈合中的應用，包括:①注射生長因子。②注射自體骨髓等，認為微創技術在治療骨不連和加快骨折愈合中是一個單一有效的治療方式［23］。

4 小結

人們從認識臍血到應用臍血直至后來建立了臍血庫，在醫學史上取得了輝煌的成果。然而人們對臍血的研究多集中在臍血干細胞移植方面，雖然臍血干細胞移植是一個令人振奮的治療方法治療了血液系統的許多疑難重病，在再生醫學研究領域也有很大的優勢［24］。但人們對臍血的研究還不夠全面，隨著科技不斷進步及研究的不斷深入，對其認識也會不斷變化，從而將臍血的應用發揮到極致而不只是局限在內科領域。我們應該充分利用臍血這一被遺棄的寶貴資源作為一種骨折治療的新方法進一步研究，相信臍血在骨傷修復中將會有更加廣闊的應用前景。

［1］ Yu Y，Ren H，Yun W，et al.Differentiation of human umbilical cord blood-derived mesenchymal stem cells into chondroblast and osteoblasts.Sheng Wu Yi Xue Gong Cheng Xue Za Zhi，2008，25(6):1385-1389．

［2］ 魯俊山，王建偉，馬勇.人臍血間充質干細胞定向成骨分化的研究進展.現代中西醫結合雜志，2012，21(13):1475-1476．

［3］ Jager M，Zilkens C，Bittersohl B，et al.Cord blood-an alternative source for bone regeneration.Stem Cell Rev，2009，5(3):266-277．

［4］ 張赫，李昂，饒國洲，等.人臍血間充質干細胞的分離培養及成骨誘導活性.上海口腔醫學，2010，19(3):290-295．

［5］ 張積華，孫康，王妍，等.臍血間充質干細胞生物學特性及其成骨成脂分化潛能.中國組織工程研究與臨床康復，2010，14(27):4984-4987．

［6］ Liu GP，Li YL，Sun J，et al.Repair of calvarial defects with human umbilical cord blood derived mesenchymal stem cells and demineralized bone matrix in athymic rats.Zhonghua Zheng Xing Wai Ke Za Zhi，2010，26(1):34-38．

［7］ Nagano M，Kimura K，Yamashita T，et al.Hypoxia responsive mesenchymal stem cells derived from human umbilical cord blood are effective for bone repair.Stem Cells Dev，2010，19(8):1195-1210．

［8］ 李濤濤，王湘達，田少奇，等.重組增強型綠色熒光蛋白慢病毒載體示蹤轉染的臍血間充質干細胞移植治療兔股骨頭缺血性壞死.中國組織工程研究與臨床康復，2011，15(10):1897-1900．

［9］ 施蓉，王沛，高宇，等.孕婦全血、臍血中微量元素和重金屬元素檢測及相關性探討上海交通大學學報(醫學版)，2010，30(8):897-901．

［10］ 全貞姬，全貞玉，李宜丹.新生兒鈣、鎂、銅、鐵和鋅水平測定.中國現代醫學雜志，2009，19(3):406-408．

［11］ 張學忠，徐燕麗，田韌.臍血血漿的研究及應用.臨床血液學雜志，2003，16(1):39-40．

［12］ 張麗.臍血血漿成分分析及其對臍血CD34+細胞增殖的影響．鄭州:鄭州大學，2011．

［13］ 蘆奕，吳智遠，惠國楨，等.新生兒臍血血清對人骨髓基質細胞增殖的實驗研究.實用臨床醫藥雜志，2004，8(1):10-11．

［14］ Arien-Zakay H，Lazarovici P，Nagler A.Tissue regeneration potential in human umbilical cord blood．Best Pract Res Clin Haematol，2010，23(2):291-303．

［15］ 王蓬文，楊佩蓀，陳晉杰，等.羊水、胎皮與臍血對創傷愈合的影響．首都醫科大學學報，2001，22(1):21-23．

［16］ Marsell R，Einhorn TA.Emerging bone healing therapies.Orthop Trauma，2010，24(1):4-8．

［17］ Ma D，Zhong C，Yao H.Engineering injectable bone using bone marrow stromal cell aggregates.Stem Cells Dev.2011，20(6):989-999．

［18］ 劉琦，何建能，王昌興，等.骨髓移植在骨折愈合中的應用進展. 醫學綜述，2010，16(3):360-362．

［19］ 彭明，王玉州，李偉，等.胎兒臍血對骨折愈合的實驗研究.鐵道醫學，1996，24(3):134．

［20］ 張會生，何強，李達，等.臍血對骨折愈合影響的實驗研究.中國骨傷，2001，14(11):673-674．

［21］ 王廣宇，趙芳，朱旅云.臍血中免疫細胞的免疫學特性概述．醫學綜述，2010，16(3):343-345．

［22］ 李龍，肖曾明.可注射型骨修復材料治療骨折延遲愈合或不愈合.中國臨床康復，2006，10(21):149-152．

［23］ Pountos I，Georgouli T，Kontakis G，et al.Efficacy of minimally invasive techniques for enhancement of fracture healing:evidence today．Int Orthop，2010，34(1):3-12．

［24］ 黨建紅，金志軍.臍血干細胞的生物學特性及其應用.國際婦產科學雜志，2011，38(2):89-92．

075000 張家口，河北北方學院(李永樂);解放軍第二五一醫院(何強)