骨組織工程最新研究進展

【摘要】骨組織作為生命科學研究領域的一門嶄新學科，其研究范圍涉及骨、軟骨、肌腱等多種組織的再造與修復，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域的研究進展，從骨、軟骨、肌腱等骨組織治療中涉及較多的組織構建方面作一簡要概述。

【關鍵詞】骨組織； 研究進展

【中圖分類號】R681.2 【文獻標識碼】B【文章編號】1004-4949（2014）08-0665-02

作為一門古老的學科，骨組織的發展具有悠久歷史，其發端可追溯到人類生命起源的最初階段；骨組織是隨著社會的發展與經濟的進步，針對日益增高的創傷發生率與日趨復雜和嚴重的創傷程度，而逐漸成為骨外科學領域的一個重要分支；骨組織的發展不但繼承了傳統骨科的豐厚內涵，而且更體現在其融匯吸收了現代醫學與現代生物學等生命科學領域多學科發展的最新成果。

一骨組織工程研究進展

作為組織工程研究領域中最為活躍的一部分，骨組織工程的研究已處于組織構建與缺損修復的前沿，是可能率先進入臨床應用的組織工程領域之一。骨創傷修復雄厚的理論與研究基礎，各種生物材料在臨床骨缺損治療中的長期廣泛應用，都為骨組織工程的發展提供了得天獨厚的有利條件。骨髓基質干細胞具有獲取時對機體損傷小、培養擴增后數量充足且自體細胞避免了免疫排斥反應的特點，已經成為骨組織工程研究中的最佳細胞來源。應用骨髓基質干細胞作為種子細胞已成功修復大動物的顱骨、下頜骨與四肢骨缺損。筆者所在實驗室利用BMACs復合藻酸鈣成功修復了羊顱骨標準缺損；Schliephake等利用煅燒牛骨作為支架復合BMSCs修復羊的下頜骨節段缺損，組織形態計量學結果顯示，新骨形成量較單純材料組有顯著增加；Kon

等發現BMSCs復合羥基磷灰石陶瓷后修復羊脛骨節段缺損，2個月時力學強度顯著高于單純材料組。目前的研究焦點在于如何能夠使骨髓基質干細胞的體外培養與誘導標準化，以進一步應用于大規模的臨床治療。此外，最新研究表明同種異體骨髓基質干細胞復合TCP能修復犬股骨21mm的節段缺損，而不需要進行免疫抑制治療，若進一步證實在人體可行，通過建立一個骨髓基質干細胞庫，即能更及時方便地應用組織工程方法來修復骨缺損。而Zuk等發現脂肪中也有多向分化潛能的干細胞，加以適當誘導，即可向成骨轉化，由于脂肪組織的來源也較容易，若通過進一步體內外實驗驗證，此細胞亦可成為骨組織工程又一可靠的種子細胞來源。

二軟骨組織工程研究進展

骨關節的損傷修復是骨組織治療的一個重要領域，成熟的關節軟骨自身修復能力有限，直徑大于4mm的缺損一般不能自行修復。傳統的軟骨表面刨削、鉆孔術以及微骨折術、骨膜或軟骨膜移植等方法，治療效果不佳。Brittberg等采用取自自體關節非負重部位關節軟骨的軟骨細胞，體外培養擴增后直接注射入關節軟骨缺損部位，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。同時，多種生物材料支架作為細胞載體，在大量裸鼠體內軟骨組織構建研究的基礎上，進行關節軟骨的組織工程修復。應用膠原凝膠、纖維蛋白、透明質酸等生物材料作為細胞支架，均達到了不同的修復效果。Liu等應用PLuronic-127與PGA作為細胞支架，成功修復豬膝關節軟骨負重部位直徑8mm的全層缺損，體內形成的軟骨組織具有正常軟骨的組織結構與生化組成，生物力學強度達到正常關節軟骨的70%。應用組織工程技術修復半月板與椎間盤軟骨組織缺損，也取得了較好的修復效果。通過骨髓基質干細胞的體外誘導分化，可獲得大量表型穩定的成軟骨細胞并分泌特異的軟骨基質，以此為種子細胞已成功構建組織工程化軟骨，修復關節軟骨缺損。我們實驗室研究發現，骨髓基質干細胞在體內不但能夠完成關節軟骨缺損的修復，而且關節軟骨下骨也同時得到修復。基于骨髓基質干細胞的軟骨組織工程將是未來的主要發展方向。

三肌腱組織工程研究進展

嚴重的骨與關節損傷常伴隨肌腱與韌帶損傷或缺失，長度超過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，人體內可供肌腱移植的供區較少，故自體肌腱移植受到很大限制。最早的有關肌腱組織工程構建的報道見于1994 年，曹誼林等用酶消化分離新生牛肩部的肌腱細胞，與條索狀未編織的聚羥基乙酸網狀支架形成復合物，在體外培養C 周后，植入裸鼠皮下，再生出在組織學、生物力學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胞，成功替代了兔膝關節的前交叉韌帶。種子細胞來源是組織工程化肌腱組織構建需要重點解決的問題。真皮成纖維細胞與骨髓基質干細胞來源廣泛，體外擴增能力強，均能表達I型膠原，可作為肌腱組織工程種子細胞的替代細胞。陳兵等應用豬真皮成纖維細胞作為種子細胞，在體內成功構建了具有接近正常生物力學強度的組織工程化肌腱，并原位修復了長3cm的趾淺屈肌腱全層缺損。Awad等應用自體骨髓基質干細胞，以I型膠原為支架，修復髕韌帶中央部3.8cm×3.8cm“開窗”缺損。力學環境對肌腱組織的構建至關重要。Cao等應用自體肌腱細胞與未編織的聚羥基乙酸網狀支架形成復合物，回植雞自體肌腱缺損處并維持肢體活動，形成了組織學結構、生化組成與生物力學強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建肌腱組織的生物反應器，通過周期間歇性力的作用，前交叉韌帶成纖維細胞與膠原纖維在體外形成的組織工程化肌腱，在組織結構、超微結構與生化組成等方面均與正常組織非常接近，證明在體外力學環境作用下，能夠構建具有一定力學強度的組織工程化肌腱組織。如何滿足骨組織在骨與韌帶、肌腱復合型損傷的治療要求，聯合構建兩類組織的復合結構，已成為目前肌腱組織工程研究的一個重要方面。

參考文獻

[1] 陳兵，丁小邦，劉方軍，崔磊，劉偉，商慶新，曹誼林。皮膚成纖維細胞構建組織工程化肌腱的初步研究。中華醫學雜志，2002，82：1105-1107。

[2] 柴崗，張艷，劉偉，崔磊，曹誼林。組織工程骨在顱面部骨缺損臨床修復中的應用。中華醫學雜志，2203，3：676-1681。

[3] Goldhaber SZ， Visani L， De Rosa M.Acute pulmonary embolism：clinical outcomes in the International Cooperative Pulmonary Embolism Registry （ICOPER）. Lancet， 1999， 353： 1386- 1389。