生物支架材料及間充質干細胞在骨組織工程中的研究與應用

胡偉，趙軍華，蘇達明，劉明明

（荊州市第三人民醫院 骨科，湖北 荊州 434000）

現代醫學研究表示，因為創傷、感染或骨折術后骨不連等不良原因所導致的骨缺損現象，在臨床上的治療是非常困難的，且該種情況所需要的治療時間相對更長，在手術后也易出現較多并發癥，且并發癥的發病率相對較高，嚴重的還有可能造成患者殘疾。隨著現代醫學水平的不斷提高，骨組織工程得到了飛躍性的發展，骨組織工程的實現為臨床治療骨缺損患者帶來了極大的幫助［1］。當前骨組織工程的治療方法大致可以分為兩種，一種是自體骨治療，另一種則是人工骨治療。自體骨的局限性主要在于當患者受到大段缺損的情況則難以治療，而其優點是不會發生排斥反應；人工骨對治療大段缺損情況具有更強的優勢，但其發生機體排斥反應的概率則相對更高［2］。本文就生物支架材料及間充質干細胞在骨組織工程中的研究以及應用進行分析討論，現報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

從中國知網數據庫以及PubMed 數據庫共檢索到相關文獻50 余篇，中文文獻43 篇，英文文獻9 篇，篩除后納入7 篇重點參考文獻。文獻納入標準：①與骨組織工程相關；②生物支架材料相關；③間充質干細胞相關。文獻排除標準：存在重復性研究以及Meta 分析的文獻。

1.2 方法

使用計算機從中國知網數據庫以及PubMed 數據庫檢索2015 年12 月至2020 年1 月與生物支架材料及間充質干細胞在骨組織工程的相關文獻，檢索關鍵詞以“骨組織工程、生物支架材料、間充質干細胞”為主，英文檢索詞為“bone tissue engineering,biomaterials,mesenchymal stem cells”。

1.3 分析指標

根據檢索到的7 篇重點參考文獻，將其進行分類劃分，以生物支架材料、間充質干細胞以及骨組織工程為劃分標準，分為三組，以時間最近研究文獻為主要研究應用進展進行分析。

2 結果

2.1 生物支架材料

研究分析的結果顯示，當前應用于臨床的生物支架材料可劃分為兩種，一種是人工合成支架材料，另一種是天然支架材料。

人工合成支架材料又可分為：①人工合成有機支架材料。該種支架材料包含的種類多且復雜，但文獻中顯示大部分臨床應用的人工合成支架材料是由有機高分子化合物組成。總結歸納人工合成支架材料的優缺點在于，其機械性非常好，擁有較高的拉伸度，能夠根據實際情況進行實際應用，并且具有良好的生物降解性能，綠色環保；但是其親水性相對低下，降解后所產生的物質存在較強的酸性，造成患者炎癥的概率較高。②人工合成無機支架材料。該材料可在自然界骨無機鹽中提取得到，與天然骨的無機鹽相似度較高，一般與其他材料被制作成復合支架材料使用。

天然生物支架，又可分為膠原、殼聚糖、明膠與絲素蛋白。①膠原。劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ型五種規格，文獻中涉及最多的為Ⅰ型，具有無毒、生物相容性好的特點。②殼聚糖。該材料在醫學領域已經得到了廣泛應用，其生物相容性較強，無致癌性，能夠作為生長因子的載體，但骨傳導性能差。③明膠。該材料加工操作較為簡單，且經濟實用，但其降解速度相對較快，因此一般作為復合材料應用在支架當中。④絲素蛋白。該材料的主要成分為蠶絲，文獻中顯示該材料應用廣泛，如三維支架及無紡網等，其抗拉性較高。

2.2 間充質干細胞

相關文獻的分析結果顯示，間充質干細胞增殖與分化問題、與生物支架材料結合研究、與細胞因子結合研究是近些年間充質干細胞的主要存在問題［3］。①間充質干細胞增殖、分化。在骨組織工程當中，骨細胞在體外的擴增是當前階段面臨的一項難題，間充質干細胞因為具有較好的增殖分化能力，因此臨床上目前將其應用為種子細胞的案例較多。②間充質干細胞與生物支架材料復合物的研究。文獻顯示，當前科研界對該方面的研究較為廣泛，間充質干細胞與生物支架材料結合所產生的復合物得到了廣泛的認可，在一定程度上能代替自體骨治療骨缺損病癥。③間充質干細胞與細胞因子結合的研究。間充質干細胞在臨床上多被用為種子細胞，同時，其除了有較強的增值分化能力，還有良好的外源性基因表達以及導入能力，當前領域還將其作為基因載體導入到相關的缺損骨組織當中進行治療。

3 討論

目前，越來越多的學者對生物支架材料及間充質干細胞在骨組織工程中的應用進行研究，并且人們也在不斷對相關領域進行探索。有文獻指出，當前階段想要得到良好的支架材料應當滿足相應的條件［4］，比如該材料應當無毒無致畸性。隨著生活的發展，人們對綠色健康的關注度越來越高，對醫學技術而言也是如此，對人體沒有毒性，不會造成人體細胞出現變性的情況成為支架材料需要滿足的條件之一。其次，所應用的支架材料應當具備較高的高孔隙率，相關研究文獻指出，孔隙率應當達到95%以上才能滿足需求，在這種情況下，代謝廢物的排除效率更高，能夠保障細胞的增值生長［5］。除此之外，該材料還應當具備生物相容性良好、生物降解性、機械度強以及可塑性高等特點，存在較強的機械性能夠提高材料的穩定性，保障骨組織工程的質量。

文獻中指出，目前能夠獲得間充質干細胞的渠道有很多，并且間充質干細胞還具有增殖強、分化良好的特點，在的發展的過程中勢必是一種極好的種子細胞［6］。研究表示，該細胞在體外能夠分裂達30 多次，經培養后能夠生殖15 代，該細胞是目前及未來研究發展的重點關注對象之一。骨缺損的修復過程中，骨再生之前會發生血管再生，因此對生長因子的要求極為重要，其發揮的作用非常大。隨著骨組織工程以及科學的不斷發展，智能材料、納米材料等目前也加入到了骨組織工程研究的行列當中，研究資料顯示，目前我國在該方面的研究已經取得了良好的成績，為今后的發展指明了研究方向［7］。

骨組織工程在發展的同時，也受到了較多的限制問題，間充質干細胞-3D 支架等符合材料仍然處于發展、研究階段，在材料構建方面仍然有較大的發展空間。資料顯示，當前所存在的困難問題大致有支架材料降解性能差、不容易被控制，與人體自燃骨組織容易發生排斥反應，體外培養間充質干細胞需要較多的工作量等，這些都對臨床骨組織工程的應用造成了阻礙。

綜上所述，骨組織工程主要是針對缺損面積小的患者應用實施，但是目前階段隨著納米技術、仿生技術的不斷發展和大量的學者研究實驗以及大量臨床應用間充質干細胞-生物支架材料復合物，骨組織工程一定能夠得到更為明顯的發展。