組織工程化關(guān)節(jié)軟骨研究進(jìn)展

來(lái)燦鋼　張澤宇　李青　俞燕飛　厲駒

1 杭州啟迪生物科技有限公司　（杭州　310051）　2 浙江蕭山醫(yī)院骨科?。ㄊ捝健?11202）　3 浙江省中醫(yī)院骨傷科　（杭州　310006）

組織工程化關(guān)節(jié)軟骨研究進(jìn)展

來(lái)燦鋼1張澤宇1李青2俞燕飛1厲駒3

1 杭州啟迪生物科技有限公司（杭州310051）2 浙江蕭山醫(yī)院骨科（蕭山311202）3 浙江省中醫(yī)院骨傷科（杭州310006）

內(nèi)容提要： 關(guān)節(jié)軟骨屬于無(wú)血管的組織，炎癥的反應(yīng)是由軟骨細(xì)胞、滑膜組織分泌的細(xì)胞因子所介導(dǎo)。關(guān)節(jié)軟骨損傷后自身修復(fù)能力有限，損傷后的修復(fù)成為臨床急需解決的問(wèn)題。因此，關(guān)節(jié)軟骨損傷修復(fù)成為研究者和臨床工作者的研究熱點(diǎn)，本文就目前關(guān)節(jié)軟骨組織工程研究進(jìn)展作一綜述。種子細(xì)胞、支架和細(xì)胞因子是關(guān)節(jié)軟骨組織工程的三大要素，三者必須協(xié)調(diào)發(fā)展和互利?，F(xiàn)階段組織工程方法修復(fù)關(guān)節(jié)軟骨損傷的研究已取得很大進(jìn)展，組織工程修復(fù)關(guān)節(jié)軟骨損傷這項(xiàng)技術(shù)已成功應(yīng)用于臨床，取得了明顯的效果。隨著新材料的不斷研發(fā)，新的組織工程軟骨修復(fù)材料將兼顧材料學(xué)和生物學(xué)的需要，使其更接近機(jī)體自身組織生物學(xué)特性，使關(guān)節(jié)軟骨損傷修復(fù)取得突破性進(jìn)展。

關(guān)節(jié)軟骨組織工程關(guān)節(jié)軟骨 種子細(xì)胞支架細(xì)胞因子

0.引言

關(guān)節(jié)軟骨為覆蓋關(guān)節(jié)表面的一層光亮的結(jié)締組織，富有彈性，摩擦系數(shù)小，能吸收關(guān)節(jié)間的振蕩，是機(jī)體重要的力學(xué)器官之一［1］。

關(guān)節(jié)軟骨內(nèi)無(wú)血管、神經(jīng)及淋巴液供應(yīng)，對(duì)創(chuàng)傷、炎癥的反應(yīng)是由軟骨細(xì)胞、滑膜組織分泌的細(xì)胞因子所介導(dǎo)。關(guān)節(jié)軟骨內(nèi)含有多種細(xì)胞因子，而且關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞能自分泌多種細(xì)胞因子，在促進(jìn)軟骨細(xì)胞增生、分化、凋亡或引起基質(zhì)降解中起著重要的調(diào)節(jié)作用。

一直以來(lái)大家都認(rèn)為關(guān)節(jié)軟骨損傷不可修復(fù)，對(duì)于軟骨損傷的治療只采取口服藥物，任關(guān)節(jié)軟骨繼續(xù)磨損直至需要進(jìn)行關(guān)節(jié)置換。但隨著新技術(shù)的發(fā)展，尤其是組織工程技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在可以采用病人的細(xì)胞復(fù)合一些支架做為軟骨的補(bǔ)片來(lái)修補(bǔ)損傷的軟骨。

組織工程修復(fù)關(guān)節(jié)軟骨損傷這項(xiàng)技術(shù)的問(wèn)世，已經(jīng)打破了“關(guān)節(jié)軟骨一旦損傷，不可恢復(fù)”這一傳統(tǒng)觀念，為患者帶來(lái)了福音。

種子細(xì)胞、支架材料以及細(xì)胞因子是組織工程研究的主要內(nèi)容，具體到軟骨組織工程，其基本方法是提取自體或異體軟骨細(xì)胞或軟骨前體細(xì)胞［2，3］。經(jīng)體外擴(kuò)增后，吸附于一種生物相容性好并可被人體逐漸降解吸收的細(xì)胞外基質(zhì)上，該材料可以為軟骨細(xì)胞提供適合其生存的三維空間，有利于軟骨細(xì)胞獲得足夠的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，使軟骨細(xì)胞按預(yù)制形態(tài)的三維支架生長(zhǎng)，然后將這種軟骨細(xì)胞-生物材料復(fù)合體移植入體內(nèi)病損部位，在生物支架降解的過(guò)程中，種植的軟骨細(xì)胞繼續(xù)增殖并分泌軟骨基質(zhì)，最終形成新的具有原來(lái)特殊形態(tài)和一定功能的軟骨組織。

1.種子細(xì)胞

種子細(xì)胞是組織工程的重要因素之一，包括軟骨細(xì)胞和干細(xì)胞。軟骨細(xì)胞則包括自體軟骨細(xì)胞和同種異體軟骨細(xì)胞，胚胎軟骨細(xì)胞；干細(xì)胞主要包括骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞［4］、脂肪干細(xì)胞、胚胎干細(xì)胞、臍血干細(xì)胞、外周血干細(xì)胞等。種子細(xì)胞的選擇多種多樣，各有利弊。

1.1自體軟骨細(xì)胞：自體軟骨細(xì)胞是最好的軟骨組織工程細(xì)胞來(lái)源，但來(lái)源有限，多采用關(guān)節(jié)鏡檢或關(guān)節(jié)穿刺取關(guān)節(jié)非負(fù)重區(qū)軟骨，容易引起關(guān)節(jié)損傷，且隨著年齡的增長(zhǎng)，軟骨細(xì)胞增殖速度減慢。因此，研究者嘗試改變軟骨細(xì)胞的培養(yǎng)環(huán)境，生物反應(yīng)器應(yīng)用于軟骨細(xì)胞培養(yǎng)初步解決了這一關(guān)鍵問(wèn)題。生物反應(yīng)器能夠提供細(xì)胞生長(zhǎng)黏附材料，還方便施加物理學(xué)影響，為細(xì)胞生長(zhǎng)、分化提供適宜微環(huán)境，又解決了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和代謝產(chǎn)物的更換等問(wèn)題，更有利于組織工程軟骨的培養(yǎng)［5］，使軟骨細(xì)胞實(shí)現(xiàn)其在體外大規(guī)模培養(yǎng)并促進(jìn)有關(guān)生長(zhǎng)因子的分泌。2000年，Smith等［6］發(fā)現(xiàn)間斷和持續(xù)壓力作用于軟骨細(xì)胞4 h后，Ⅱ型膠原等成分分泌明顯提高。Falsafi等［7］發(fā)現(xiàn)軟骨細(xì)胞在體外微重力環(huán)境培養(yǎng)可迅速增殖，呈高密度聚集，形成較大的軟骨組織樣結(jié)構(gòu)。

1.2同種異體軟骨細(xì)胞：當(dāng)軟骨缺損深至軟骨下骨或者缺損面積較大時(shí)，患者自身無(wú)法提供足夠的自體軟骨細(xì)胞時(shí)，則需要同種異體軟骨細(xì)胞。Aubin等［8］應(yīng)用新鮮異體骨軟骨移植治療了72例股骨髁遠(yuǎn)端的軟骨損傷，其中60例獲得了平均10年的長(zhǎng)期隨訪，結(jié)果有85%的患者移植體存活，關(guān)節(jié)功能良好。

同種異體軟骨細(xì)胞修復(fù)軟骨損傷技術(shù)已經(jīng)發(fā)展至第四代。第一代技術(shù)是用自體骨膜將軟骨缺損處縫合，再注入體外培養(yǎng)細(xì)胞。該技術(shù)的缺點(diǎn)在于需重新開(kāi)切口取骨膜，容易造成手術(shù)切口較大或存在兩個(gè)切口。第二代技術(shù)相比較較第一代技術(shù)其優(yōu)點(diǎn)在于無(wú)需取骨膜，直接使用生物膠原膜覆蓋，手術(shù)時(shí)間短，而且無(wú)需開(kāi)第二個(gè)切口。但一、二代技術(shù)都存在無(wú)法有效控制注入細(xì)胞懸液濃度及彌補(bǔ)組織修補(bǔ)缺損厚度等問(wèn)題。第三代技術(shù)將細(xì)胞錨定在生物膠原膜上，解決了前兩代技術(shù)的細(xì)胞懸液流失的缺點(diǎn)。第四代技術(shù)研發(fā)了一種與正常軟骨空間結(jié)構(gòu)完全一樣厚度的新型支架。該技術(shù)選擇同種異體軟骨，將關(guān)節(jié)軟骨制成勻漿，然后進(jìn)行脫細(xì)胞處理，得到了與天然軟骨細(xì)胞外基質(zhì)類似的二型膠原及其他細(xì)胞外基質(zhì)成份做為支架的材料，該技術(shù)修復(fù)的軟骨更接近于正常軟骨。但新鮮的異體骨軟骨細(xì)胞不易獲得。

1.3胚胎軟骨細(xì)胞：具有較低的抗原性和較強(qiáng)的增殖能力，有報(bào)道以其作為種子細(xì)胞修復(fù)關(guān)節(jié)軟骨缺損獲得了良好的效果，沒(méi)有引起明顯免疫排斥反應(yīng)，修復(fù)組織也未見(jiàn)明顯退變，可能是進(jìn)行異體軟骨組織工程構(gòu)建的較好種子細(xì)胞，但其來(lái)源及其伴隨的倫理問(wèn)題是限制其應(yīng)用的最大問(wèn)題。

1.4骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞：是干細(xì)胞家族的重要成員，能定向誘導(dǎo)分化為軟骨細(xì)胞，由于來(lái)源廣泛，創(chuàng)傷小，易分離、培養(yǎng)、擴(kuò)增。其作為種子細(xì)胞和免疫調(diào)節(jié)細(xì)胞在組織工程、器官移植、治療免疫排斥和自身免疫性疾病，以及組織器官損傷疾病的領(lǐng)域中具有十分廣闊的應(yīng)用前景［9］。但是由于其受年齡限制，且存在致瘤風(fēng)險(xiǎn)，在一定程度上限制了臨床應(yīng)用［10］。

1.5脂肪干細(xì)胞：不僅與骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（MSCs）具有相同的干細(xì)胞表面標(biāo)志，也具有向骨、軟骨、脂肪、肌肉和神經(jīng)等細(xì)胞分化的能力［11～13］。體外擴(kuò)增有穩(wěn)定的細(xì)胞倍增時(shí)間以及較低的細(xì)胞老化水平，易獲取，且不受年齡限制，無(wú)致瘤風(fēng)險(xiǎn)等優(yōu)勢(shì)，使脂肪干細(xì)胞成為骨組織工程種子細(xì)胞的研究熱點(diǎn)之一，在組織工程領(lǐng)域研究應(yīng)用廣泛［14］。但其誘導(dǎo)向軟骨分化具體機(jī)制尚不清楚，不同個(gè)體、不同部位的脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞的分化能力有明顯差別原因尚不清楚，這些問(wèn)題［15～17］還有待于進(jìn)一步研究。

1.6胚胎干細(xì)胞：屬于全能干細(xì)胞，具有多向分化潛能，能大量增殖并保持未分化狀態(tài)。Kramer等［18］報(bào)道胚胎干細(xì)胞在BMP-2和BMP-4作用下分化為軟骨，證實(shí)了胚胎干細(xì)胞作為種子細(xì)胞的可行性，但是其分化調(diào)控機(jī)制尚待進(jìn)一步闡明。目前對(duì)于如何控制體外培養(yǎng)不分化或者體外定向分化為軟骨細(xì)胞成為科研工作者亟待解決的問(wèn)題，也因此制約著胚胎干細(xì)胞的臨床應(yīng)用。

無(wú)論是干細(xì)胞還是軟骨細(xì)胞移植，如何保持細(xì)胞懸液在損傷部位的有效濃度是研究目標(biāo)之一。多年來(lái)研究者主要通過(guò)研究新的細(xì)胞傳遞方式，維持細(xì)胞濃度。陳加榮等［19］利用超順磁性氧化鐵顆粒標(biāo)記干細(xì)胞，利用磁力靶向?qū)⒏杉?xì)胞定位在關(guān)節(jié)腔內(nèi)；楊建華等［20］將干細(xì)胞與藻酸鹽凝膠介質(zhì)構(gòu)建成一個(gè)含有軟骨細(xì)胞外基質(zhì)的凝膠三維空間體系，將復(fù)合體植入裸鼠皮下異位構(gòu)建組織工程軟骨。然而，最新研究表明，由于歸巢作用［21，22］的存在，可以將注入的細(xì)胞錨定在待修復(fù)部位，有效控制細(xì)胞懸液在損傷部位的有效濃度，從而達(dá)到修復(fù)缺損關(guān)節(jié)的目的。

目前關(guān)于干細(xì)胞的研究在很多方面取得了突破性的進(jìn)展，但是在干細(xì)胞研究中仍有很多未知的領(lǐng)域需要不斷探索。例如，干細(xì)胞分化調(diào)控的分子機(jī)制目前還沒(méi)有完全清楚，是否具有形成復(fù)雜器官的能力，一系列的倫理學(xué)和社會(huì)學(xué)問(wèn)題，在干細(xì)胞的應(yīng)用研究中致瘤性風(fēng)險(xiǎn)［23～26］等，是干細(xì)胞臨床應(yīng)用亟待解決的問(wèn)題。

2.支架材料

支架材料是種子細(xì)胞與細(xì)胞因子參與修復(fù)軟骨所必須的載體，為種子細(xì)胞提供了附著、增殖、分化和代謝的場(chǎng)所，也為細(xì)胞質(zhì)分泌和旁分泌的細(xì)胞因子提供了暫時(shí)的附著點(diǎn)。

近年來(lái)，生物支架材料是構(gòu)建組織工程軟骨的研究熱點(diǎn)之一。一些具有特殊功能的支架進(jìn)入研究者的視野，逐步代替了傳統(tǒng)的天然生物支架材料和合成支架材料。如復(fù)合支架材料、可注射的支架材料［27，28］（氧化海藻酸鈉微球注射用的間充質(zhì)干細(xì)胞（GMSCs））、藥物定向釋放支架材料［29］、仿生納米支架材料［30］（羥基磷灰石/氧化釔穩(wěn)定氧化鋯支架）等。這些支架材料具有特殊的理化性質(zhì)和功能，可以促進(jìn)軟骨細(xì)胞的粘附分化，從而形成更符合生理狀態(tài)的組織工程軟骨。

天然生物材料主要包括：膠原、纖維蛋白、明膠、殼聚糖、蠶絲蛋白、瓊脂、糖胺多糖、藻酸鹽類等。優(yōu)點(diǎn)：生物相容性和弱抗原性良好，且材料本身含有特殊的氨基酸序列，有利于識(shí)別細(xì)胞表面黏附分子，并能維持細(xì)胞的分化狀態(tài)。缺陷：是力學(xué)性能較差，降解速度快，難以大量制備，不同批次質(zhì)量差異波動(dòng)較大，且因其來(lái)自于天然生物體，故尚存在傳播疾病的風(fēng)險(xiǎn)。

人工合成材料：人工合成高分子材料的微結(jié)構(gòu)，機(jī)械性能及材料的降解時(shí)間等都可以預(yù)先設(shè)計(jì)和調(diào)控，目前常用的主要有聚乙烯醇、聚乳酸、磷酸二鈣、聚乙丙酯、聚氨酯、聚乙烯氧化物、聚N-異丙基丙烯酰氨。優(yōu)點(diǎn)：有良好的生物相容性，可降解性。缺陷：親水性不夠，對(duì)細(xì)胞的黏附性較弱，降解產(chǎn)物偏酸性可引起炎癥反應(yīng)，并且價(jià)格昂貴［31，32］。

復(fù)合材料：研究熱點(diǎn)，即將兩種或兩種以上具有互補(bǔ)特征的生物相容性可降解材料，按一定比例和方式組合，可設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)與性能的三維材料，以彌補(bǔ)單用人工合成或天然生物材料的缺陷。目前復(fù)合材料有膠原-透明質(zhì)酸-硫酸軟骨素復(fù)合支架、膠原-聚乳乙醇酸復(fù)合支架，聚乳酸-聚羥基乙酸聚磷酸鈣纖維-膠原復(fù)合支架，聚己酸內(nèi)酯/殼聚糖材料等。優(yōu)點(diǎn)：克服了單一材料的缺點(diǎn)，又使其具有高機(jī)械強(qiáng)度、可降解、易加工制備及親水性良好、細(xì)胞相容性較佳。

近年來(lái)，智能化軟骨組織工程支架材料［33］的研究成為熱點(diǎn)，利用工程學(xué)方法將有特定信號(hào)識(shí)別功能的生物分子與現(xiàn)有的材料結(jié)合成新一代有特定修復(fù)功能的三維支架上，使其兼具生物和人工合成材料的優(yōu)點(diǎn)，即所謂“智能”材料。理想的智能材料應(yīng)具有很強(qiáng)的生物活性，能對(duì)環(huán)境中的物理、化學(xué)和力學(xué)刺激性做出響應(yīng)，從而控制細(xì)胞的黏附、增殖和分化等生物學(xué)行為。智能軟骨化材料的問(wèn)世，將會(huì)大大促進(jìn)軟骨組織工程領(lǐng)域的研究進(jìn)程。

3.細(xì)胞因子

從干細(xì)胞到軟骨細(xì)胞的分化過(guò)程，直至關(guān)節(jié)軟骨的形成，需要眾多因子共同刺激，而且正常關(guān)節(jié)軟骨中細(xì)胞代謝的維持也需要這些細(xì)胞因子的參與。細(xì)胞生長(zhǎng)因子對(duì)軟骨細(xì)胞的增殖、分化以及基因表達(dá)起著至關(guān)重要的作用。這些因子主要是由間充質(zhì)細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞及血小板等通過(guò)自分泌和旁分泌而來(lái)。

在軟骨缺損的治療過(guò)程中，采用適宜的方法，適時(shí)適量地引入特定的生長(zhǎng)因子，有助于軟骨缺損的修復(fù)與重建。目前，將生長(zhǎng)因子運(yùn)用于組織工程技術(shù)的方法主要有兩種：（1）生長(zhǎng)因子直接附和到支架上或者在支架構(gòu)建后再與其復(fù)合；（2）在支架上移植能分泌生長(zhǎng)因子的細(xì)胞，包括自然狀態(tài)下分泌生長(zhǎng)因子的細(xì)胞和基因工程化細(xì)胞。3.1轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β（transforming growth factor beta，TGF-β）

TGF-β是具有多種功能的多肽生長(zhǎng)因子。廣泛存在于骨與血小板中，具有調(diào)節(jié)細(xì)胞的生長(zhǎng)、分化、凋亡和細(xì)胞外基質(zhì)的合成等多種生物學(xué)效應(yīng)。也是當(dāng)前最強(qiáng)的細(xì)胞促生長(zhǎng)因子［34］。目前，在人體中已發(fā)現(xiàn)了5種類型的TGF-β，即TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3、TGF-β4和TGF-β5。其中TGF -β1在軟骨損傷修復(fù)中的作用較為重要。

TGF-β1通過(guò)兩種途徑促進(jìn)軟骨損傷修復(fù)：（1）發(fā)揮軟骨誘導(dǎo)作用，促進(jìn)肝細(xì)胞分化軟骨；（2）促進(jìn)軟骨細(xì)胞合成蛋白聚糖和Ⅱ型膠原，維持軟骨細(xì)胞表型［35］。

TGF-β不僅能夠調(diào)節(jié)骨、軟骨細(xì)胞生長(zhǎng)分化，還調(diào)節(jié)其他細(xì)胞因子在軟骨中的表達(dá)與作用［36］。如TGF-β能增強(qiáng)堿性成纖維細(xì)胞生成因子（fibroblast growth factor，F(xiàn)GF）促軟骨細(xì)胞膠原和蛋白多糖的合成作用。TGF-β和胰島素樣生長(zhǎng)因子1（insulin-like growth factor-1，IGF-1）協(xié)同作用可使培養(yǎng)的大鼠關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞DNA合成提高10.4倍；Dounchis等［37］發(fā)現(xiàn)TGF-β能刺激體外培養(yǎng)的骨膜細(xì)胞分化為軟骨細(xì)胞，并表達(dá)Ⅱ型膠原。推測(cè)TGF-β3可以通過(guò)兩種途徑促進(jìn)軟骨損傷修復(fù)：既發(fā)揮軟骨誘導(dǎo)作用，促進(jìn)干細(xì)胞分化為軟骨，同時(shí)又促進(jìn)軟骨特異性基質(zhì)的合成，如Ⅱ型膠原、蛋白多糖。

3.2胰島素樣生長(zhǎng)因子（insulin-like growth factor，IGF）

IGF結(jié)構(gòu)與胰島素同源，受生長(zhǎng)激素調(diào)節(jié)［38］。IGF是最早發(fā)現(xiàn)具有軟骨生成作用的生長(zhǎng)因子之一。正常關(guān)節(jié)軟骨中IGF起著維持軟骨細(xì)胞代謝穩(wěn)態(tài)的作用，保持著體外蛋白多糖合成和分解的平衡。IGF-1具有促進(jìn)關(guān)節(jié)軟骨修復(fù)、促進(jìn)軟骨細(xì)胞增殖、維持軟骨表型穩(wěn)定、誘導(dǎo)間充質(zhì)干細(xì)胞向軟骨組織分化等作用［39］。

3.3血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（VEGF）

在目前已知的生長(zhǎng)因子中，血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子是誘導(dǎo)血管再生能力最強(qiáng)的生長(zhǎng)因子，而且在軟骨修復(fù)的過(guò)程中，血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子同樣也起著非常重要的調(diào)節(jié)作用［40］。

3.4肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子（HGF）

肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子是20世紀(jì)六七十年代發(fā)現(xiàn)的一種能刺激肝細(xì)胞增殖的物質(zhì)。能刺激軟骨細(xì)胞遷移、增殖和蛋白多糖合成，在生理和病理上調(diào)控軟骨生長(zhǎng)［41］。

如何檢測(cè)特定生長(zhǎng)因子的水平，生長(zhǎng)因子與愈合環(huán)境之間的相互作用，以及生長(zhǎng)因子對(duì)修復(fù)細(xì)胞分化調(diào)控機(jī)制等還需要進(jìn)一步闡明，以便更好地利用生長(zhǎng)因子，確保在最佳時(shí)間以最佳劑量應(yīng)用于軟骨缺損的修復(fù)過(guò)程，為明確關(guān)節(jié)病變提供依據(jù)。

4.臨床及其他方面的應(yīng)用

在臨床應(yīng)用方面，自體軟骨細(xì)胞移植自1987年報(bào)道以來(lái)，至今已成功應(yīng)用于臨床20余年，是目前最成熟的修復(fù)軟骨損傷的細(xì)胞治療方法［42］。至今全球已開(kāi)展了超過(guò)20萬(wàn)例病人的軟骨細(xì)胞治療［43，44］，效果明顯，有效率達(dá)70～85%，6～11年隨訪結(jié)果表明自體軟骨細(xì)胞移植的療效穩(wěn)定。尤其是中國(guó)人民解放軍總醫(yī)院第四代組織工程軟骨技術(shù)運(yùn)用，最長(zhǎng)隨訪8年病例證明臨床運(yùn)用效果顯著，徹底打破了關(guān)節(jié)軟骨損傷不可以修復(fù)這一“定論”。

Heymer等［45］應(yīng)用聚乳酸膠原纖維支架復(fù)合人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞修復(fù)全層軟骨缺損，3周后即可觀察到Ⅰ型膠原纖維層形成，且纖維層的上1/3可見(jiàn)細(xì)胞分布均勻并明顯向軟骨細(xì)胞分化，其細(xì)胞外基質(zhì)中富含蛋白多糖和Ⅱ型膠原，RT-PCR分析有軟骨形成，說(shuō)明聚乳酸膠原纖維支架具有修復(fù)軟骨組織缺損的功能。

周曉中等［46］將骨髓基質(zhì)干細(xì)胞分別種植于聚羥基乙酸和羥基磷灰石支架后共同培養(yǎng)，生物膠粘連兩種支架-細(xì)胞復(fù)合物形成骨髓基質(zhì)干細(xì)胞-聚羥基乙酸-羥基磷灰石復(fù)合體，并植入兔膝關(guān)節(jié)修復(fù)關(guān)節(jié)軟骨。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示術(shù)后20周，實(shí)驗(yàn)組可見(jiàn)缺損處修復(fù)組織似透明軟骨樣，表面光滑。

Wakitani等［47］采用體外培養(yǎng)的兔自體骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞修復(fù)關(guān)節(jié)軟骨全層缺損后，組織學(xué)評(píng)分發(fā)現(xiàn)術(shù)后3個(gè)月內(nèi)缺損被軟骨組織所修復(fù)。

Liu等［48］和Zhou等［49］分別通過(guò)Ⅰ型膠原和聚羥基乙酸羥基磷灰石雙向支架復(fù)合骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞用于軟骨組織工程均取得了滿意的效果。

5.展望及存在的問(wèn)題

關(guān)節(jié)軟骨組織工程的研究主要集中于種子細(xì)胞和生物支架兩個(gè)關(guān)鍵因素上。種子細(xì)胞包括各種來(lái)源的干細(xì)胞和軟骨細(xì)胞。種子細(xì)胞經(jīng)過(guò)多年的研究，已經(jīng)取得了巨大的突破，一些種子細(xì)胞已直接用于細(xì)胞治療。目前，種子細(xì)胞的研究重點(diǎn)在于如何促進(jìn)細(xì)胞在支架上的三維生長(zhǎng)，如何維持細(xì)胞的表型，如何保持細(xì)胞懸液在損傷部位的有效濃度，從而形成具有生物學(xué)功能的組織。支架材料的研究重點(diǎn)在于如何修飾、復(fù)合、研發(fā)出生物相容性好，力學(xué)適應(yīng)能力強(qiáng)，更接近生理狀態(tài)的理想材料。

細(xì)胞生長(zhǎng)因子是治療各種原因?qū)е碌能浌菗p傷的有效手段，但仍存在許多問(wèn)題亟待解決：在誘導(dǎo)過(guò)程中生長(zhǎng)因子需要用多久？最適宜的濃度是多少？以及如何控制此濃度保持不變？這些不確定的因素限制了生長(zhǎng)因子在軟骨分化中的應(yīng)用［50］。

組織工程修復(fù)關(guān)節(jié)軟骨損傷這項(xiàng)技術(shù)已成功應(yīng)用于臨床，效果較好。隨著不同種子細(xì)胞來(lái)源及培養(yǎng)技術(shù)的提高，以及各種新型支架材料的研制與開(kāi)發(fā)，相信在不久的將來(lái)，關(guān)節(jié)軟骨損傷將會(huì)得到更有效的治療。

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Research Progress in Tissue Engineered Articular Cartilage

LAI Can-gang1ZHANG Ze-yu1LI Qing2YU Yan-fei1LI Ju3
1 Hangzhou Qidi Biotechnology Co.，Ltd.（Hangzhou310051） 2 Zhejiang Xiaoshan Hospital Orthopedic（Xiaoshan311202） 3 Zhejiang Provincial Hospital of TCM Orthopedic & Traumatology（Hangzhou310006）

Articular cartilage is a non-vascular tissue ，the inflammation of articular cartilage is induced by cartilage cells， synovial tissue secretion of cytokines.The way to repair of cartilage defects is always a great challenge in clinical practice，because of the limited regenerative capacity.Therefore，preferable repair of articular cartilage has been the focus of reconstructive surgery.This article reviews the advancements of the tissue engineered articular cartilage. Construction of tissue-engineered articular cartilage refers to three key factors，including seed cells，scaffolds and cytokines，all of them must be coordinated development and mutual benefit.Research of tissue engineered articular cartilage has made great progress，the tissue engineered articular cartilage has been successfully applied to clinical， obvious effects have been achieved.Recent development of research on materials，the new material of tissue engineered articular cartilage will be better meet the biological characteristics and make breakthrough on damaged cartilage repair.

articular cartilage， tissue engineered articular cartilage， seed cells，scaffolds， cytokines

1006-6586（2016）10-0017-07

R318

A

2016-05-26

來(lái)燦鋼，碩士，主要從事組織工程骨和軟骨方面的研究。