治療骨缺損的幾種不同方式

黃祖泰，熊 龍

（1.贛南醫(yī)學(xué)院2018級(jí)碩士研究生，江西 贛州 341000；2.南昌大學(xué)第二附屬醫(yī)院骨科，江西 南昌 330006）

創(chuàng)傷、腫瘤切除和畸形矯正等因素造成的骨缺損、骨不連是骨科臨床常見治療難題。骨不連、骨缺損研究由骨缺損修復(fù)與骨缺損兩部分組成［1］。骨移植常見用于骨缺損的修復(fù)。骨移植材料已有數(shù)百年的歷史。目前臨床上骨移植的頻率僅次于輸血，位居第二［2］。目前骨移植材料按組織來(lái)源分為：自體骨、同種異體骨、異種骨、人工骨、組織工程骨。隨著社會(huì)的發(fā)展，市場(chǎng)需求的提高及社會(huì)科研的投入，在人們的共同努力下，各種骨移植材料在臨床和科研上已經(jīng)取得很大的進(jìn)展。

1 自體骨移植

自體骨移植仍然是骨替代物質(zhì)的首選［3］。自體骨有著骨誘導(dǎo)性、骨傳導(dǎo)性與成骨性3 大優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)前自體骨主要包括松質(zhì)骨、皮質(zhì)骨與骨髓3 大類。松質(zhì)骨其硬度明顯小于皮質(zhì)骨，松質(zhì)骨主要用于較小的骨缺損，一般用于4～6 cm 缺損部位，常常是缺損部位對(duì)移植物無(wú)強(qiáng)度特殊要求。松質(zhì)骨選取供體部位主要是髂骨、股骨。由于松質(zhì)骨的成骨特性及其促進(jìn)移植物積極融合的能力，為松質(zhì)骨提供早期愈合［4］。松質(zhì)骨與宿主骨相融合時(shí)，松質(zhì)骨發(fā)揮誘導(dǎo)性與骨傳導(dǎo)性，主要靠其孔隙與血管相互融合的作用。殷渠東等用松質(zhì)骨治療脛骨大段缺損，平均愈合時(shí)間6.1個(gè)月，愈合率達(dá)98%，結(jié)果顯示出松質(zhì)骨具有良好的誘導(dǎo)成骨作用［5］。但是移植松質(zhì)骨有一定的缺陷：不適用于負(fù)重部位。皮質(zhì)骨是遍布在骨質(zhì)的最外層的骨密質(zhì)，因其硬度與致密性能滿足長(zhǎng)骨和其他負(fù)重骨的應(yīng)力要求，為骨缺損提供了力學(xué)的支撐。在皮質(zhì)骨植入骨缺損部位中，2～3 周后出現(xiàn)皮質(zhì)骨吸收現(xiàn)象，部分皮質(zhì)骨因血運(yùn)未能受到良好的供應(yīng)而發(fā)生壞死，形成大量吸收陷窩，3 個(gè)月后大量的破骨細(xì)胞附著于吸收陷窩上。破骨細(xì)胞使皮質(zhì)骨邊緣塑性變圓鈍，6個(gè)月時(shí)骨陷窩相對(duì)3個(gè)月減少并形成一條相對(duì)成熟的新骨，新骨在被吸收的皮質(zhì)骨邊緣可以觀察到，這說(shuō)明皮質(zhì)骨具有較強(qiáng)成骨能力，隨著骨細(xì)胞釋放，周圍出現(xiàn)大量成骨細(xì)胞，隨著時(shí)間延長(zhǎng)血運(yùn)差的骨細(xì)胞被吸收，新骨不斷生成，在12 個(gè)月左右結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度基本恢復(fù)［6］。左東波等［7］在臨床中發(fā)現(xiàn)皮質(zhì)骨髂骨塊植入前臂骨缺損中，效果良好，骨折斷端及功能恢復(fù)都良好。SUMMERS 等［8］認(rèn)為術(shù)后6 個(gè)月。主要是供區(qū)疼痛、深部感染、骨折、麻木、神經(jīng)損傷、骨區(qū)疝形成等。SOO-HAN KIM 等［9］用自體骨移植進(jìn)行頸椎前路椎間盤切除術(shù)和融合治療下頸椎損傷，平均隨訪28.9個(gè)月，用自體骨移植，術(shù)后融合成功率滿意。但是術(shù)后供體部位出現(xiàn)慢性疼痛、血腫、感染、相鄰神經(jīng)損傷、傷口愈合時(shí)間延長(zhǎng)、手術(shù)時(shí)間及部位增加。

2 同種異體骨移植

同種異體骨比自體骨來(lái)源更廣闊，具有低免疫原性、良好的承重能力、塑造不同形狀。其分為新鮮骨、深凍骨、凍干骨等。當(dāng)前常用的是凍干同種異體骨，從骨愈合能力來(lái)說(shuō)，其具有較好的骨傳導(dǎo)性、骨誘導(dǎo)性。當(dāng)前去除凍干骨免疫原性較為成熟，將附著在同種異體骨表面的組織骨膜清除干凈，并沖洗骨髓［10］，然后進(jìn)行深凍→脫脂→凍干→滅菌處理。當(dāng)前采用低溫深凍（－70 ℃～－80 ℃）降低免疫原性，降低排斥反應(yīng)，同時(shí)也降低病毒的傳染。凍干是同種異體骨在真空干燥處理去除水分的過(guò)程，使組織重新冷凍并凍干至殘留水分小于5%，在凍干過(guò)程中骨的硬度、部分骨誘導(dǎo)性得以保存，干燥過(guò)程中骨的易氧化物質(zhì)得到良好的保護(hù)，使冷凍干燥骨可在室溫下保存3～5年［11］。近年來(lái)同種異體骨常用于切除骨腫瘤造成的大段骨缺損。胡小曉用凍干異體骨聯(lián)合自體外周血干細(xì)胞治療骨缺損，術(shù)后10 個(gè)月在X 線上顯示骨折愈合良好，證實(shí)了凍干骨具有良好的誘導(dǎo)性和成骨性［12］。近些年來(lái)不同的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，凍干骨支架含有的骨形態(tài)蛋白和骨誘導(dǎo)性的酶發(fā)揮良好的骨傳導(dǎo)性［11］。凍干骨在臨床上有廣闊應(yīng)用前景，但是異體骨的安全不確定性，異體骨可能傳播病毒等諸多因素限制同種異體骨應(yīng)用。隨著發(fā)展更安全的凍干骨將用于臨床中。

3 異種骨

異種骨移植材料來(lái)源于豬骨、牛骨、羊骨，但是由于種群差異，產(chǎn)生抗原性，一定要接受去蛋白、脫脂等處理，避免排斥反應(yīng)。此外，潛在的致病性病毒也要處理例如牛攜帶的朊病毒。在處理抗原性中，破壞了誘導(dǎo)成骨能力，保留部分生物力學(xué)特征，用于骨修復(fù)材料會(huì)喪失部分骨誘導(dǎo)性能。趙文博等［13］在對(duì)2006—2012 年足踝手術(shù)資料統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)異種異體骨移植在術(shù)后48 周不愈合的概率為58%，非異種骨移植為5%，遠(yuǎn)高于非異種骨移植，因此在骨誘導(dǎo)性與成骨能力相互矛盾。當(dāng)前制備異種骨有研究者加入生長(zhǎng)因子或其他復(fù)合材料，制成復(fù)合異體骨。DONGHAI LI等［14］將生長(zhǎng)因子rhBMP-2（重組人骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2）與去抗原牛松質(zhì)骨（BCB）合成混合異種骨修復(fù)山羊脛骨，將新型混合異種骨生物學(xué)特性、降解及成骨活性與自體骨移植做對(duì)比。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：（1）rhBMP-2/無(wú)抗原BCB 混合骨易于成型；（2）rhBMP-2/BCB 混合骨與自體骨植入相比具有更好的成骨效果、骨傳導(dǎo)能力、促進(jìn)缺損愈合且更易降解。由此證明新型異種骨是一種良好并能促進(jìn)骨缺損修復(fù)的新型骨移植材料，值得臨床推廣應(yīng)用。

4 人工骨移植

當(dāng)前市場(chǎng)上人工骨主要是磷酸鈣、硫酸鈣、人工高分子復(fù)合材料類。此類材料比同、異種骨具有良好的相容性、吸收性、降解性、傳導(dǎo)性及無(wú)抗原與傳播疾病的風(fēng)險(xiǎn)性，目前在市場(chǎng)上潛力巨大。

磷酸鈣類：磷酸鈣是目前最常見的人工骨替代品，磷酸鈣與人體骨骼無(wú)機(jī)物成分相似。磷酸鈣材料主要成分是羥基磷灰石，相比之下，在承重受力方面是其缺陷，限制了其應(yīng)用，因此為改進(jìn)材料，β-磷酸三鈣及其衍生物誕生，其具有高度的機(jī)械強(qiáng)度及對(duì)免疫系統(tǒng)具有輕度的刺激［15］。然而β-磷酸三鈣的臨床應(yīng)用仍受到其脆弱性、吸收率不可預(yù)測(cè)以及不能塑性等因素的限制，使得β-磷酸三鈣的臨床療效總體較差。近年來(lái)研究表明，在β-磷酸三鈣中摻入不同的化合物可以提高材料的抗壓能力、力學(xué)性能、吸收速率。FIELDING 等［16］證明，氧化硅和氧化鋅與β-磷酸三鈣的結(jié)合使力學(xué)性能強(qiáng)度增加到2.5 倍，細(xì)胞活力增加到92%；隨著科技的進(jìn)步，數(shù)字化的引入將3D 打印技術(shù)引入β-磷酸三鈣中，使得內(nèi)部孔隙率更加精確、降解快，在治療大段骨缺損，12 周時(shí)通過(guò)Micro-CT 掃描發(fā)現(xiàn)新骨通過(guò)爬行更加順利。Masson 染色發(fā)現(xiàn)較多的藍(lán)染色的新骨，隨時(shí)間增多而增加［11］。

5 組織工程骨

在20 世紀(jì)80 年代，就有學(xué)者開始研究組織工程骨，組織工程骨為一種臨時(shí)的基石，為骨生長(zhǎng)和發(fā)育提供一個(gè)特定的環(huán)境和結(jié)構(gòu)。組織工程骨包含常用的三大件“種子細(xì)胞、支架、生長(zhǎng)因子”，支架是組織工程骨的基礎(chǔ)，支架可與不同類型的細(xì)胞結(jié)合，為細(xì)胞、生長(zhǎng)因子植入提供了良好的三維空間［17］。支架必須具備以下特點(diǎn)：①必須具有生物相容性、生物吸收性、無(wú)毒性、細(xì)胞粘附性和降解產(chǎn)物不干擾機(jī)體功能；②避免宿主免疫反應(yīng)。近年來(lái)免疫惰性生物材料的概念已經(jīng)被應(yīng)用到免疫調(diào)節(jié)材料中，免疫調(diào)節(jié)材料能夠調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)；③支架生物活性，即其與周圍活組織或器官彼此作用的能力。支架生物活性的設(shè)計(jì)目的是促進(jìn)適當(dāng)?shù)募?xì)胞遷移或分化，組織新生和在宿主中的整合，避免不必要的過(guò)程，如疤痕［18］。

5.1 支架支架是通過(guò)添加其成分優(yōu)化結(jié)構(gòu)來(lái)達(dá)到符合組織工程需要的因子與細(xì)胞的載體，近些年學(xué)者們不斷的改進(jìn)支架材料。有學(xué)者［19］將膠原與殼聚糖混合制成支架，通過(guò)掃描電鏡和HE 染色，發(fā)現(xiàn)支架既增強(qiáng)骨骼的孔隙，又減少了免疫排斥反應(yīng)。ZENG J 等［20］將空心羥基磷灰石（HA）微球/殼聚糖（CS）制成復(fù)合材料負(fù)載rhBMP-2，發(fā)現(xiàn)可以延緩rhBMP-2 的釋放，其效果具有良好的生物相容與骨誘導(dǎo)性，細(xì)胞能在支架上黏附生長(zhǎng)。近30 多年，支架一直是骨組織工程研究的熱點(diǎn)，雖然研究結(jié)果是肯定的，但是研究階段大多還是處于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)階段，生物支架還有很多問(wèn)題有待解決。

5.2 種子細(xì)胞選取理想的種子細(xì)胞應(yīng)具有成骨分化潛能的干細(xì)胞，當(dāng)前常用的是骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（Bone marrow mesenchymal stem cells，BMSCs），骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞來(lái)源于中胚層，具有以下特性：⑴具有自我復(fù)制能力和多能分化潛能；⑵具備多個(gè)方向分化能力和較強(qiáng)的增殖能力；⑶具有免疫調(diào)節(jié)功能，通過(guò)細(xì)胞間作用產(chǎn)生細(xì)胞因子作用于T細(xì)胞，使其低表達(dá)避免了免疫反應(yīng)；⑷來(lái)源方便，在體外多次傳代擴(kuò)增后仍具有干細(xì)胞特性。GONZáLEZ-GIL A B等［21］用脫細(xì)胞聚己內(nèi)酯支架（PCL）載間充質(zhì)干細(xì)胞治療大段骨缺損中在10周之后，用微計(jì)算機(jī)斷層掃描，定量骨體積填充缺損，顯示PCLPMSCS組比其他組有顯著的新骨形成。對(duì)于大段骨缺損，有時(shí)會(huì)聯(lián)合其他藥物，如促紅細(xì)胞生成素（EPO），發(fā)現(xiàn)EPO能動(dòng)員BMSCS 到達(dá)骨缺損部位，EPO+BMSCs 組的新生骨形成、組織結(jié)構(gòu)、新生血管密度、骨痂形成和骨密度（BMD）均顯著增加［22］。

5.3 生長(zhǎng)因子生長(zhǎng)因子在骨組織工程材料起著重要的作用，它主要促進(jìn)種子細(xì)胞增殖、分化。目前應(yīng)用組織工程骨的生長(zhǎng)因子，主要包括：骨形態(tài)發(fā)生蛋白（BMP）、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子（TGP-β）、堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子——β（bFGF），BMP 屬于轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β 家族。BMP 通過(guò)與BMSCs、成骨細(xì)胞和成熟軟骨細(xì)胞上的特異性跨膜受體結(jié)合促進(jìn)骨誘導(dǎo)。有6 種［23］已鑒定的BMP（BMP-2、-4、-6、-7、-9、-14）顯示出有意義的成骨特性。目前發(fā)現(xiàn)BMP-2、BMP-7有強(qiáng)大的促進(jìn)成骨作用。rhBMP-2 能調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞的功能和分化BMSCs 的遷移，從而促進(jìn)大段骨缺損修復(fù)，rhBMP-2 廣泛應(yīng)用于骨科與口腔科中。在新鮮骨折當(dāng)中，rhBMP-2促進(jìn)骨折愈合達(dá)到92.4%［23］。在四肢骨折當(dāng)中rhBMP-2不但能促進(jìn)骨折愈合還能使股骨頭壞死率下降，縮短修復(fù)時(shí)間提高生存質(zhì)量［24］。胡思科等采用閉合復(fù)位和空心加壓螺釘內(nèi)固定增加rhBMP-2 治療股骨頸骨折，發(fā)現(xiàn)增加rhBMP-2組術(shù)后下床鍛煉時(shí)間、骨折愈合時(shí)間、臥床時(shí)間、股骨頭壞死發(fā)生率均低于對(duì)照組［25］。但是如何優(yōu)化支架、生長(zhǎng)因子和種子細(xì)胞的結(jié)合及臨床應(yīng)用效果，還需要進(jìn)一步研究。

6 結(jié)論與展望

治療骨缺損方法已有數(shù)百年歷史。當(dāng)前自體骨移植治療骨缺損受到取材來(lái)源的限制，同種異體骨來(lái)源廣泛、可朔形性，但是其攜帶病毒危險(xiǎn)，使其在臨床應(yīng)用受到限制。異種骨移植經(jīng)過(guò)脫脂處理，降低免疫排斥，但是破壞了誘導(dǎo)成骨能力。如何降低排斥，保留成骨性是當(dāng)前問(wèn)題。隨著生物科技的發(fā)展，合成了一些生物類材料，但是孔隙率、降解率沒有得到很好的解決。當(dāng)前3D 打印技術(shù)在應(yīng)用材料中通過(guò)疊加多層構(gòu)建，可以控制孔隙率來(lái)解決問(wèn)題。近年來(lái)基因工程技術(shù)應(yīng)用的骨移植材料是通過(guò)蛋白質(zhì)的作用來(lái)刺激骨再生。各種骨移植材料在臨床和科研上已經(jīng)取得很大的進(jìn)展，但仍需進(jìn)一步研究。