再生醫(yī)學(xué)在骨科臨床應(yīng)用研究現(xiàn)狀及問題

1、再生醫(yī)學(xué)在骨科臨床應(yīng)用研究現(xiàn)狀及問題【關(guān)鍵詞】 再生醫(yī)學(xué)目前再生醫(yī)學(xué)的概念在國際上并無統(tǒng)一的定義，但從其內(nèi)涵理解，應(yīng)是指利用生物學(xué)及工程學(xué)的理論方法創(chuàng)造丟失或功能損傷的組織和器官，使其具備正常組織和器官的結(jié)構(gòu)和功能。再生醫(yī)學(xué)的基礎(chǔ)是組織工程學(xué)，包括種子細(xì)胞、生物支架、生長分化因子、干細(xì)胞治療、基因治療及器官移植。而人工器官由于只具備了正常器官的部分功能并無正常器官的結(jié)構(gòu)組成，不應(yīng)屬于再生醫(yī)學(xué)之列，如臨床常用的人工腎、人工關(guān)節(jié)、人工晶體、人工心臟及電子耳蝸等。再生醫(yī)學(xué)的水平代表了一個國家、一個單位的醫(yī)學(xué)水平，解放軍總醫(yī)院全軍骨研所在此方面進(jìn)行了多年的研究，且已取得了一定的成績，如骨、關(guān)節(jié)軟骨、周

2、圍神經(jīng)組織工程研究，其中神經(jīng)再生的研究已應(yīng)用于臨床，且取得了較滿意的臨床效果。1骨科組織再生幾個方面的研究現(xiàn)狀11骨組織再生的研究在骨組織再生的研究中，細(xì)胞的應(yīng)用方面進(jìn)行了多種來源的研究。首先利用骨膜的成骨細(xì)胞通過體外培養(yǎng)擴(kuò)增后成功修復(fù)骨缺損；在骨髓來源的細(xì)胞中，在臨床開展了骨髓血直接注射促進(jìn)骨愈合。充分利用骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的多向分化特性，在體外成功誘導(dǎo)為成骨細(xì)胞，在適當(dāng)?shù)妮d體協(xié)助下達(dá)到了骨組織再生的目的；為拓寬骨組織再生的種子細(xì)胞來源，開展了以轉(zhuǎn)基因肌肉源性干細(xì)胞修復(fù)長骨缺損的實(shí)驗(yàn)研究；對骨組織工程支架材料進(jìn)行了全面研究，包括碳酸化羥基磷灰石材料、脫鈣骨基質(zhì)系列材料修復(fù)骨缺損、冷凍干燥異體骨

3、產(chǎn)品的應(yīng)用；充分利用骨組織再生技術(shù)，在骨組織工程的支架制備方面進(jìn)行仿真研究，滿足股骨頭初始負(fù)重的要求，利用三維成型技術(shù)制備出具有生物力學(xué)結(jié)構(gòu)仿真特點(diǎn)的支架，較好地修復(fù)了負(fù)重區(qū)的股骨頭缺損，為骨組織再生技術(shù)解決臨床難題的研究中支架材料的制備提出了新的更高要求。12關(guān)節(jié)軟骨組織再生的研究關(guān)節(jié)軟骨為透明軟骨，主要由軟骨細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)組成。121軟骨組織工程種子細(xì)胞的研究1211自體關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞研究解決了自體關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞臨床使用的技術(shù)瓶頸大量擴(kuò)增和細(xì)胞表型問題；目前能從少量關(guān)節(jié)軟骨組織(50150 mg），在34周獲取足夠數(shù)量(3 000萬以上）的關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞，細(xì)胞軟骨表型良好，達(dá)到或優(yōu)于國外同類研

4、究水平，完全達(dá)到臨床使用的標(biāo)準(zhǔn)。1212同種異體關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞用藻酸鈣包埋成年異體關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞，成功地修復(fù)了關(guān)節(jié)軟骨缺損，從而證實(shí)成年異體關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞是有良好臨床應(yīng)用前景的種子細(xì)胞；并通過對關(guān)節(jié)軟骨組織保存方法的研究，提高了供體可利用時間和利用率。1213骨髓干細(xì)胞(BMSCs）使用adHGF轉(zhuǎn)染BMSCs促進(jìn)向軟骨方向分化；裸鼠體內(nèi)成軟骨及以誘導(dǎo)轉(zhuǎn)基因BMSCs作為種子細(xì)胞構(gòu)建的組織工程復(fù)合體，能同時修復(fù)關(guān)節(jié)軟骨和軟骨下骨，證實(shí)BMSCs是良好的關(guān)節(jié)骨與軟骨組織工程種子細(xì)胞。1214脂肪干細(xì)胞(ATSCs）從脂肪組織中能很容易地獲得ATSCs，其培養(yǎng)周期短，增殖速度最快，傳代細(xì)胞生物學(xué)性狀(與

5、BMSCs相似）穩(wěn)定；弱表達(dá)型膠原和軟骨聚糖蛋白使其更易向軟骨方向轉(zhuǎn)化；裸鼠體內(nèi)成軟骨及以誘導(dǎo)ATSCs作為種子細(xì)胞構(gòu)建的組織工程軟骨能修復(fù)關(guān)節(jié)軟骨，證實(shí)ATSCs是良好的干細(xì)胞性種子細(xì)胞。因其取材更簡單、取材量大、來源容易、易為患者所接受及體外培養(yǎng)增殖速度快等優(yōu)點(diǎn)，是更有臨床應(yīng)用的前景的干細(xì)胞。122軟骨組織工程支架材料研究1221化學(xué)合成支架的研究PLA、PGA、PLGA等是最早用于軟骨組織工程支架的材料，因其良好的生物相容性、降解速度可控性和力學(xué)強(qiáng)度，備受青睞。作者經(jīng)過了從PLA到PLGA的過程，并在長期研究中進(jìn)行了多方面的改進(jìn)。尤其是雙層PLGA支架，用誘導(dǎo)MSC，復(fù)合雙層支架，同時獲

6、得了骨和軟骨2種組織的修復(fù)，同單層支架比較，其軟骨下骨的愈合更好。1222關(guān)節(jié)軟骨源性支架研究異體關(guān)節(jié)軟骨基質(zhì)是最接近于人關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞生長環(huán)境的材料，有非常好的臨床應(yīng)用前景。作者制備了關(guān)節(jié)軟骨源性微載體，主要成分是型膠原，軟骨細(xì)胞在其上增殖良好，細(xì)胞可經(jīng)微載體培養(yǎng)后與微載體一起植入軟骨缺損。人關(guān)節(jié)軟骨源性微載體，經(jīng)冷凍干燥，制備出關(guān)節(jié)軟骨源性海綿支架。掃描電鏡下見孔隙率滿意，其上軟骨細(xì)胞增殖良好，海綿-軟骨細(xì)胞復(fù)合體修復(fù)兔關(guān)節(jié)軟骨缺損效果良好，有廣闊的臨床應(yīng)用前景。123幾種常見材料支架的初步比較研究通過對膠原、PLGA、DBM、4種支架材料復(fù)合自體關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞修復(fù)關(guān)節(jié)骨軟骨的比較研究，結(jié)果顯

7、示生物材料支架較化學(xué)合成支架效果好，藻酸和膠原是非常有臨床應(yīng)用前景的支架材料。124同種異體關(guān)節(jié)軟骨移植保存方法研究同種異體關(guān)節(jié)軟骨移植是治療關(guān)節(jié)軟骨缺損的有效方法之一。多年來由于關(guān)節(jié)軟骨保存方法的限制使這種療法的應(yīng)用受到限制。針對關(guān)節(jié)軟骨保存后軟骨細(xì)胞的活性進(jìn)行了研究，研究結(jié)果顯示經(jīng)用作者的方法保存的關(guān)節(jié)軟骨在2周時細(xì)胞存活率仍保持在80，而正常實(shí)驗(yàn)對照組在2周時則無細(xì)胞存活。動物體內(nèi)試驗(yàn)也證明經(jīng)保存的異體關(guān)節(jié)軟骨具有較高的細(xì)胞存活率，可有效修復(fù)關(guān)節(jié)軟骨的缺損。13神經(jīng)組織再生的研究周圍神經(jīng)替代材料修復(fù)戰(zhàn)創(chuàng)傷性周圍神經(jīng)缺損一直是骨科的研究內(nèi)容。在北京市自然科學(xué)基金重點(diǎn)課題及總后支持下，經(jīng)過7

8、 a的潛心研究，發(fā)現(xiàn)化學(xué)去細(xì)胞異體神經(jīng)具有免疫原性弱，保持引導(dǎo)神經(jīng)再生的基底板層管狀結(jié)構(gòu)，在各種神經(jīng)缺損的動物模型中可有效促進(jìn)神經(jīng)再生，恢復(fù)肢體的功能，可替代自體神經(jīng)移植修復(fù)周圍神經(jīng)缺損，并在臨床應(yīng)用26例，取得了可靠的結(jié)果。2骨科組織再生存在的問題雖然在骨組織再生中有較為成功的技術(shù)，尤其是在非負(fù)重部位的骨組織重建已建立多種方法技術(shù)，但在負(fù)重部位皮質(zhì)骨的再生中還沒有較為有效的方法，如何在結(jié)構(gòu)和生物力學(xué)功能上同時重建骨組織是目前研究的主要問題。骨關(guān)節(jié)損傷的修復(fù)是醫(yī)學(xué)界面臨的重要課題。骨關(guān)節(jié)損傷主要涉及關(guān)節(jié)軟骨及軟骨下骨。關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞由于被包圍于基質(zhì)形成的陷窩內(nèi)幾乎無自身再生能力。組織工程學(xué)技術(shù)的

9、發(fā)展為關(guān)節(jié)軟骨的再生創(chuàng)造了條件。近年來在關(guān)節(jié)軟骨組織工程研究中利用軟骨細(xì)胞、骨髓來源干細(xì)胞、脂肪來源干細(xì)胞及肌肉來源的干細(xì)胞為種子細(xì)胞，與各種合成或天然支架材料復(fù)合，在各種生長分化因子的作用下(直接作用或轉(zhuǎn)基因），在體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)中已成功構(gòu)建關(guān)節(jié)軟骨的類透明軟骨組織。目前國外已經(jīng)有56個關(guān)節(jié)軟骨組織工程產(chǎn)品，臨床應(yīng)用亦超過10 000例，在進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)觀察中發(fā)現(xiàn)再生軟骨組織隨時間推移最終出現(xiàn)退行性改變，即軟骨細(xì)胞的死亡，基質(zhì)成分減少，生物力學(xué)強(qiáng)度降低，關(guān)節(jié)出現(xiàn)炎性改變。目前的研究，特別是國內(nèi)研究，都集中在組織工程產(chǎn)品階段的研究，即下游的產(chǎn)出研究，對上游骨與軟骨再生的機(jī)理的基礎(chǔ)研究很少涉及，因此到目

10、前為止對再生的機(jī)理，包括軟骨細(xì)胞擴(kuò)增和老化機(jī)理、干細(xì)胞誘導(dǎo)分化的機(jī)理、細(xì)胞與支架的相互作用、力學(xué)刺激與再生組織成熟等問題仍然十分模糊，因此不可能從根本上對組織工程骨或軟骨進(jìn)行針對性的改良，從而極大地影響了骨關(guān)節(jié)再生技術(shù)的臨床實(shí)踐。在研究軟骨組織再生的基礎(chǔ)上，必須對骨關(guān)節(jié)損傷的基本問題加以研究，解決再生修復(fù)組織的退行性改變，保持關(guān)節(jié)軟骨的正常結(jié)構(gòu)及功能，實(shí)現(xiàn)在骨關(guān)節(jié)損傷修復(fù)中的重要突破。在周圍神經(jīng)再生的研究中，從動物實(shí)驗(yàn)到臨床應(yīng)用進(jìn)行了大量的研究，雖然其結(jié)果證實(shí)化學(xué)去細(xì)胞異體神經(jīng)由于保持了完好的纖維管道支架系統(tǒng)，可促進(jìn)神經(jīng)軸突的再生，可替代自體神經(jīng)移植在臨床應(yīng)用，但是由于包括自體神經(jīng)移植在內(nèi)的神經(jīng)軸突生長速度還不夠快，目前無論是自體神經(jīng)移植還是去細(xì)胞異體神經(jīng)移植均不能防止肢體遠(yuǎn)端較小肌肉的變性，這也是一個世界性難題。因此為改善療效，必須從提高神經(jīng)纖維再生的速度入手進(jìn)行深入研究，為臨床提供優(yōu)于自體神經(jīng)移植的生物材料，包括生長因子的應(yīng)用及策略，植入細(xì)胞的作用評估等。3解決臨床問題的思路再生醫(yī)學(xué)的發(fā)展雖然已取得了重要進(jìn)展，但由于在技術(shù)方面的問題仍然沒有完全解決，臨床應(yīng)用有一定的局限性。而組織或器官的移植已