骨科中干細(xì)胞的應(yīng)用研究

1、骨科中干細(xì)胞的應(yīng)用研究         摘要一般認(rèn)為干細(xì)胞是指存在于組織中數(shù)目很少的一些分化相對靜止的細(xì)胞。這些細(xì)胞具有兩個方面的重要潛能特點(diǎn)，即具有不對稱性細(xì)胞分裂的能力和自我更新的能力。本文將作一些這方面的研究。 關(guān)鍵詞骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞；組織工程；骨科 Friedenstain等于1987年又發(fā)現(xiàn)在塑料培養(yǎng)皿中培養(yǎng)的貼壁的骨髓單個核細(xì)胞在一定條件下可分化為成骨細(xì)胞、成軟骨細(xì)胞、成脂肪細(xì)胞和成肌細(xì)胞，而且這些細(xì)胞擴(kuò)增2030代后仍保持其多項(xiàng)分化潛能，稱其為BMSCs。其連續(xù)傳代培養(yǎng)或冷凍保存后仍具有多項(xiàng)分化潛能，

2、而且可以保持正常的核型和端粒酶活性，但不能自發(fā)分化。只有在體外特定的誘導(dǎo)條件下，可以向成骨細(xì)胞、軟骨細(xì)胞、肌細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞等方向分化?；谶@種強(qiáng)大的分化潛能及易于分離培養(yǎng)，遺傳相對穩(wěn)定的特性，使其在組織工程、細(xì)胞治療方面得到了日益廣泛的應(yīng)用，在骨科領(lǐng)域也顯示出了其不同于傳統(tǒng)治療方式的優(yōu)越性?，F(xiàn)將BMSCs在骨科應(yīng)用綜述如下。 1骨缺損修復(fù)方面 BMSCs復(fù)合支架材料治療骨缺損的實(shí)驗(yàn)研究中，Borden等在大段骨缺損動物模型中應(yīng)用BMP-7及BMSCs復(fù)合多聚微球基質(zhì)材料，發(fā)現(xiàn)BMP-7能誘導(dǎo)新骨長入，穿過移植物，使BMSCs的成骨活性增強(qiáng)。Quarto等用BMSCs與羥基磷灰石構(gòu)建組織工程骨植

3、入長骨缺損區(qū)，均完全恢復(fù)肢體功能。朱文雄等采用第5代SD大鼠BMSCs，經(jīng)熒光標(biāo)記后，調(diào)配制成的1×106個/ml細(xì)胞濃度后與BMG共同培養(yǎng)6h，然后植入SD大鼠雙側(cè)脛骨的實(shí)驗(yàn)性骨缺損中，術(shù)后8周脛骨骨缺損區(qū)可見大量新生不規(guī)則骨纖維組織、軟骨及纖維骨痂填充，可見骨細(xì)胞、骨組織和骨小梁，已形成骨髓腔。李海豐等取第3代BMSCs，以無血清DMEM制成5×106個/ml的細(xì)胞懸液符合同種異體凍干骨復(fù)合物修復(fù)12mm節(jié)段性骨骨膜 缺損。8周時骨折端的間隙被類骨質(zhì)充填，并出現(xiàn)大量外骨痂，16周時所有植入物都與橈骨干骨性愈合，并有新骨髓腔生成。結(jié)果表明，BMSCs與載體結(jié)合植入體內(nèi)后，

4、直接增強(qiáng)了病變局部細(xì)胞介導(dǎo)的骨再生能力，能夠快速修復(fù)大段骨缺損。王之允等用第2代BMSCs符合異種松質(zhì)骨載體移植于新西蘭大白兔脛骨缺損模型，術(shù)后16周缺損區(qū)骨皮質(zhì)與骨端皮質(zhì)連續(xù)，塑形尚可，肉眼無法分辨缺損區(qū)；24周脛骨塑形完全。以上結(jié)果表明，BMSCs用于骨組織工程學(xué)治療骨缺損具有一定的優(yōu)越性，為臨床治療骨缺損提供了一種新的治療思路。沈兵等認(rèn)為自體BMSCs復(fù)合同種異體生物衍生骨支架構(gòu)建的組織工程骨與自體髂骨游離移植修復(fù)四肢骨缺損的臨床療效無顯著差異。 2軟骨修復(fù) Wakitani等首次報(bào)告了用體外純化培養(yǎng)的自體BMSCs摻入型膠原凝膠修復(fù)兔膝關(guān)節(jié)軟骨的大片缺損，術(shù)后2周即形成透明軟骨，24周

5、缺損的關(guān)節(jié)軟骨得以修復(fù)，但修復(fù)的軟骨比正常的關(guān)節(jié)軟骨薄，有些區(qū)域缺乏軟骨蛋白多糖。Yoo等將BMSCs分離、體外培養(yǎng)、擴(kuò)增后導(dǎo)入修飾基因，然后將這些遺傳修飾的細(xì)胞與軟骨誘導(dǎo)因子一起注入損傷集中區(qū)域，發(fā)現(xiàn)這些細(xì)胞的靶細(xì)胞和生物活性因子到達(dá)受損的關(guān)節(jié)軟骨處并逐漸使受損的關(guān)節(jié)軟骨得到恢復(fù)。董啟榕等抽取兔骨髓體外擴(kuò)增后，與型膠原凝膠載體結(jié)合，植入兔關(guān)節(jié)缺損中，獲得透明軟骨樣修復(fù)，修復(fù)軟骨與周圍組織連接良好，認(rèn)為型膠原作為載體較型膠原效果好。Walsh等對兔膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)半月板部分缺損模型進(jìn)行修復(fù)的研究表明，復(fù)合有自體BMSCs的型膠原海綿較單純I型膠原海綿和骨膜能更好地促進(jìn)半月板的愈合，并形成組織學(xué)上與正

6、常半月板相似的纖維軟骨，但仍會出現(xiàn)關(guān)節(jié)的退行性變。Gangji等報(bào)告對13例（18髖）ARCO期的股骨頭壞死患者進(jìn)行了為期2.5年的前瞻性隊(duì)列研究，研究發(fā)現(xiàn)髓心減壓 植入自體骨髓單核細(xì)胞移植組的療效明顯好于單純髓心減壓組，提出植入自體骨髓單個核細(xì)胞對股骨頭壞死的早期階段的治療是有效的，同時也比較安全。但由于少數(shù)病人和后續(xù)觀察時間短，需要進(jìn)一步研究證實(shí)。BMSCs是動物體內(nèi)軟骨組織損傷后的主要修復(fù)細(xì)胞，不同來源的間充質(zhì)細(xì)胞修復(fù)軟骨缺損的能力不同。Nevo等比較不同干細(xì)胞對關(guān)節(jié)軟骨缺損的移植修復(fù)效果，發(fā)現(xiàn)自體骨髓BMSCs成功率100%，而異體骨髓BMSCs成功率僅31%。 3軟組織修復(fù) Badi

7、avas等抽取3例病程超過1年的慢性難愈合創(chuàng)面患者的骨髓，體外培養(yǎng)并純化BMSCs后回植創(chuàng)面。2周后傷口面積減少，血管的真皮和真皮厚度增加，最后所有患者創(chuàng)面愈合，真皮重建，組織學(xué)顯示瘢痕形成減少。耿獻(xiàn)輝等將SD大鼠BMSCs進(jìn)行體外培養(yǎng)擴(kuò)增后，以生長狀態(tài)良好的BMSCs接種于制備好的組織工程化脫細(xì)胞真皮支架上，進(jìn)行體外聯(lián)合培養(yǎng)，構(gòu)建組織工程皮膚。結(jié)果體外培養(yǎng)的SD大鼠BMSCs生長良好，傳代擴(kuò)增容易，組織工程化脫細(xì)胞真皮基質(zhì)去細(xì)胞完全，BMSCs在脫細(xì)胞真皮基質(zhì)中生長良好，可體外構(gòu)建組織工程皮膚。閆國和等將人羊膜負(fù)載BMSCs移植到小香豬全厚皮膚缺損創(chuàng)面，術(shù)后1820d脫痂愈合。用家兔自體BM

8、SCs復(fù)合纖維蛋白膠移植于兔跟腱橫斷損傷區(qū)，結(jié)果顯示肌腱損傷后即給以腱內(nèi)BMSCs復(fù)合纖維蛋白膠治療可促進(jìn)肌腱愈合早期組織形態(tài)學(xué)及生物力學(xué)修復(fù)。Giuliana等將BMSCs經(jīng)靜脈系統(tǒng)注入到一側(cè)腓腸肌損傷的動物體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)移植的BMSCs可以遷移至受損的腓腸肌組織中，可修復(fù)受損傷的肌肉，而對正常的肌肉則無影響。Sakai等用自體BMSCs移植治療有椎間盤退變的兔模型，分別注射至3個腰段的脊柱椎間盤，與未經(jīng)過手術(shù)的IDD兔作對比，連續(xù)觀察24周，通過相關(guān)檢測得出結(jié)果：實(shí)驗(yàn)組退化的椎間盤X線高度恢復(fù)91%，磁共振信號強(qiáng)度81%；對照組分別為67%和60%。表明在兔模型中BMSCs可有效治療退化的椎間

9、盤，表明BMSCs可能是治療退化椎間盤的一種有效方案。 4神經(jīng)功能修復(fù) Deng等采用改良Allen法造成恒河猴脊髓沖擊損傷模型。再將經(jīng)bFGF預(yù)誘導(dǎo)和丹參酮誘導(dǎo)的第510代恒河猴BMSCs于損傷2周后注入實(shí)驗(yàn)組猴的脊髓損傷區(qū)。結(jié)果治療組動物雙側(cè)均恢復(fù)正常疼痛退縮反射，且恢復(fù)至Tarlov23級，表明誘導(dǎo)后BMSCs移植促進(jìn)了恒河猴脊髓損傷功能恢復(fù)。Vaquero等采用重物打擊法制造嚴(yán)重脊髓損傷大鼠截癱模型，3個月后仍無功能恢復(fù)跡象。此時，分別經(jīng)原造模切口重新切開向創(chuàng)傷后脊髓空洞注入經(jīng)雙苯酰亞胺標(biāo)記的BMSCs。并以注入等量PBS作為對照組，移植后每日行為學(xué)測試，結(jié)果15d即顯示明顯和遞增的運(yùn)

10、動恢復(fù)，直到移植6個月被處死時仍未進(jìn)入平臺期，BBB評分為（12.8±1.3）分。Stocum等將預(yù)先用BRDU標(biāo)記的成年大鼠BMSCs移植到大鼠橫斷的坐骨神經(jīng)遠(yuǎn)側(cè)殘端，結(jié)果除癥狀改善外，在損傷部位還發(fā)現(xiàn)具有SCHWANN細(xì)胞表型和BRDU陽性的移植細(xì)胞。廖文等用1×105的BMSCs符合ECM凝膠移植于Wistar大鼠坐骨神經(jīng)缺損模型，12周好缺損區(qū)有再生神經(jīng)通過，再生神經(jīng)表面光滑，遠(yuǎn)近端無斷裂，外形似正常神經(jīng)，無神經(jīng)瘤形成，且BMSCs符合ECM凝膠修復(fù)作用優(yōu)于單獨(dú)使用ECM凝膠?？擅黠@促進(jìn)周圍神經(jīng)再生。 綜上所述，由于BMSCs，具有能夠快速擴(kuò)增和多向分化等特點(diǎn)，使其成為再生醫(yī)學(xué)中一個非常引人注目的工具。在骨科展示了光明的應(yīng)用前景。隨著對BMSCs的深入研究，一些現(xiàn)在難以治愈的疾病，將來有可能采用新的方法得到很好的治療。但是利用BMSCs進(jìn)行基因治療骨、軟骨缺損的研究才剛起步，技術(shù)手段還不完善，其治療的安全性、有效性、載體的選擇、特定分化因子或抗炎因子的選擇與共同修飾的效果、基因轉(zhuǎn)染的方式等問題還需要深入研究和探索。徐桂華等認(rèn)為BMSCs可能為惡性腫瘤的潛在起源之一。Singh等研究發(fā)現(xiàn)，多種癌癥的發(fā)生與干細(xì)胞的分化異常有關(guān)。因此BMSCs移植技術(shù)在臨床上得到廣泛應(yīng)用，仍需