软骨组织工程综述

软骨组织工程

王珍 白求恩医学院 70100338

关节软骨虽然为新陈代谢活跃的组织, 但位于间质中的软骨细胞的代谢周期却相当长, 因为关节软骨为无血管组织, 所以自我修复能力相当有限, 轻微伤害即有可能导致渐进式的损害与退化。目前的治疗方法均不能实现软骨的生物修复，缺损软骨的修复问题成为临床上较为棘手的问题之一。组织工程学的发展为解决这个问题提供了新思路，使缺损软骨的完全再生成为可能。软骨组织工程是在体外培养、扩增软骨组织细胞，并以较高密度将其种植已于具有良好生物相容性和降解性的支架材料上，在多种调节因素的作用下经过一定周期形成组织工程化软骨的技术手段。其基本方法是将自体或异体的组织细胞经体外培养扩增后，接种到一种生物相容性良好、可吸收的生物材料上，形成细胞生物材料复合物，再回植到体内组织缺损部位，随着生物材料逐渐被机体吸收，细胞分化、生长成新的有功能的组织，从而达到修复缺损的目的。软骨组织工程研究涉及到种子细胞、支架材料和生长因子和生物反应器4个基本要素。

1.种子细胞

理想的种子细胞应具备以下特性: ①取材方便，对供体损伤小，来

源充足; ②体外培养增殖能力旺盛，能持续保持细胞表型不变; ③植入体内能适应受区环境并保持原有细胞的功能。目前应用于软骨组织工程研究的种子细胞主要有: 自体软骨细胞、异体软骨细胞、成体

干细胞、胚胎干细胞、其他来源的细胞。

1.1 自体软骨细胞 自体软骨细胞用作构建组织工程化软骨组织有其不可替代

的优点, 不必考虑免疫排斥反应问题，所以是构建效果最理想的种子细胞。但人体内可供利用的软骨细胞数量极为有限，取材创伤较大，大量扩增后又极易发生老化与去分化，丧失软骨形成能力。有拆东墙补西墙和得不偿失之感。因此，应用自体软骨细胞构建软骨组织在临床上很难推广应用。

1．2 同种异体软骨细胞 同种异体软骨细胞容易获得且来源丰富，且软骨组织内部无血管、淋巴管及神经, 软骨细胞被包裹在软骨陷窝内, 此厚厚的软骨囊成为其天然屏障 , 可阻挡免疫细胞攻击。因此, 软骨细胞具有抗原性弱、不易被机体免疫系统排斥等特点。新生软骨组织均无血管化减少了同种异体植入的免疫排斥反应强度。理论与事实还是有一定差距的，同种异体细胞仍会发生一定的免疫排斥。且与异种器官移植所面临的伦理学问题一样, 异种细胞的来源, 以及用于移植的细胞能否被用来买卖和植入患者体内后, 患者的心理能否适应等, 都需要在治疗前让患者充分了解, 并作好相应的心理准备。

1． 3 成体干细胞 成体干细胞可来源于骨髓、脂肪、皮肤、肌肉等各类组织

1． 3． 1 骨髓间充质干细胞 骨髓间充质干细胞是目前研究最多、应用最广的种子细胞之一。主要是因为其发现早、取材方便、创伤小、培养方法易普及。间充质干细胞由于是自体细胞经过体外扩增诱导后重新回植, 所以病人更容易在心理上接受, 涉及的伦理道德问题也较少, 因此已成为组织工程软骨组织种子细胞的主要来源。

1． 3． 2 脂肪间充质干细胞 脂肪间充质干细胞与骨髓间充质干细胞相比，脂肪间充质肝细胞 在人体内分布更广，可利用的细胞总量更多，而且所需的脂肪组织可经整形外科吸脂术获得，由此可见，在种子细胞的来

源上，脂肪间充质干细胞较骨髓间充质干细胞更具优势。但脂肪间充质干细胞在软骨组织构建及缺损修复领域的研究与应用却远不如

骨髓间充质干细胞，究其原因是目前常用的分离方法从脂肪

组织中得到的细胞不可避免地会含有大量的混杂细胞，尚无法得到纯化的具有软骨分化潜能的脂肪间充质干细胞亚群。如果能解决细胞纯化的问题，脂肪间充质干细胞将成为最有价值的种子细胞。

1． 4 胚胎干细胞 胚胎干细胞由胚胎内细胞团或原始生殖细胞经体外抑制培养而筛选出的细胞，因此进行胚胎干细胞研究就必须破坏胚胎。在美国等注重人权的国家认为胚胎是人尚未成形时在子宫的生命形式,如果支持进行胚胎干细胞研究就等于是怂恿他人“扼杀生命”，是不道德的，违反伦理的。然而包括我国在内的大多数国家的法律是从婴儿分娩的那一刻算起才将胚胎定义为人, 如此认定在法律上简单明了、便于执行。胚胎干细胞让我们在在科学与人文之间寻求平衡。一方面, 它要维护科学的利益, 保护和促进科学的健康发展, 而不能成为科学发展的障碍。另一方面, 它又要维护人的权利和尊严, 使科学更好地为人类造福, 而不是危害人类。所以要利用胚胎干细胞首先要解决好伦理问题。

1． 5 其他细胞

2 支架材料

组织工程用细胞支架一般应具备良好的生物相、容性、良好的生物可降解性、良好的材料－ 细胞界面及良好的消毒性能，并具有可加工的三维立体结构和一定的机械强度。选择合适的材料制备细胞支架是

目前软骨组织工程研究亟须解决的问题。支架材料分为天然生物材料

和人工合成高分子材料。

2.1 天然生物材料 天然生物材料主要有：胶原（Ⅰ或Ⅱ型）、硫酸软骨素、脱钙骨基质、琼脂糖、海藻酸钠、纤维素、壳聚糖、纤维蛋白胶、明胶、透明质酸、丝素蛋白等。但天然的生物材料缺乏一定的机械强度。

2．2人工合成支架 尽管人工合成支架被证明有利于细胞的黏附、增值、分化等优点。但也存在一定的局限性, 如缺乏细胞识别信号、亲水性差、对细胞的吸附能力差且降解产物如聚乳酸，易引起非炎症性反应等。

3．生长因子

生长因子分为两类：①具有促进作用的因子；②具有抑制作用的因子。主要作用是促进软骨细胞的增殖、分化。多种生长因子联合应用软骨的生长代谢是一个极其复杂的过程，需要多种生长因子的参与。一种细胞可能同时受到多个生长因子的调节，一种生长因子也可以同时作用于多种细胞，不同的生长因子之间相互影响、相互协同或相互拮抗，彼此形成纵横交错的复杂关系。因此，多个因子的联合应用以及其他因素与因子间的相互作用受到研究者的关注。

4.生物反应器

生物反应器主要是通过模拟体内软骨微环境，为体外软骨的形成提供一个动态的力学刺激，以进一步提高体外构建软骨的基质合成及力学性能。

展望

软骨组织工程学发展至今，已与临床应用非常接近，但要真正走向临床仍有很多具体的问题需要解决。只有解决了如何进行宏观组织块的体外培养、如何构建能满足体内力学环境要求的成熟的功能化组

织工程化软骨、组织工程化软骨如何植入体内并发挥生理功能这3 个难题，软骨缺损修复的组织工程化才能真正实现。目前来讲，种子细胞的选择以及成熟的组织工程化软骨的体外构建将是研究的热点。

相信不久的将来，组织工程化软骨会应用到临床实践中，使软骨损伤的生物修复得以实现。

参考文献

软骨组织工程种子细胞的医学伦理分析

苗春雷 牟少春 梁晓琴 唐胜建

软骨组织工程研究进展

姜疆 孙杨 郭树忠

软骨组织工程概况和发展

蔡东江 丁秋娥

软骨组织工程研究中的干细胞

刘耀升 刘蜀彬

软骨组织工程的研究现状及展望

程友 李泽卿王秋萍