组织工程技术修复关节软骨缺损的研究进展<sup(2)

除了骨髓来源外，干细胞还广泛存在于脂肪、脐血、胎盘、羊水中，不同来源的干细胞其分化潜能各不相同[24]。脂肪干细胞其来源广泛，易于提取，除具有骨骼、肌腱、脂肪分化潜能之外，已经被证明具有分化成软骨细胞的能力。文献[25]研究显示，与骨髓间充质干细胞相比，脂肪干细胞成软骨分化潜力较差，然而脂肪干细胞联合转化生长因子-β 和骨形成蛋白使用则可以大大提高其成软骨分化能力。

研究发现，在不同的诱导机制作用下可将间充质干细胞定向分化形成肌肉、骨、软骨组织[26]。随着种子细胞定向分化的研究和进步，将极大提高软骨相关疾病患者的生活质量。

4 生长因子

现已证明某些生长因子除了能够诱导干细胞定向分化外，同时能够影响工程软骨的物理特性，预防关节退行性改变的发生发展。例如骨形态发生蛋白-2（BMP-2）、胰岛素样生长因子-1（IGF-1）、转化生长因子-β（TGF-β）[26]。通过添加生长因子，如TGF-β、成纤维细胞生长因子2（FGF-2）和血小板衍生生长因子BB（PDGF-BB）等，软骨细胞增殖明显增多[27]。生长因子IGF-I 和FGF-2 联合治疗能够增强软骨生成活性，促进全厚层软骨的形成[28]。体内软骨细胞生存的微环境中不仅仅只存在单一的某种生长因子，其内成分必定复杂多样，近些年的研究发现生长因子之间能产生协同刺激作用，有利于加速细胞外基质的产生，支持软骨发育，增强软骨损伤愈合能力。研究表明，FGF-2 和Wnt3a 因子协同作用能够促进MSCs 增殖并增强其软骨分化潜能[29]。过表达TGF-b3/BMP-6 因子可明显促进脂肪干细胞软骨相关基因Sox-9、ACAN 和Col2A1 的表达，抑制软骨肥大化，促进形成类似于关节软骨的带状结构新骨骼[30]。目前研究者们正趋向于把关注点集中到生长因子协同作用促进软骨细胞的增殖效应及其作用机制进行深层次的阐明。

5 基因治疗

通过基因治疗进行软骨缺损修复的概念源于一种观点，即特异功能基因在损伤部位的表达可以促进软骨的再生过程。近期，基因治疗在软骨再生方面取得了明显的突破进展。研究发现，干细胞在体外进行基因修饰后直接植入关节缺损创面能成功修复软骨缺损，其是通过上调软骨分化促进基因，以及通过下调抑制基因来实现的[31]。基因治疗是通过将特异基因转染靶细胞并上调其表达量以此提高细胞外基质合成加快靶细胞向目的细胞分化而促进组织再生[32]。Madry 等[33]将目的基因IL-1RA 转染进入大鼠和狗等动物的软骨缺损创面发现基因转染后能够抑制动物关节软骨退变。

基因修复关节软骨缺损过程中常常需要解决的一个问题是，如何避免关节液对注射转染细胞的冲释。研究人员以不同的细胞支架作为修饰后细胞载体，共同注射进入关节腔，当支架降解时，细胞包被的载体将会吸附在缺损部位从而解决了这一难题。基因治疗和支架材料的结合能够大大提高转染基因的效率，促进软骨再生修复。最近的研究表明，适当的传递载体，基因，靶细胞和支架的结合能够有效促进透明软骨生长[34]。然而，尽管基因治疗用于缓解骨关节相关疾病已经得到了广泛的理论验证，但目前仍然有一些问题是必须解决的，例如基因治疗过程中靶细胞的凋亡、疾病的传播等，此外基因的提取和转染在临床上的成熟运用仍需进一步的研究。

6 人工关节软骨移植

1994 瑞典Peterson 科研团队首次将自体软骨细胞植入术用于临床，修复膝关节软骨缺损。该方法是从膝关节负荷较小的区域取材软骨活组织。分离软骨细胞进行单层培养，并在2～3 周后收集细胞悬浮液并将其注射到软骨缺损区域。大量的研究发现自体软骨细胞移植后关节缺损创面可见透明软骨修复，术后患者疼痛得到极大的缓解[35]。目前自体软骨细胞移植术已得到进一步发展，成为一种成熟的细胞疗法并得到广泛应用，为广大的软骨缺损患者带来了福音。然而，经过长期临床实践后发现该疗法仍然存在一些缺陷，例如供体细胞来源不足、供体局部损伤、软骨细胞肥大退变以及老年患者疗效低等。

为了解决这一系列问题，有学者通过合成材料仿造天然软骨，设计了具有类似关节软骨的三维组织结构。Levingstone 及其研究团队通过组织工程方法成功制备三维软骨支架，支架表面采用Ⅱ型胶原和透明质酸制备；中间层由羟基磷灰石组成；而软骨下骨层包含Ⅰ型胶原和羟基磷灰石混合物[36]。该人工关节软骨具有较好的孔隙率，其性质与天然软组织相似具有良好的软骨修复效果。

文章来源：《中国组织工程研究》 网址: http://www.zgzzgcyj.cn/qikandaodu/2020/1222/922.html