作者:内蒙古医科大学第二附属医院  王元


骨缺损一直是创伤骨科所关注的一大问题,同时骨缺损还会导致骨不连,使得患者预后更加不理想。这不仅会打击患者战胜疾病的信心,同时也使得骨缺损的修复关注程度越来越高。骨髓间充质干细胞(BM-MSCs)具有骨分化潜能,取材方便体外生长迅速,在一定条件诱导下能够定向分化为成骨细胞,并且有较强的传代能力,回输体内后仍然具有高效稳定增值等优点,成为修复骨缺损的良好种子细胞。如今骨髓间充质干细胞已用于临床,但依旧有很多问题需要进一步的探索和研究。笔者就BM-MSCs的实验研究临床应用及其优势和存在的不足作简要综述。


目前应用于骨缺损的治疗方式


骨缺损的治疗目前仍然是一个具有争论性的问题,目前的首选方法是自体骨或异体骨移植,但自体骨移植虽然免疫源性低,但是取材有限,取骨有创,且取骨后并发症的出现,使得越来越多的人们开始关注异体骨移植。目前的一些修复骨缺损的方式:Peng等用磷酸钙微球联合多孔支架做成骨修复材料应用于狗体内实验中。结果虽然实验组可以看到骨缺损部位愈合程度优于对照组,但这种修复材料具有和体内蛋白亲和性高的特点,容易导致蛋白变性,尚不能作为一线骨缺损修复的材料。


熊健斌等利用万古霉素联合自体微小颗粒骨治疗骨缺损。结果显示实验组骨缺损部位的愈合程度较好,但这种方法应用局限,适用于感染性骨缺损,且骨缺损修复时限与对照组的差别不大。同时亦有应用羟基磷灰石/壳聚糖/聚乳酸复合材料,富血小板纤维蛋白诱导成骨,脉冲电磁场协同多孔钛合金修复骨缺损等,但由于复合材料的最佳比例尚未确定或仍然处于实验研究初期阶段等诸多因素,目前还不能应用于临床。那么,有没有一种相对完善,同时又已经在临床中开展应用的骨修复方法呢?


骨髓间充质干细胞治疗骨缺损的实验研究


骨髓间充质干细胞(BM-MSCs)具有多向分化的潜能,其可以通过一定诱导定向分化为成骨细胞成肌细胞脂肪细胞腱细胞等,传代12代以上依然可以保持很好的增殖能力,染色体组型和端粒酶的活性均正常。对于BM-MSCs的研究可以追溯到20世纪60年代,Friedenstein等在骨髓中发现了一种非造血细胞,且能在体外分化成骨细胞,当时成为“Skele-talCells”,由此也拉开了人类对于BM-MSCs研究的序幕。


BM-MSCs诱导分化成骨:①中西药物诱导:Sudo等发现在培养液中加入地塞米松β-甘油磷酸钠和抗坏血酸等可以促进BM-MSCs成骨分化,其机制可能与地塞米松调节成骨细胞分泌胰岛素样生长因子有关。余可和等通过动物实验发现,较高浓度的补肾中药能够促进骨髓间充质干细胞分化成骨的潜能。②其他方式诱导:Karlsen等发现Sox9蛋白表达可以促进BM-MSCs软骨的分化。刘珊等发现被TNF-α免疫激活后BMSCs的旁分泌作用可以显著促进成骨细胞的增殖迁徙分化和矿化能力,从多个阶段加强成骨细胞的骨化作用。


间充质干细胞在动物实验的研究主要运用多样复合材料支架:起初基础研究阶段只是一种单纯联合应用,比如有学者应用β磷酸钙陶瓷支架联合BMSCs修复兔的尺骨缺损,通过影像学和组织学检查确定骨修复效果,应用β磷酸钙陶瓷支架联合BMSCs的实验组效果要明显优于单纯使用磷酸钙陶瓷支架的对照组,这是传统常用的方式。随着时间的推移,人们慢慢将目光转移到BMSCs本身,杨楠等分别将已用碱性成纤维细胞生长因子慢病毒载体转染及未转染的骨髓间充质干细胞同种异体支架骨材料单纯同种异体骨支架材料β-磷酸三钙材料植入羊髂骨极限缺损模型,结果发现,经转染的BMSCs同种异体支架骨材料既可以引导新骨形成,又不会妨碍骨组织的重建和塑形,具有良好的生物相容性。


同时,根据先前的研究发现,富血小板纤维蛋白自身也具有诱导新骨形成的能力,那么将2种都可以诱导骨形成的因素联合在一起,是否要好于单纯用一种因素诱导的效果呢?Hao等截取8只小猎犬的下颌双边第234前臼,缺损部位填充BM-MSCs联合富血小板纤维蛋白(实验组),相同方法处理相同数量仅加入富血小板纤维蛋白(对照组),并在第248周分别处死,用苏丹精和伊红染色,结果示实验组缺损部位成骨的效果要明显优于对照组。


骨髓间充质干细胞治疗骨缺损的临床应用


基础研究的不懈探索创新,目的就是让BM-MSCs可以早日应用于临床,造福于人类。而对于BM-MSCs的临床研究,早在20世纪90年代就有报道,Connolly等将患者的骨髓吸取物直接注射在由于骨缺损导致的胫骨骨不连处,6个月后20例骨不连患者中的18例成功治愈。而这也使得BM-MSCs在解决骨缺损这一严重并发症的道路上,给人们带来了新的希望。随着临床研究的深入,童培建等经皮自体骨髓间充质干细胞移植治疗四肢骨缺损骨不连48例,半年后,42例达到骨性愈合,6例骨缺损不愈合的原因不太清楚。


Dallari等将ChinJBoneJointInjury,May2015,Vol.30,NO.5BM-MSCs联合冻干骨支架用于临床高位胫骨截肢骨缺损的治疗中,将28例骨缺损的患者分为3组,第1组仅植入冻干骨支架,第2组植入血小板胶体联合冻干骨支架的复合物,第3组植入BM-MSCs与冻干骨支架的复合物,结果显示,BM-MSCs的加入提高了冻骨片诱导成骨的能力,也就是说第3组的骨缺损修复要好于其他2组。但在临床应用过程中,杨帆等发现,应用此种治疗方法,遇到1例出现了异位骨化并影响到关节活动,但后期经过功能锻炼,对于生活质量没有太大的影响。由于BM-MSCs具有很强的成骨分化的潜能,在临床骨缺损的治疗方面,要适量适度。


骨髓间充质干细胞治疗骨缺损存在的不足


尽管BM-MSCs取材相对容易,但在骨髓中的含量很低,占骨髓单核细胞的0.0001%~0.01%,而且分离和提纯的难度也很大,成本较高。这也无形中增加了患者的医疗负担,对于此项技术的推广造成壁垒。通过基因修饰病毒转染后的BM-MSCs,其产物间的表达是相互协同,还是相互拮抗,在骨缺损体内治疗的可控性和安全性仍然需要进一步的探明。BM-MSCs联合应用不同生物材料的支架,其支架的最适孔隙率,填充BM-MSCs的浓度,最佳的生物支架的选取,仍然需要做大量的基础和临床实验得以确定。BM-MSCs应用后所造成的异位骨化应得到重视,是否这样的治疗方式适合所有的骨缺损人群,是否在一些人群中具有某种基因的易感性?若有,可否联合基因检测技术,确定某些适合人群。关于BM-MSCs在骨缺损中的应用,虽然已有一些在临床方面的报道,但目前大部分仍处于实验研究阶段,若能广泛应用于临床仍是任重道远。


骨髓间充质干细胞治疗骨缺损的前景与展望


自发现BM-MSCs具有骨分化潜能的这半个多世纪以来,BM-MSCs在骨缺损领域越来越得到科研工作者和临床医生的青睐,在骨科治疗方面具有着广阔的前景和空间。虽然在治疗中不能完全取代原位骨的作用,但却具有自身的特点。目前为止,作为骨分化最强的种子细胞,联合生物支架材料,对于加快患者骨折端的长成,提前功能锻炼,提高生活质量,预防骨折的长期并发症都有着深远的意义。虽然目前BM-MSCs在治疗骨缺损方面的研究还不够完善,随着对BM-MSCs安全性研究的深入,医疗技术的不断优化,相信在不远的将来BM-MSCs在治疗骨缺损的领域中定会带来更大的飞跃。

 

来源:中国骨与关节损伤杂志2015年5月第30卷第5期

本文关键词:同种骨  同种异体骨 植入材料  异体骨   植骨材料  骨缺损修复材料