关节软骨生化结构及其与力学性能关系研究进展

关节软骨缺损在临床很常见.由于血液供应差及应答创伤反应的未分化细胞群相对缺乏,软骨缺损很难自行修复.组织工程技术可将具有软骨形成潜能的细胞接种到生物可降解材料上形成细胞支架三维复合物,该复合物在体外或体内可形成组织工程化软骨,有望解决软骨缺损修复这一临床难题.要构建具有完整结构和稳定功能的组织工程化软骨,必须深入了解软骨的形态结构、功能及其关系.文章就正常及组织工程化关节软骨的生化结构及其与生物力学性能的关系进行综述.     

关节软骨损伤组织工程修复的实验研究

目的：（1）研究不同体外培养时间软骨的生物学特性，探讨运用于软骨组织工程中软骨种子细胞的最适宜培养时间和条件。（2）应用组织工程技术探讨运用自体关节软骨细胞修复关节软骨缺损的可行性。（3）应用组织工程技术探讨应用同种异体软骨细胞修复关节软骨缺损的可行性。（4）研究修复关节软骨缺损的软骨细胞来源。方法：（1）取新西兰兔关节软骨细胞体外培养，观察软骨细胞的形态学变化，生长曲线，酸性粘多糖及胶原分泌情况。（2）建立关节软骨缺损模型，应用自体关节软骨细胞复合生物支架Pluronic修复关节软骨缺损，观察修复效果。（3）应用同种异体软骨细胞复合生物支架Pluronic修复关节软骨缺损，观察修复效果。（4）应用3H－TdR放射自显影方法，确定修复关节软骨缺损的细胞来源。结果：（1）体外培养第四代软骨细胞的增殖能力达到高峰，而第二代软骨细胞分泌基质能力最强。（2）自体或同种异体软骨细胞复合Pluronic修复关节软骨缺损，12周后缺损表面较平滑，与正常软骨界面愈合较好，MASSON三色染色显示胶原分布已较均匀， 骨细胞呈柱状排列，II型胶原在细胞周围阳性表达，而空白对照和材料对照组未见明显修复。（3）3H－TdR放射自显影方法证实修复软骨组织的细胞来源于体外移植细胞，软骨细胞植入体内早期仍进行有丝分裂，而在中后期软骨细胞以分泌基质为主，植入的细胞与周围软骨细胞间存在物质交换。结论：（1）软骨细胞在体外培养2－3周左右是作为软骨组织工程种子细胞的最佳时机。（2）自体或同种异体组织工程化软骨是修复关节软骨缺损的较好方法。（3）组织工程化软骨修复关节软骨缺损的细胞来源于体外移植的软骨细胞。     

增强型纤维蛋白胶组织工程支架修复关节软骨缺损的组织学评估

目的 探讨以增强型纤维蛋白胶(FG)为支架构建组织工程化软骨修复兔关节软骨缺损的可行性.方法 ①通过在FG中引入抑肽酶和氨甲环酸,构建细胞标准FG支架复合物和细胞增强FG支架复合物.②将6月龄新西兰兔32只(体重2～2.5 kg)分成A组13只、B组13只、C组6只.复合物体外培养后植入动物模型体内,按缺损内分别植入细胞标准FG复合物和细胞增强FG复合物作为A,B组,C组为空白对照.术后第6,12和18 周取材(n=8),对新生软骨进行大体、光镜观察及组织学评分.结果 A组术后18周,软骨细胞分化良好,表面较平整,但软骨细胞修复层较薄,未形成典型的束状排列.B组术后18周,修复软骨与正常软骨厚度一致,细胞排列进一步趋于规则,富含阿利欣蓝染色阳性基质.C组术后6,12,18 周缺损区均主要由纤维瘢痕充填.细胞增强FG支架组新生软骨组织在组织学特性上与正常软骨组织相似,组织学评分优于标准组,两者统计学上差异有显著性(P＜0.05).结论 在纤维蛋白胶中加入抑肽酶和氨甲环酸,可显著地减缓纤维蛋白胶的降解速度,使FG降解速度与软骨细胞基质形成速度同步,提高了软骨修复质量.     

软骨组织工程学技术研究进展

关节软骨损伤后其自身修复能力有限.近几年来骨组织工程化技术的快速发展,为关节软骨的修复开拓了一个新的领域.组织工程是应用生命科学和工程学的原理及技术构建、培育活组织,研制生物替代物,以修复或重建组织器官的结构,维持或改善功能的新兴综合性交叉学科.     

可注射温固化支架复合异体软骨细胞修复关节软骨缺损的初步研究

目的探讨可注射性温固化凝胶壳聚糖-甘油磷酸钠（C-GP）复合同种异体软骨细胞在体内形成透明软骨和注入关节腔后修复关节软骨缺损的可行性和有效性。方法将预制的壳聚糖和甘油磷酸钠按一定体积比制成混合液,实验组为支架复合同种异体软骨细胞,设单纯支架和生理盐水为两组对照。注入成年兔的背部皮下和预制关节软骨缺损的关节腔内,复合物在体内37℃形成凝胶,术后4、8、12周分别行大体、组织学（HE、TB）、Ⅱ型胶原免疫组织化学观察,并进行Wakitani评分。观察其体内成软骨和填充并修复关节缺损效果。结果液态C-GP复合物注入体内可形成凝胶,实验组皮下生长4周,组织学观察示典型的透明软骨样结构且分泌基质;C-GP复合细胞注入关节腔可很好地填充关节缺损,并于4周后开始形成透明软骨样结构且表面平整与宿主整合良好,组织学切片上可见类软骨形成并分泌甲苯胺蓝异染的软骨基质和软骨特异性Ⅱ型胶原。结论可注射性C-GP复合软骨细胞体内可形成具有一定形态功能的类软骨组织,能够应用于微创技术再生修复软骨的缺损。     

复合bBMP骨软骨生物修复材料的实验研究

目的:探索复合牛骨形态发生蛋白(bBMP)骨软骨生物修复材料的细胞相容性及其对于兔关节骨软骨缺损的修复效果.方法:将bBMP经处理制成复合bBMP骨软骨生物修复材料(A材料),并将.体外培养扩增兔骨髓基质干细胞(MSC)传至第三代后接种于A材料中,体外培养2周后扫描电镜(SEM)观察材料的细胞相容性.将A材料植入兔关节骨软骨缺损,12w后取材观察其修复效果.结果:A材料孔隙结构规则,孔径约100～200 μm,孔隙内部均匀附着bBMP,与兔MSC共培养显示了良好的细胞相容性.在兔关节骨软骨缺损修复中,A材料12周实现了对关节骨软骨较好的修复效果.结论:复合bBMP骨软骨生物修复材料在保持理想孔隙结构和细胞相容性的同时,其骨软骨缺损修复能力明显提高.     

应用生物降解材料PCL多孔块修复关节软骨缺损的实验研究

目的：探讨新型生物降解材料聚己内酯（ Ｐ Ｃ Ｌ）多孔块用于修复全层关节软骨缺损的可行性。方法：以ε－ 己内酯作为原料制备 Ｐ Ｃ Ｌ 多孔块。体外分离、培养兔软骨细胞,并将具有生物活性的软骨细胞种植在 Ｐ Ｃ Ｌ 多孔块中形成软骨细胞－ Ｐ Ｃ Ｌ复合物。１２ 只新西兰白兔随机分成二组,单侧膝关节的髌股关节面造成直径 ５ ｍ ｍ 大小的全层关节软骨缺损, Ａ 组作为空白对照组, Ｂ组缺损内充填软骨细胞－ Ｐ Ｃ Ｌ 复合物,术后 １２ 周处死,通过大体观察及组织学方法评价关节软骨缺损的修复情况。结果： Ａ 组的缺损由纤维组织修复; Ｂ组缺损由类透明软骨组织修复。结论： Ｐ Ｃ Ｌ 多孔块材料具有良好的组织相容性、表面活性和较高强度,软骨细胞可在其表面增殖生长,可用来修复关节软骨缺损。     

治疗基因局部转染修复关节软骨损伤的研究进展

关节软骨损伤、退变或其他病变时均可导致软骨面的缺损，缺损后依靠自身修复的能力很低。作者对利用治疗基因修饰的种子细胞构建组织工程化软骨，或局部转移目的基凶至靶细胞，选择合适的治疗基因、靶细胞及基因导入系统，在缺损区表达治疗剂量的活性基因产物进行了综述，为关节软骨缺损的生物学修复提供新的治疗手段。     

β-磷酸三钙-脱细胞软骨支架复合兔BMSCs修复膝关节软骨缺损的实验研究

目的观察纳米磷酸三钙人工骨(β-TCP)、转化生长因子-β(TGF-β)、胰岛素样生长因子-Ⅰ(IGF-Ⅰ)、脱细胞耳软骨(DC)复合软骨细胞修复关节软骨缺损的效果。方法获取新西兰大白兔骨髓间充质干细胞(BMSCs),培养并体外诱导成软骨细胞,取异体兔耳软骨进行脱细胞处理,与β-TCP形成复合支架作为载体接种软骨细胞,加入TGF-β和IGF-I修复膝关节软骨缺损。实验动物(n=18)分为3组,实验组(n=8)复合支架加入TGF-β和IGF-I,对照组(n=6)仅以复合支架修复缺损,空白组(n=4)不加入任何修复材料。结果 BMSCs在体外生长稳定,增殖能力强,可被诱导为软骨细胞。软骨支架脱细胞完整,软骨陷窝排列有序,复合物植入缺损后第20周,实验组缺损内充填白色半透明新生软骨组织,色泽与正常软骨相似,与周围正常软骨连接良好。结论β-TCP-DC复合支架有较多的孔隙结构,降解速度快,组织相容性及细胞黏附性好,是组织工程修复关节软骨理想的种子细胞载体。     

修复关节软骨缺损的研究进展

关节软骨创伤及关节疾患可导致关节软骨坏死、剥脱 ,而软骨细胞本身的再生能力较差可直接影响关节功能 .1　骨膜移植骨膜在组织学上分为纤维层和生发层 ,其中生发层所含有的未分化间充质细胞具有终身的潜在分化能力 ,在关节腔无血液供应、低氧张力及较大的局部应力下 ,可促使未分化间充质细胞向成软骨细胞分化 ,达到修复关节软骨缺损的目的 .骨膜移植的修复效果受许多因素的影响 ,如骨膜生发层的朝向、关节的运动、年龄、骨膜与创面的比例及缺损面积的大小等[1 ] .夏虹等[2 ] 首次通过分析不同方向的骨膜移植于关节软骨缺损处形成的新生软骨…     

髂骨来源的“双相”BMG结合软骨细胞修复兔关节软骨缺损的实验研究

目的:探讨应用髂骨来源的"双相"骨基质明胶(bone matrix gelatin,BMG)结合软骨细胞移植修复兔关节软骨缺损的有效性和可行性。方法:使用酶消化法体外分离培养并扩增兔肋软骨细胞;使用自体来源髂骨构建"双相"BMG支架材料;将软骨细胞种植与BMG支架材料上构建成为细胞-BMG复合物;将制作好的27只软骨缺损动物模型随机分为3组。将细胞-BMG复合物移植于软骨缺损模型进行修复治疗作为实验组。将BMG支架移植入软骨缺损模型作为材料组;空白对照组不做处理。分别在术后4周、8周和12周通过大体形态学(依据国际软骨修复协会评分量表)、病理组织学染色及免疫组织化学染色方法对各组修复效果进行评价。结果:番红O染色,甲苯胺蓝染色和Collagen II免疫组化染色分别提示术后12周时实验组的修复组织非常类似于正常关节软骨,组织表面与正常软骨组织平面几乎持平,材料组软骨缺损处得到了部分修复,而缺损组的修复效果较差。按照ICRS量表,大体形态学和病理组织学评分结果提示:术后12周实验组的修复效果与其他两组相比有明显统计学差异(P<0.05)。结论:自体髂骨来源的"双相"BMG结合软骨细胞在体内可形成具有一定结构功能的软骨组织,能够应用于再生修复软骨的缺损。     

骨-骨膜复合组织与软骨下钻孔治疗关节软骨缺损的实验研究

目的 :探讨骨 -骨膜复合组织与软骨下钻孔治疗关节软骨缺损的修复过程。方法 :采用胫骨 -骨膜复合组织植入兔膝关节软骨缺损区与缺损区软骨下钻空 ,观察软骨缺损的修复过程 ,并进行大体观察与组织学观察。结果 :两种修复治疗方法均完全填充关节软骨缺损区 ,修复组织与周围正常关节软骨连接良好 ,并形成类透明关节软骨。结论 :游离骨 -骨膜复合组织和软骨下钻孔治疗关节软骨缺损 ,骨膜组织和红骨髓均能够再生为类透明软骨 ,并可充填关节软骨的缺损区 ,形成修复组织     

自体组织工程化纤维软骨修复半月板缺损的实验研究

目的：应用组织工程方法在具完全免疫功能的哺乳动物体内修复半月板缺损。方法：15只45日龄的长枫杂交仔猪为实验动物,以改良的Klagsbrun酶消化法从左膝半月板获得的自体纤维软骨细胞在体外扩增至一定数量,在右膝内侧副韧带前方的内侧半月板造成长1cm的全层缺损,分别将复合聚羟基乙酸（PGA）－纤维软骨细胞－Pluronic复合物,纤维软骨细胞－Pluronic复合物和单纯PGA植入缺损,以正常半月板和旷置缺损作为对照,分9,16和25周取材,标本采用大体观察,组织学,生物化学和生物力学作为评估指标。结果：PGA－细胞－Pluronic复合物在大体形态,组织学结构和压弹性模量（25周为正常组的59．7％）方面均显示形成了最佳的修复组织,并使对应股骨髁软骨的糖氨聚糖含量（25周为正常组的74．5％）保持相对稳定。结论：自体组织工程化纤维软骨能够修复乃至再造半月板,并且可以防止膝关节的创伤性退变。     

带蒂阔筋膜移植修复股骨头软骨缺损的实验研究

实验选用２０只成年家犬对带蒂阔筋膜移植修复股骨头骨缺损的能力进行研究，人为造成两后腿股骨头外侧１／２全层软骨面缺损，右侧移植带蒂阔筋膜，左侧空白对照。术后不同时期分别进行形态学，组织学及超微结构观察，实验结果表明，移植带蒂阔筋膜在关节腔内可转化成透明软骨，从而为临床阔筋膜移植治疗股骨头软骨缺损提供了客观依据。     

中药柚皮苷结合兔骨髓间充质干细胞治疗兔膝关节软骨缺损实验研究

目的：研究中药柚皮苷结合兔骨髓间充质干细胞对兔关节软骨缺损修复的影响,评价修复效果。方法：取兔骨髓间充质干细胞进行体外增殖,植入到兔膝关节软骨缺损,并以中药柚皮苷汤灌胃,并设立单纯柚皮苷汤组、单纯骨髓间充质干细胞组、单纯关节缺损组、复合应用组。于第8周后对修复组织进行形态学观察及组织学检查。结果：术后8周,在形态学观察及组织学检查上,单纯柚皮苷汤组、单纯骨髓间充质干细胞组均取得了一定的修复效果,但是复合组的缺损修复优于其他各组,差异有统计学意义。结论：兔骨髓间充质干细胞及口服中药柚皮苷汤均能修复兔膝关节软骨缺损,复合应用能促进软骨的修复,且提高修复质量。     

软骨细胞纤维蛋白胶混合物修复兔关节软骨缺损的实验研究

目的：研究关节软骨细胞与纤维蛋白胶的混合物修复关节软骨全层缺损的效果。方法：（１）用自制消化瓶消化分离原代兔关节软骨细胞并培养;（２）通过硫酸铵沉淀法从兔血液中提取纤维蛋白原并制备纤维蛋白胶;（３）分别用自体或异体关节软骨细胞和纤维蛋白胶的混合物修复兔股骨滑车关节软骨全层缺损。术后１、２、３个月从大体观察,组织学等方面了解关节软骨缺损的修复情况。结果：自体软骨细胞组在术后３个月时修复组织已非常类似     

组织工程修复关节软骨缺损的实验研究

目的　用组织工程的方法 ,将新生关节软骨细胞先在高分子聚乳酸材料上进行体外培养 ,然后移植于关节软骨缺损处 ,以达到修复关节软骨缺损的目的。方法　取新生新西兰兔关节软骨细胞培养于高分子聚乳酸材料支架上。将 16只兔的 32个膝关节股骨髁处人工造成一 4m m× 6 m m大小缺损 ,并随机分为二组。 组 10只兔 ,2 0个关节缺损 ,用软骨细胞 -高分子聚乳酸移植修复。 组 6只兔 ,左膝用软骨细胞 -高分子聚乳酸移植体修复 ,表面覆盖单层软骨细胞 ;右膝仅用高分子聚乳酸材料修复。术后分别于 4、8、12、2 4周取标本进行大体、光镜、组织化学的方法进行结果评估。结果　用软骨细胞 -高分子聚乳酸移植体能修复关节软骨缺损 ,且为透明软骨。新生软骨组织胶原定型为 型胶原。结论　用软骨细胞 -高分子聚乳酸移植体移植 ,关节软骨缺损能获得透明软骨修复     

骨形态发生蛋白/碱性成纤维细胞生长因子复合材料修复关节软骨缺损的实验研究

目的探讨骨形态发生蛋白(bone morphogenetic protein,BMP)碱性成纤维细胞生长因子(basic fibroblast growthfactor,bFGF)复合材料在关节软骨缺损修复过程中的作用,为内源性修复关节软骨缺损提供实验基础。方法选用兔作为实验动物造成双侧股骨髁间窝全层软骨缺损,分别采用不同的材料(rhBMP2/PVP组、bFGF/PVP组、rhBMP2/bFGF/PVP组、PVP组)进行缺损修复,光镜及电镜下观察修复效果。结果术后8周rhBMP2/bFGF/PVP组软骨缺损已基本修复,12周时软骨修复更加光滑、完整。其余组软骨缺损修复效果不如rhBMP2/bFGF/PVP组。结论BMP具有诱导形成软骨的活性,与bFGF的复合物能增强软骨细胞增生,较单独应用BMP效果好,是生物学修复关节软骨缺损的良好材料。     

Effect of low-energy shock waves in microfracture holes in the repair of articular cartilage defects in a rabbit model

Background  Microfracture is a type of bone marrow stimulation in arthroscopic cartilage repair. However, the overall concentration of the mesenchymal stem cells is quite low and declines with age, and in the end the lesion is filled by fibrocartilage. The aim of this research was to investigate a novel method of enhancing microfracture by determining whether low-energy shock waves in microfracture holes would facilitate cartilage repair in a rabbit model.

Methods  Full-thickness cartilage defects were created at the medial femoral condyle of 36 mature New Zealand white rabbits without penetrating subchondral bone. The rabbits were randomly divided into three groups. In experimental group A, low-energy shock-wave therapy was performed in microfracture holes (diameter, 1 mm) at an energy flux density (EFD) of 0.095 mJ/mm² and 200 impulses by DolorClast Master (Electro Medical Systems SA, Switzerland) microprobe (diameter, 0.8 mm). In experimental group B, microfracture was performed alone. The untreated rabbits served as a control group. At 4, 8, and 12 weeks after the operations, repair tissues at the defects were analyzed stereologically, histologically, and immunohistochemically.

Results  The defects were filled gradually with repair tissues in experimental groups A and B, and no repair tissues had formed in the control group at 12 weeks. Repair tissues in experimental group A contained more chondrocytes, proteoglycans, and collagen type II than those in experimental group B. In experimental group B, fibrous tissues had formed at the defects at 8 and 12 weeks. Histological analysis of experimental group A showed a better Wakitani score (P <0.05) than in experimental group B at 8 and 12 weeks after the operation.

Conclusions  In the repair of full-thickness articular cartilage defects in rabbits, low-energy shock waves in microfracture holes facilitated the production of hyaline-like cartilage repair tissues more than microfracture alone. This model demonstrates a new method of improving microfracture and applying shock waves in vivo. However, longer-term outcomes require further study.