最新进展的转基因技术在骨与软骨缺损修复中的应用

背景:组织工程技术在骨与软骨的修复方面已经取得巨大进步,其中转基因技术的引入在最近几年也引起人们广泛的关注。目的:总结近5年来转基因技术在骨与软骨缺损修复中的最新研究进展。方法:应用计算机检索CNKI数据库和PubMed数据库2007年1月至2012年3月关于转基因技术治疗骨与软骨缺损方面的文献,中文检索词"基因,治疗,骨,软骨,缺损"。英文检索词"gene,therapy,bone,cartilage,defect",最终纳入22篇符合要求的文献。结果与结论:基因治疗为骨和软骨再生带来了一种新的治疗理念,它可以把具有特异性的目的基因精确转移入靶细胞内,并特异性的表达。目前应用于骨与软骨缺损的基因主要包括骨形态发生蛋白,转化生长因子,碱性成纤维细胞生长因子,胰岛素样生长因子,血管内皮细胞生长因子,Bcl-xl基因等。应用基因治疗可以诱导骨与软骨的形成,为骨与软骨的修复提供了崭新的途径。     

骨保护素和碱性成纤维细胞生长因子在牙周组织再生中的应用

背景：利用组织工程和基因治疗技术,联合应用骨保护素和碱性成纤维细胞生长因子可以促进牙周组织修复再生,是治疗重症牙周病的新方法。目的：探讨联合应用骨保护素和碱性成纤维细胞生长因子以促进牙周组织修复再生的理论依据。方法：应用计算机检索PubMed数据库（1996/2009）和中国知网数据库（1999/2009）,分别以＂osteoprotegerin,basic fibroblast growth factor,tissue engineering,gene therapy,periodontal regeneration＂和＂骨保护素、碱性成纤维细胞生长因子、组织工程、基因治疗、牙周组织修复再生＂为检索词,通过阅读标题和摘要进行初筛,排除较陈旧和重复研究文献,保留符合纳入标准的文献29篇。结果与结论：使牙槽骨、牙周膜和牙骨质获得再生,形成牙周新附着一直是口腔医学研究的热点。骨保护素是一种能阻止破骨细胞分化、促进骨形成的关键因子。碱性成纤维细胞生长因子在胚胎发育,血管生成,骨的形成和修复,促进细胞增生等有广泛的作用。2者都可促进牙周组织的修复和再生。组织工程技术和基因治疗技术的出现显著促进了牙周组织修复再生研究的发展,有选择地复合这2种生长因子促进牙周支持组织的再生和修复可成为治疗牙周病的一种新方法。     

基因活化材料在骨科组织损伤修复中的应用

背景：基因活化材料是新型的专为组织工程设计的转基因材料。目前基因活化材料技术在骨科主要用于骨折不愈合、软骨以及肌腱韧带损伤的修复。目的：分析目前基因活化材料在骨科组织损伤修复中的应用,为临床应用提供参考。方法：以＂Gene-Activated-Matrix,GAM＂英文检索词及＂基因活化材料,组织工程,骨与软骨损伤修复,肌腱韧带损伤修复＂中文检索词,检索CNKI中国知网数据库和PubMed数据库1999-01/2010-09相关文献128篇。纳入与骨组织工程及基因活化材料有关的基础性、前瞻性及临床性研究,排除标准重复性研究,保留其中的26篇进行分析。结果与结论：目前基因活化材料技术在骨科主要用于骨折、软骨以及肌腱韧带损伤的修复。随着分子生物学和基因工程技术的发展,可利用基因活化材料修复关节软骨损伤,通过转基因的靶细胞持续大量分泌生长因子来修复损伤的关节软骨。目前,基因治疗存在的主要问题是基因转染的安全性、基因表达的可控性、以及寻找合适的基因载体。同时,基因活化材料治疗为韧带和肌腱损伤愈合也提供了新的治疗途径。大量研究表明利用基因活化材料治疗在组织损伤修复方面具有有效性和可行性,但仍面临许多问题需要解决。     

关节软骨缺损的组织工程修复

背景：软骨组织工程主要由种子细胞、生物支架、生长因子3方面组成,如何完善软骨组织工程修复一直是科研工作者研究的重点。目的：全面了解应用软骨组织工程修复软骨损伤的研究现状。方法：计算机检索PubMed和CNKI数据库中2005/2010相关文献。以＂Cartilage,tissue engineering,repair＂或＂关节软骨、组织工程、修复＂为检索词进行检索。纳入与软骨组织工程密切相关的文献,排除重复性研究。结果与结论：共检索到167篇文献,排除无关重复的文献,保留20篇文献进行综述。研究认为种子细胞是软骨组织工程最关键的方面,包括软骨细胞、骨髓间充质干细胞、胚胎干细胞和通过基因工程得到的种子细胞。目前应用最多、应用前景最好的是骨髓间充质干细胞。生物支架经历了一个漫长的过程,趋向于复合性和功能性的方向发展。各种生长因子在组织工程中必不可少。转化生长因子、胰岛素样生长因子、骨形态发生蛋白等在软骨修复中发挥了重要的功能。     

血管内皮生长因子复合人工骨材料修复骨缺损

背景：由创伤、感染、肿瘤切除以及某些先天性疾病等所导致的四肢骨缺损的治疗仍是骨科临床最常见、最棘手的一大难题。目的：文章综述了血管内皮生长因子的生物学特性、及其复合人工骨的作用机制、局部基因治疗在治疗骨缺损中的应用。方法：应用计算机检索CNKI和PubMed数据库中1999-01/2009-12关于血管内皮生长因子和骨缺损修复相关的内容的文章,在标题和摘要中以＂血管内皮生长因子,骨缺损,人工骨,基因治疗＂或＂VEGF,Bone defect,Bone substitute,Gene therapy＂为检索词进行检索。选择文章内容与血管内皮生长因子和骨缺损修复相关,同一领域文献则选择近期发表或发表在权威杂志文章。结果与结论：初检得到285篇文献,根据纳入标准选择45篇文章进行综述。血管内皮生长因子是增加血管渗透性和血管发生的特殊生长因子,在骨的生长、发育和重建中密切协调血管发生和骨发生的关系,而目前的人工骨材料只具有传导成骨的特性,所以改善人工骨材料中的血管生成可促进血运丰富骨组织的形成。     

颅颌面部骨缺损修复中的相关因子

背景：以组织工程骨为骨源修复颅颌部骨缺损不仅解决临床骨源缺乏的问题,还促进组织工程骨的培养及基因导入疗法修复骨缺损等方面的研究。目的：总结归纳有关颅颌面部骨缺损修复中的相关因子,介绍目前此类因子的研究进展与方向。为组织工程骨及基因治疗修复颅颌面部骨缺损提供依据及参考。方法：以＂tissue engineering,bone defect,gene therapy,growth factor＂为检索词,检索Pubmed数据库（2000-01/2011-01）,以＂组织工程学,骨缺损,基因治疗,生长因子＂为检索词,检索CBM数据库（2000-01/2011-01）。文献检索语种为英文和中文。纳入颅颌面部骨缺损修复过程中有关因子的文献,排除重复文献。结果与结论：计算机初检得到670篇文献,根据纳入排除标准,对其中33篇文献进行分析。由于各种原因引起的颅颌部骨缺损在临床上逐渐增多,而骨源缺乏是制约颅颌部骨缺损的主要问题。体外构建组织工程骨是解决这一问题的主要途径。颅颌面骨形成和发生的过程涉及因子的选取,组织工程骨的构建等方面,多基因联合治疗是目前的发展趋势。     

骨保护素和碱性成纤维细胞生长因子在牙周组织再生中的应用

背景:利用组织工程和基因治疗技术,联合应用骨保护素和碱性成纤维细胞生长因子可以促进牙周组织修复再生,是治疗重症牙周病的新方法.目的:探讨联合应用骨保护素和碱性成纤维细胞生长因子以促进牙周组织修复再生的理论依据.方法:应用计算机检索PubMed 数据库(1996/2009)和中国知网数据库(1999/2009),分别以"osteoprotegerin,basicfibroblast growth factor,tissue engineering,gene therapy,periodontal regeneration"和"骨保护素、碱性成纤维细胞生长因子、组织工程、基因治疗、牙周组织修复再生"为检索词,通过阅读标题和摘要进行初筛,排除较陈旧和重复研究文献,保留符合纳入标准的文献29 篇.结果与结论:使牙槽骨、牙周膜和牙骨质获得再生,形成牙周新附着一直是口腔医学研究的热点.骨保护素是一种能阻止破骨细胞分化、促进骨形成的关键因子.碱性成纤维细胞生长因子在胚胎发育,血管生成,骨的形成和修复,促进细胞增生等有广泛的作用.2 者都可促进牙周组织的修复和再生.组织工程技术和基因治疗技术的出现显著促进了牙周组织修复再生研究的发展,有选择地复合这2 种生长因子促进牙周支持组织的再生和修复可成为治疗牙周病的一种新方法.     

组织工程化软骨修复关节软骨缺损

背景：目前治疗软骨缺损的方法均有明显缺陷,组织工程软骨修复关节软骨缺损为微创治疗软骨缺损提供了新方法。目的：总结组织工程软骨应用于修复关节软骨缺损的新进展。方法：由第一作者用计算机检索万方数据库（2000/2010）和PubMed数据库（2000/2010）,检索词分别为＂软骨缺损,组织工程软骨＂和＂articular cartilage defects,tissue-engineered cartilage＂,语言分别设定为中文和英文。从组织工程软骨及其新进展2方面进行总结,对组织工程软骨的发展及构建等方面进行介绍。共检索到666篇文献,按纳入和排除标准对文献进行筛选,共纳入23篇文章。结果与结论：近年来随着细胞支架材料的不断发展和组织构建技术的日趋成熟,结合活性细胞和支架的组织工程软骨为微创修复关节软骨缺损提供了良好的治疗手段及方法,组织工程软骨修复软骨缺损是完全可行的,C-GP凝胶与种子细胞相容性好,可做为组织工程软骨的理想支架,但细胞支架的制备及选择仍然是组织工程软骨的热点和难点。     

骨形态发生蛋白与关节软骨修复

学术背景：近些年组织工程和基因技术开辟了修复软骨关节的新途径，但目前尚在研究阶段，有较多问题需解决。骨形态发生蛋白可促进软骨生成和修复，在关节软骨修复上有着很好的前景。 目的：总结分析骨形态发生蛋白在关节软骨修复过程中的作用及可能的应用前景。 资料来源：应用计算机检索北京大学医学部“ScienceDirect Onsite”数据库和“Medline”数据库1996—01／2007—05有关英文文献，检索词“BMPs，cartilage repair／chondrocyte”，限定文章语言种类为英文；同时应用中国期刊全文专题数据库和中国科技期刊数据库1996—01／2007—05有关中文文献，检索词“骨形态发生蛋白，关节软骨修复”，限定文章语言种类为中文。对资料初审，纳入标准：①与目前关节软骨修复的现状和问题有关的文献。②有关骨形态发生蛋白对关节软骨修复的作用研究的文章。 文献评价：收集到符合上述要求的文献61篇，除去无关研究和重复性研究，采用40篇。 资料综合：临床上修复关节软骨有几种主要方式，如软骨或骨细胞移植、骨膜移植、自体软骨细胞移植等，自体软骨细胞移植是目前反映最好的一种方式，但仍存在问题。骨形态发生蛋白对关节软骨修复具有促进作用，有促进软骨分化、基质形成，并抑制软骨细胞去分化等作用。 结论：骨形态发生蛋白在促进软骨修复方面的作用有良好应用前景，随着研究的不断深入，关节软骨修复这个临床上的难题将有望被突破。     

基因修饰骨髓间充质干细胞修复关节软骨损伤

背景：随着生物技术的发展,通过转基因技术修饰细胞,从而获得长期稳定表达的生物活性因子以治疗关节软骨损伤逐渐引起重视。目的：就基因修饰的骨髓间充质干细胞在修复关节软骨损伤中的应用作一综述。方法：由第一作者检索1990至2011年PubMed数据库（http：／／www．ncbi．nlm．nih.gov／PubMed）有关基因修饰骨髓间充质干细胞修复关节软骨损伤的文献,英文检索词为“cartilage,genetherapy,mesenchymalstemcells,tissueengineering,bioactivefactor,vector”。共纳入15篇文献归纳总结。结果与结论：骨髓间充质干细胞已被广泛应用于修复关节软骨损伤。通过转基因技术将特定外源基因导入骨髓间充质干细胞,联合细胞治疗和基因治疗可达到更好的治疗效果,在关节软骨损伤的治疗中有广阔的应用前景。     

骨形态发生蛋R2信号通路与骨发生发育及损伤修复

背景：骨形态发生蛋白在骨形成过程中、骨折愈合后以及骨质破坏后骨诱导方面起着重要作用,它可以作为启动调节因子和别的信号通路共同促进新骨形成。内源性骨形态发生蛋白2的调节可以作为未来骨修复领域的一个新的靶点。目的：通过分析和总结1988年以来骨形态发生蛋白信号传导通路在软骨内成骨、维持成人骨骼生长发育中的作用机制,探索骨形态发生蛋白信号通路在骨的发育以及损伤修复中的作用。方法：分别以＂骨形态发生蛋白、软骨内成骨、骨修复＂,＂bonereduction＂为检索词,应用计算机检索重庆维普（VIP）期刊全文数据库及PubMed数据库1998年1月至2009年12月有关文章。纳入有关骨形态发生蛋白信号通路及其作用的文献。排除与研究目的无关和内容重复者。保留34篇文献做进一步分析。结果与结论：骨形态发生蛋白信号通路诱导骨再生潜能在脊柱外科手术、骨折后愈合以及骨破坏后骨诱导等诸多领域成为研究热点。在骨形成过程中,骨形态发生蛋白也作为启动调节因子和别的信号通路相互影响共同促进新骨形成,出生后,骨形态发生蛋白也参与骨骼动态平衡的维持。在骨的微环境中,骨形态发生蛋白和其他影响骨质动态平衡的信号通路共同为诱导骨形成的合成代谢疗法提供了一个新靶点,这为骨修复时骨形态发生蛋白控制新骨的形成提供了一个新的思路。     

周围神经损伤修复与再生中的基因治疗

背景：周围神经损伤后功能恢复不够理想。基因治疗为其功能修复提供了新的方法。目的：从功能基因、转染载体选择、基因翻译因子生物学效应3方面进行综述,为周围神经损伤的基因治疗研究提供参考。方法：由第一作者应用计算机检索PubMed和中国期刊全文数据库（CNKI）2006/2010相关文献。在标题、摘要、关键词中以＂peripheral nerve injury,gene therapy,virus vector＂或＂周围神经损伤、基因治疗、病毒载体＂为检索词进行检索。选择与周围神经损伤的基因治疗有关的文献,同一领域文献则选择近期发表及发表在权威杂志的文章。结果与结论：共检索到35篇文章,按纳入和排除标准对文献进行筛选,保留20篇文章进行综述。目前,周围神经损伤的基因治疗技术已经日趋成熟,如转基因的腺病毒表达的骨形态发生蛋白7和Ad-32Ep65-Flag基因等,有望成为临床修复周围神经损伤的重要手段。     

重组人骨形态发生蛋白2诱导骨修复的应用及前景

背景：重组人骨形态发生蛋白2具备诱导成骨时间更早、成骨量较天然骨形态发生蛋白2多、生物学活性好、生物相容性好、成本低等特点,已成为近年来临床骨科创伤疾病防治研究的热点。目的：总结重组人骨形态发生蛋自2在骨组织工程及骨修复领域应用中的优势、不足及目前国内外的研究进展。方法：经第一作者检索CNKI数据库及SPRINGERLINK数据库2005至2011年与重组人骨形态发生蛋白2在诱导骨再生、骨组织修复有关研究进展方面的文献,英文检索词为“rhBMP-2,bonetissueengineering,bone repair materials”,中文检索词为“重组人骨形态发生蛋白2,骨组织工程,骨修复”。共检索出98篇,最终保留30篇进行归纳总结。结果与结论：骨骼内天然骨形态发生蛋白2含量稀少、提取成本高昂,临床应用严重受限。重组人骨形态发生蛋白2有显著的成骨诱导能力,在骨组织工程及骨修复领域展现了巨大的潜在应用价值。体外试验无细胞毒性具有良好的生物相容性可供临床应用,其中重组人骨形态发生蛋白2和重组人骨形态发生蛋白7现已被应用于外科整形手术诱导骨再生,但由于重组人骨形态发生蛋白2是外源性细胞生长因子,临床应用多为超生理剂量,故潜在有软组织水肿,皮肤红疹、局部炎症反应、异位骨化和免疫反应等不良后果的危险,所以重组人骨形态发生蛋白2用于人体后的安全性研究还须长期密切关注。找到理想的载体,有效控制其在体内缓释是重组人骨形态发生蛋白2应用研究的关键问题。     

组织工程软骨种子细胞的定向诱导分化

背景：软骨修复一直是骨科治疗难题和研究热点。随着组织工程学的发展,近年来应用种子细胞诱导分化为软骨细胞,构建组织工程软骨修复软骨缺损的思路倍受关注,并已取得一定成功。目的：讨论组织工程软骨的种子细胞选择、成软骨定向诱导分化的培养条件,尤其是细胞因子、诱导方法、培养方式等因素的作用。方法：计算机检索中国期刊全文数据库及PubMed数据库2000-01/2010-09相关文章,检索词为＂软骨形成,软骨缺损,刺激因子,软骨修复,组织工程,chondrification,cartilage defect;stimulating factor,cartilage repair,tissue engineering＂。语种限定为：中文与英文。纳入与软骨形成、诱导分化、组织工程支架方面的基础和临床研究,排除内容陈旧及重复研究。计算机初检得到155篇文献,根据纳入排除标准,最终纳入41篇。结果与结论：种子细胞在特定细胞因子作用下可定向分化为软骨细胞。通过选择合适的种子细胞及细胞因子定向诱导分化构建组织工程软骨,能够为成功治愈关节软骨缺损提供新思路。软骨定向分化因子转化生长因子β、碱性成纤维细胞生长因子、骨生成蛋白、胰岛素样生长因子、生长激素等调控诱导可通过介质添加物、基因转染、不同培养方式等几种方式促进向软骨方向转化。相信随着软骨定向诱导分化研究的深入,为临床上运用软骨组织工程学来解决关节软骨缺损修复这一难题提供了有效依据,有广泛的临床应用前景。     

软骨组织工程学方法修复关节软骨缺损

背景：关节软骨缺损在临床上十分常见,随着分子生物学和组织工程学等学科的不断发展,为关节软骨缺损的修复提供了大量新的方法和思路,利用软骨组织工程学方法修复关节软骨缺损成为目前骨科领域研究的热点。目的：总结并讨论目前软骨组织工程学方法修复关节软骨缺损的研究现状,综述应用软骨组织工程学方法修复关节软骨缺损的研究进展。方法：由第一作者应用计算机检索中国期刊全文数据库（CNKI：2000/2010）和Medline（1990/2010）数据库中的相关文章,检索词分别为＂关节软骨缺损,软骨组织工程＂和＂articular cartilage defects（ACD）,cartilage tissue engineering＂,语言分别设定为中文和英文。共检索得文章786篇,从中选取相关文章44篇,从软骨组织工程学方法修复关节软骨缺损过程中的种子细胞、支架材料和生物因子3个具体方面的研究进展进行归纳及总结。结果与结论：支架、种子细胞和可调控细胞生长、增殖及分化的生物因子是软骨组织工程的3大要素。软骨组织工程方法主要包括利用体外培养、扩增后的种子细胞,将其种植于支架材料中,在相关调节因素的作用下形成组织工程化软骨,此方法已成为目前治疗关节软骨缺损的重要方法之一,并取得不错的疗效,但迄今为止尚未出现一种法被广泛认可的治疗方案。利用不同新型复合支架材料如修复治疗关节软骨缺损将成为今后研究的主要方向。     

Rapid healing of a critical‐sized bone defect using a collagen‐hydroxyapatite scaffold to facilitate low dose,combinatorial growth factor delivery

The healing of large, critically sized bone defects remains an unmet clinical need in modern orthopaedic medicine. The tissue engineering field is increasingly using biomaterial scaffolds as 3D templates to guide the regenerative process, which can be further augmented via the incorporation of recombinant growth factors. Typically, this necessitates supraphysiological doses of growth factor to facilitate an adequate therapeutic response. Herein, we describe a cell‐free, biomaterial implant which is functionalised with a low dose, combinatorial growth factor therapy that is capable of rapidly regenerating vascularised bone tissue within a critical‐sized rodent calvarial defect. Specifically, we demonstrate that the dual delivery of the growth factors bone morphogenetic protein‐2 (osteogenic) and vascular endothelial growth factor (angiogenic) at a low dose (5 μg/scaffold) on an osteoconductive collagen‐hydroxyapatite scaffold is highly effective in healing these critical‐sized bone defects. The high affinity between the hydroxyapatite component of this biomimetic scaffold and the growth factors functions to sequester them locally at the defect site. Using this growth factor‐loaded scaffold, we show complete bridging of a critical‐sized calvarial defect in all specimens at a very early time point of 4 weeks, with a 28‐fold increase in new bone volume and seven‐fold increase in new bone area compared with a growth factor‐free scaffold. Overall, this study demonstrates that a collagen‐hydroxyapatite scaffold can be used to locally harness the synergistic relationship between osteogenic and angiogenic growth factors to rapidly regenerate bone tissue without the need for more complex controlled delivery vehicles or high total growth factor doses.     

急性创伤后2周软骨下骨未发生明显力学变化

背景：既往研究主要集中于退行性软骨损伤及软骨下骨的修复机制,而对于急性创伤后软骨下骨的组织、形态研究比较少.目的：观察软骨急性损伤后软骨下骨的早期组织形态学、分子生物、生物力学的变化.方法：健康成年新西兰兔24只,建立股骨头软骨缺损模型,分别收集模后即刻、造模后4,7,14 d兔股骨头软骨及软骨下骨标本,大体观察造模后兔股骨头软骨及软骨形态变化,番红-固绿染色观察软骨及软骨下骨形态变化、免疫组织化学法测定骨转换标志物骨保护素/核因子κB受体活化因子配体的表达、Micro-CT扫描分析软骨下骨超微结构改变、力学检测法评估软骨下骨机械强度变化.结果与结论：大体粗测可见股骨头缺损模型于造模后7 d出现软骨缺损面积扩大,深度增加及退变表现,利用染色法观测进一步证实了造模后7 d其软骨厚度降低,软骨下骨骨小梁吸收.免疫组织化学及免疫荧光检测发现,造模后7-14 d软骨下骨中骨保护素表达明显减少,核因子κB受体活化因子配体表达量显著增加,骨保护素/核因子κB受体活化因子配体比值降低,提示骨转化减弱甚至逆转.采用Micro-CT分析发现造模后7-14 d软骨下骨的骨小梁数量增加,骨小梁数目及间距减小,通透性降低.抗压力学试验分析抗压强度和弹性模量未见统计学差异.结果提示,软骨损伤后软骨下骨可在早期造模后7 d后即发生显著组织形态变化和骨转换能力的下调,从而导致软骨进一步破坏;造模后2周内未见软骨下骨从在明显力学改变,基于此的修复手段可为软骨损伤修复提供治疗靶点.     

组织工程软骨与柚皮苷联合修复兔膝关节软骨缺损的组织学证实

背景：目前临床上虽有多种方法用于治疗软骨缺损,但没有从根本上解决关节软骨缺损修复问题。目的：通过组织学研究进一步评价柚皮苷结合组织工程软骨修复兔关节软骨缺损的效果。方法：取兔骨髓间充质干细胞体外增殖后,复合于改建后的脱细胞真皮基质载体上,制成组织工程软骨,植入到兔膝关节软骨缺损,并以柚皮苷汤灌胃,于4,8周后分别对修复组织进行苏木精-伊红、Masson三色染色、甲苯胺蓝染色、Ⅱ型胶原染色、Ⅹ型胶原染色等组织学检查。结果与结论：术后8周,柚皮苷结合干细胞复合体组缺损处修复组织变成乳白色,半透明光滑组织,缺损修复组织与周围正常软骨已基本难区分,表面光滑。组织学检查发现修复缺损处基本为新生软骨填充。结果证实,柚皮苷结合组织工程软骨能提高家兔膝关节软骨缺损的修复质量。