力学刺激对关节软骨基质代谢的影响

关节软骨主要由软骨细胞和细胞外基质组成,软骨细胞能够感受力学环境的变化而不断调整细胞外基质的代谢活动.适当的力学刺激会促进软骨细胞外基质的代谢,不适当的力学刺激有时不但会抑制细胞外基质的代谢,而且可能引起软骨细胞的变形或破坏而导致各种骨骼疾病的发生.正常的关节软骨一直处于静态压力与动态压力交替活动的力学环境中,体外构建工程化软骨过程中必须考虑这些力学因素,选择适当的力学刺激(力的作用方式、大小、频率、持续时间等)作用于软骨基质,使之形成具有体内软骨的力学特性.认识和加深理解力学刺激的作用机制,也有助于临床骨科诊疗观念和手段的发展与进步.该文就软骨基质的功能、力学刺激对软骨基质代谢的影响及在关节软骨组织工程中的应用展望,作一综述.     

力学因素对软骨生物学性状的影响及在组织工程中的应用

力学刺激对软骨细胞的增殖及功能状态有明显的促进作用。体外构建组织工程化软骨过程中的力学刺激可加速软骨组织形成与成熟,有利于诱导骨髓基质干细胞向软骨细胞的定向分化。本文兢这些方面内容进行综述。     

关节软骨细胞力学特性研究近况

关节软骨细胞的力学特性是影响关节健康和功能的重要因素。对软骨细胞力学特性的深入研究将有助于了解软骨细胞在正常和病理条件下的调节情况,进一步为软骨损伤的修复提供新的方向。1简介关节软骨细胞通过生物学、力学及理化相互作用于软骨细胞外基质从而感知其力学环境。细胞外基质的成分包括胶原(主要是Ⅱ型胶原)和蛋白多糖。胶原纤维形成一个密集的交联网,提供主要的张力及剪切力。蛋白多糖含有硫酸角质素和硫酸软骨素糖胺多糖链,其富含带负电荷的羧基及硫酸基团。这些负电荷产生的互斥作用及渗透梯度导致组织内膨胀压的出现。这种膨胀压…     

不同力学刺激对软骨基质代谢的影响

软骨基质的代谢反应可以显著地影响关节软骨的生物力学功能.力学刺激导致问质金属蛋白酶、金属蛋白酶组织抑制剂及软骨聚集蛋白聚糖酶之间的失衡,研究力学刺激对软骨基质代谢的影响不仅有利于阐明生物力学因素在骨性关节炎发病机制中的作用,而且为软骨组织工程中相关力学因素的研究提供了新的思路与技术方法,为最终利用组织工程治疗软骨损伤提供相关理论依据.笔者就力学刺激对软骨基质代谢的影响作一综述.     

关节软骨愈合和再生研究的现代进展(二)

3　关节面损伤的恢复根据关节面 (包括关节软骨和软骨下骨 )损伤的生物学恢复进行研究 ,即可发现要想达到关节面恢复可提出两种可能。一种方法是增强关节软骨和软骨下骨的自身愈合能力 ;另一种方法是通过软骨细胞、软骨原细胞或具有生长新软骨能力的组织移植 ,再生新的关节面 ,即关节面生物学重建。下面就这两种方法分别加以讨论。3 1　增强关节软骨和软骨下骨内在愈合能力的治疗　传统促进损伤关节软骨和软骨下骨内在愈合能力的方法 ,主要靠来自骨髓穿过软骨下骨的髓内多极细胞 (ｐｌｕｒｉｐｏｔｅｎｔｉａｌｃｅｌｌ)或通过力学的、电流…     

自体骨膜移植治疗关节软骨损伤的研究现状

关节软骨损伤修复大致分两类，即内源性修复和外源性修复。内源性修复也称骨髓刺激术，外源性修复包括生物移植和组织工程化关节软骨，前者包括骨膜、软骨膜移植，软骨细胞移植和骨-软骨移植；后者是体外构建种子细胞-载体复合物注入缺损区或者利用种子细胞悬液注入缺损区再用骨膜或软骨膜覆盖封闭软骨缺损的开口。两者均涉及到骨膜的成软骨作用。骨膜移植应用于临床治疗软骨损伤已有近20a历史，它有取材方便、对机体损害小等特点，但存在许多影响因素，限制了它的应用。本文就骨膜移植治疗关节软骨损伤的现状作一综述。     

生物力学在关节软骨修复中的作用

活动关节软骨是无血管的透明软骨,损伤后修复困难。传统的修复方式以手术为主,但修复的软骨组织常常无法满足透明软骨的结构条件。软骨组织工程是修复关节软骨的又一途径,在过去几十年,研究者们除了关注"细胞、支架、生长因子"3要素,也开始关注力学条件对构建组织工程软骨的作用。活动关节有复杂的力学性能,关节软骨、软骨基质和其中的细胞都受到不同强度、频率和不同方向的力学刺激,从而影响其功能和结构。在构建组织工程软骨的过程中,添加了力学刺激对软骨细胞的功能、间充质细胞的分化都有重要作用。何种力学条件最有利于构建具有类似天然透明软骨结构和功能的组织工程软骨是该研究领域的热点。     

力学刺激促进骨髓基质干细胞体外软骨分化

目的 探讨离心力刺激对猪骨髓基质干细胞(BMSCs)体外成软骨分化的作用,以及对三维支架上构建组织工程化软骨的影响,明确力学刺激与细胞分化及组织形成的关系,为体外软骨构建提供适当参数.方法 抽取8周龄猪髂嵴骨髓,应用贴壁法分选单个核细胞,体外培养扩增后获得第2 代BMSCs,以5.0×107/cm3 的细胞密度接种到聚羟基乙酸(PGA)制成的圆柱形三维支架上,7 d后分成4组,在不同的力学条件及诱导条件下培养.8周后取材,行相关检测.结果 力学诱导组形成的组织呈白色,细腻光泽,形状规则,体积无明显改变,有良好的弹性和硬度,并具有典型的软骨陷窝结构和大量软骨特异性细胞外基质 ,Ⅱ型胶原及丰富的聚合蛋白多糖(GAG)成分.GAG含量为(6.0±1.2) mg/g,抗压强度为 (2.2±0.8) kPa,弹性模量为(7.4±1.6) kPa.各项指标均明显优于其他各组.结论 力学刺激有利于促进BMSCs成软骨分化,并在三维支架材料上构建组织工程化软骨.     

转化生长因子-β信号转导通路与骨关节炎

骨关节炎是一种慢性老年性骨关节病变,临床表现为软骨破坏、软骨下骨硬化、滑膜增生、骨赘形成等.骨关节炎中晚期患者会出现关节疼痛、僵硬,甚至关节功能降低或丧失.转化生长因子(TGF)-β对关节软骨生长发育及软骨分化有一定的调控作用,是维持关节软骨及周围组织稳定状态的关键.TGF-β信号转导通路可影响软骨细胞分化与生长、软骨...     

应用无支架离心管培养技术构建组织工程化关节软骨

目的 探索应用离心管培养技术进行体外构建组织工程化关节软骨组织的可行性,并研究其结构和功能。方法 分离培养人胚胎关节表层软骨细胞,在无支架材料条件下,用离心管培养技术构建关节软骨,通过组织学、生物化学和逆转录-聚合酶链反应 (RT-PCR)技术,对离心管内构建的软骨组织进行形态学和细胞功能状态研究。结果 在体外培养第 2周时,组织切片可见软骨样组织结构;第 3周时软骨发育趋于成熟,经阿新蓝染色基质丰富;第 16周时,组织形态无明显变化,未见钙化。 DNA含量在体外培养第 2周时达最高峰,其硫酸化糖胺多糖 (GAG)含量在第 4周时达最高峰,维持至第 8周。 GAG与 DNA含量之比于第 8周时达最高峰。 RT-PCR检测结果显示,体外培养至第 16周时,Ⅱ 型胶原蛋白 mRNA呈阳性表达,其扩增片段为 160 bp,与正常人的胚胎关节软骨一致。结论 在无支架材料条件下,采用离心管培养技术培养的人胚胎关节表面软骨细胞可以构建组织工程化关节软骨,而且接近正常关节软骨的形态和功能。