组织工程椎间盘纤维环支架的研究进展*

背景：组织工程为椎间盘退行性病变治疗提供了新的治疗方法。 目的：综述了组织工程椎间盘纤维环支架的种类及构建纤维环支架的不同方法。 方法：应用计算机检索CNKI和PubMed数据库中1988/2011关于组织工程纤维环支架的文章,在标题和摘要中以“组织工程;椎间盘;支架;纤维环;构建;综述”或“tissue engineering, intervertebral disc, scaffold, annulus fibrosus, construction”为检索词进行检索。 结果与结论：纤维环支架是椎间盘组织工程构建的关键,其相关研究尚处于初期阶段。纤维环支架材料有两大类：蚕丝、藻酸盐等天然生物材料;聚氨酯、聚羟基乙酸和聚乳酸及纳米纤维等人工合成材料;支架材料种类繁多,各有利弊。目前用于纤维环支架的构建的方法有致孔剂法、湿纺技术及静电纺丝法。构建的纤维环支架结构与椎间盘纤维环自然结构还有一定差距,目前的方法制作单纤维层比较容易实现,复层纤维环的构建还存在技术的问题,单纤维层的抗拉强度仍然达不到自然结构的标准。因此优化纤维环支架构建方法、固定纤维环支架等方面还需要需进一步的实验研究。      

组织工程椎间盘纤维环:如何更接近于天然

背景:组织工程椎间盘为椎间盘退行性变疾病的生物治疗提供了新的方法,组织工程纤维环是构建组织工程椎间盘的关键之一。目的:从纤维环结构特点、材料支架、种子细胞3方面,归纳总结组织工程纤维环的研究进展。方法:用计算机检索Pub Med、万方数据库,限定时间为2000至2015年,中英文检索词分别为"组织工程,椎间盘,纤维环,种子细胞,支架材料,构建"和"tissue engineering,intervertebral disc,annulus fibrosus,seed cell,scaffold,construction"。按纳入和排除标准对文献进行筛选,保留48篇文章进行综述。结果与结论:早期的组织工程纤维环的研究仅侧重于支架上的细胞黏附、细胞增殖和细胞外基质的分泌,目前的组织工程纤维环可以在细胞功能、组织结构和力学特点等方面比较接近于天然纤维环,在动物实验中取得了一定的成果。但是以目前的材料和技术,要构建完全类似于天然纤维环的组织工程纤维环仍具有一定的难度,支架材料、培养条件、种子细胞的获取等诸多方面仍需要进一步完善。目前的构建策略主要集中在单相的纤维环支架上,双相纤维环及完整椎间盘支架将是研究的趋势。干细胞的诱导分化技术为组织工程纤维环提供了广阔的种子细胞来源。     

去细胞基质支架构建组织工程椎间盘:最为接近正常髓核三维结构

背景:目前临床上对椎间盘退变疾病无特效治疗,组织工程技术的发展为它提供了新的治疗思路。目的:综述了去细胞基质支架构建组织工程椎间盘的研究的研究进展。方法:应用计算机检索PubMed、中国知网、万方、中国生物医学文献库数据库2005至2014年文献,检索关键词为"椎间盘退变,去细胞基质,组织工程,支架,髓核,纤维环;Intervertebral disc degeneration,Extracellular matrix,Tissue Engineering,Scaffold,nucleus pulposus,annulus fibrosus"。结果与结论:组织工程椎间盘构建包括3要素:细胞支架、种子细胞及细胞因子,支架是其中的关键。去细胞基质是其中一类重要支架,近年来成为组织工程椎间盘支架的研究热点,可分为去细胞纤维环支架、去细胞髓核支架及一体化椎间盘支架,其中不同支架具有多种制备方法。相对各种人工材料来源及单一天然蛋白成分来源的支架,去细胞基质具有自己显著的优点,抗原性小、生物相容性高、最为接近正常髓核三维结构,可提供细胞生长所需微环境。但去细胞基质做为组织工程椎间盘支架同时仍存在少量不足,亟待进一步改进。     

构建人工椎间盘组织工程支架

背景：组织工程技术的发展为已退变椎间盘功能的恢复提供了可能。 目的：综述椎间盘组织工程中支架的研究进展。 方法：由第一作者检索PubMed 数据库中1990-01-01/2012-12-31 有关椎间盘组织工程中支架的文献,以 “tissue engineering, intervertebral disc, scaffold”为检索词。 结果与结论：支架材料是组织工程研究中的一项重要组成部分。椎间盘纤维环支架材料有3大类,包括天然生物材料、人工合成材料及复合材料。椎间盘纤维环支架材料种类繁多,各有优缺点,尚无公认的最合适的支架材料,支架材料选择仍需进一步的实验研究。纳米级生物材料是研究发展的一个必然趋势,另外,利用仿生学原理,在模拟人椎间盘组织的过程中对支架材料进行改进同样是一个发展趋势;此外,可注射型支架同样是另一个研究热点,可注射型支架材料的选择范围主要集中在壳聚糖、Ⅱ型胶原、透明质酸、纤维蛋白、弹性蛋白、藻酸盐身上,目前将壳聚糖作为支架的研究相对较多。     

椎间盘再生与修复的组织工程支架材料研究进展

椎间盘退变性疾病是导致下腰痛的主要原因之一,传统保守治疗或手术治疗均存在明显局限性。椎间盘组织工程学的发展为椎间盘退变性疾病的治疗提供了新的治疗方案。支架材料作为构建组织工程椎间盘的关键环节,是目前研究的热点和难点。目前常用的支架材料有天然材料、合成材料及复合材料。本文就构建纤维环、髓核和全椎间盘3个方面支架材料的研究现状进行简要综述。虽然组织工程椎间盘还面临着诸多问题,但未来会为椎间盘退变性疾病的治疗带来美好前景。     

新型组织工程椎间盘纤维环支架的制备与性能检测

背景：以组织工程技术修复退变椎间盘,目前的研究多集中在如何修复摘除的髓核组织,然而髓核组织工程方法无法完整重建椎间盘的结构和功能,所以相应的纤维环组织工程被认为是组织工程椎间盘治疗策略的主要限制因素之一。 目的：制备天然猪脱细胞脱钙骨基质明胶,并验证其作为组织工程椎间盘纤维支架的可行性。 方法：取猪股骨近端松质骨,用环钻钻取直径10 mm、内径5 mm、厚3 mm的中空环状骨,高压水枪冲洗,进行脱脂、脱钙、脱细胞等相关处理,制成环状的支架材料。对材料进行大体、组织学、光镜、扫描电镜观察,并对支架的吸水率、孔隙率、生物力学参数等进行检测。分离培养犬骨髓间充质干细胞,采用MTT法分析支架浸提液毒性。 结果与结论：支架为乳白色,中空环状,质地柔软的多孔结构。苏木精-伊红染色示组织无细胞结构残留。光镜及扫描电镜示支架孔隙均匀,孔隙相通,平均孔径为(401.4±13.1) μm,孔隙率为(62.12±1.52)%,吸水率为(409.77±11.34)%。生物力学结果示支架的弹性模量为(47.75±6.32) kPa。MTT法显示不同浓度支架浸提液与对照 DMEM 培养液吸光度值比较,差异无显著性意义(P > 0.05),支架无细胞毒性。提示猪脱细胞脱钙骨基质明胶去细胞彻底,具有良好的孔径、孔隙率及生物力学强度,并且无毒,具备良好的生物相容性,可作为组织工程椎间盘纤维环支架材料。     

细胞移植及髓核组织工程重建修复椎间盘退变

背景：通过细胞组织工程将细胞或细胞支架复合体植入退变缺损的椎间盘内,使退变的椎间盘再生可能是治疗椎间盘退变性疾病最为理想的方法。 目的：评价组织工程髓核体内移植抑制腰椎间盘退变的临床疗效及应用前景。 方法：由第一作者检索1990/2010 PubMed数据、中国知网及万方数据库有关组织工程髓核、组织工程材料及骨髓间充质干细胞治疗腰椎间盘退变方面的文献。 结果与结论：目前常用的细胞支架主要包括胶原支架、琼脂糖支架、藻酸盐支架、聚乙醇酸支架与壳聚糖支架以及复合材料等。通过自体椎间盘细胞或间充质干细胞结合基因技术筛选种子细胞,进行细胞和/或细胞支架复合体移植恢复或再生相关细胞外基质的合成,通过逆转和修复椎间盘细胞病理性改变,为退变的椎间盘组织和功能恢复提供了全新的治疗策略。     

去细胞化基质材料修复椎间盘的研究与进展

文题释义：去细胞化：是指利用物理、化学和酶学方法裂解细胞，去除细胞内容物，保留细胞外基质、组织天然构架。通常联合运用以上多种方法去除同种异体或异种细胞成分，理论上可利用由此获得的细胞外基质制造出具备合适生物力学和生物相容性的最低免疫原性支架。 椎间盘：是由位于中央的髓核(蛋白聚糖和Ⅱ型胶原组成的集中高度水化的纤维胶状核)及环绕其周围分层排列的纤维环(主要由Ⅰ型胶原组成的多层纤维软骨环)和上下软骨终板构成的复杂结构，是无血运器官，自身代谢缓慢，损伤后的自我修复、愈合能力极其有限，一般的物理修复与手术治疗无法从根本上修复椎间盘，效果欠佳，容易复发，椎间盘去细胞化组织工程为之提供了新思路。 背景：随着组织工程学的发展，椎间盘组织的修复与再生成为可能，将组织去细胞后的细胞外基质作为修复材料是进行椎间盘组织工程再生的重要手段。 目的：总结近年来用于椎间盘再生去细胞化基质材料的制备工艺、质量控制、应用效果，并进行展望。 方法：检索PubMed、Web of Science和CNKI数据库等收录的有关去细胞化方法及去细胞基修复椎间盘的文章，英文检索词为“Intervertebral disc，Decellularization，Extracellular matrix，Scaffold material，Tissue engineering”，中文检索词为“椎间盘，去细胞化，细胞外基质，支架材料，组织工程”。根据纳入与排除标准对所有文章进行初筛后，保留相关性较高的文章进行综述。 结果与结论：目前的椎间盘去细胞化组织工程旨在最大程度地保留生理相关的生物活性物质，提高力学性能和生物相容性，降低免疫原性。去细胞化基质材料能够模拟椎间盘内细胞外基质的天然微环境，作为细胞载体能对种子细胞起到良好的诱导分化用，其修复椎间盘已经取得了一定进展，但材料的孔隙率、免疫排斥反应、植入体内方式及效果评估等问题还有待进一步的深入研究。 ORCID: 0000-0003-3225-3611(金筱妤) 中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程     

种子细胞及支架材料在组织工程角膜构建中的应用

背景：在眼科角膜移植在组织工程中有很好的应用前景,但理想的支架材料一直制约组织工程角膜发展。 目的：分析各种子细胞、支架材料的应用,总结近年来组织工程角膜构建所取得的进展。 方法：由第一作者用计算机检索中国期刊全文数据库(CNKI：2000/2010-10)和PubMed数据库(2000/2010-10),检索词分别为“组织工程,角膜移植”和“tissue engineering, corneal transplantation”。经计算机初检得到223篇文献,纳入与组织工程角膜研究进展、应用和体外构建的相关实验研究和综述,排除重复研究类文献,对33篇汇总分析。从种子细胞、支架材料、器官构建、临床应用等方面进行总结,对组织工程角膜的研究进展和未来发展进行探讨。 结果与结论：结果表明,种子细胞和支架材料仍为组织工程研究的重点,由于眼免疫赦免现象和角膜的无血管特性,组织工程角膜移植将优于其他器官和组织的移植,成为能大量构建且易于移植的组织工程器官。目前,组织工程角膜构建已获得初步成功,但各类支架材料均存在一定缺点,寻找理想的支架材料是下一步的研究方向。     

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。     

Biomechanical and biochemical characterization of composite tissue-engineered intervertebral discs

Composite tissue-engineered intervertebral tissue was assembled in the shape of cylindrical disks composed of an outer shell of PGA mesh seeded with annulus fibrosus cells with an inner core of nucleus pulposus cells seeded into an alginate gel. Samples were implanted subcutaneously in athymic mice and retrieved at time points up to 16 weeks. At all retrieval times, samples maintained shape and contained regions of distinct tissue formation. Histology revealed progressive tissue formation with distinct morphological differences in tissue formation in regions seeded with annulus fibrosus and nucleus pulposus cells. Biochemical analysis indicated that DNA, proteoglycan, and collagen content in tissue-engineered discs increased with time, reaching >50% of the levels of native tissue by 16 weeks. The exception to this was the collagen content of the nucleus pulposus portion of the implants with were approximately 15% of native values. The equilibrium modulus of tissue-engineered discs was 49.0+/-13.2 kPa at 16 weeks, which was between the measured values for the modulus of annulus fibrosus and nucleus pulposus. The hydraulic permeability of tissue-engineered discs was 5.1+/-1.7x10(-14) m2/Pa at 16 weeks, which was between the measured values for the hydraulic permeability of annulus fibrosus and nucleus pulposus. These studies document the feasibility of creating composite tissue-engineered intevertebral disc implants with similar composition and mechanical properties to native tissue.     

神经肽Y/降钙素基因相关肽在腰椎间盘中的分布与共表达

背景：研究发现,神经肽Y与降钙素基因相关肽在交感神经节中有共存现象。 目的：观察神经肽Y/降钙素基因相关肽在正常腰椎间盘的共分布及在突出腰椎间盘髓核组织中的共表达。 方法：从10例尸体中收集完整的腰椎间盘,在另10例尸体中收集腰椎间盘髓核组织作为对照组。收集30例有症状的腰椎间盘突出症患者,其中L4/5或L5/S1需行腰椎间盘髓核摘除,取出髓核组织作为实验组。 结果与结论：①正常椎间盘组织中神经肽Y/降钙素基因相关肽荧光双标染色阳性的神经纤维较多的分布于椎间盘纤维环外1/3,但在椎间盘内2/3及髓核中未见或少量分布。②髓核的共表达,神经肽Y/降钙素基因相关肽荧光双标染色神经纤维的阳性率实验组均高于对照组(P < 0.05)。提示在正常腰椎间盘组织中神经肽Y/降钙素基因相关肽分布于纤维环外1/3部分,在纤维环内2/3部分及髓核组织未分布,但在突出椎间盘髓核组织中有大量的神经肽Y/降钙素基因相关肽共表达。     

经皮纤维环穿刺法建立兔椎间盘退行性变动物模型

背景：合适的椎间盘退变动物模型是椎间盘组织工程研究的必要条件,但目前尚缺乏公认的模型制备方法。 目的：采用C形臂辅助下经皮纤维环穿刺法制备兔椎间盘退变动物模型,并评估其可行性。 方法：选定新西兰大白兔L2/3和L3/4椎间盘作为穿刺干预椎间盘,L1/2和L5/6椎间盘作为空白对照组,采用C形臂辅助下经皮穿刺法干预椎间盘。于术后2,4,8,12周各选择2只兔麻醉后拍摄兔腰椎核磁共振影像,处死动物采集椎间盘,进行椎间盘髓核蛋白多糖测定。核磁共振检查观察椎间盘退行性改变,二甲基亚甲蓝染色分光光度法测定髓核中蛋白多糖含量变化。 结果与结论：术后4周穿刺干预椎间盘髓核区域核磁共振信号强度及髓核内蛋白多糖含量同空白对照组相比均下降(P < 0.05),其后两者呈现逐渐下降趋势。结果证实,C形臂X射线机辅助下经皮纤维环穿刺法可用于椎间盘退变动物模型的制备。     

X射线引导建立大鼠椎间盘退变模型

背景:目前国内外对于椎间盘退变的造模方法较多,但存在定位不精准问题.目的:对比X射线引导下与非X射线引导下建立大鼠椎间盘退变模型的效果.方法:取9只成年SD大鼠,按照随机数字表法分3组,每组3只,空白组不进行任何操作;对照组手动定位尾椎Co6/7椎间盘,用注射器针头进行垂直穿刺,并均匀缓慢注入无水乙醇,建立椎间盘退变模...     

颈椎不稳对邻近节段椎间盘蛋白多糖及Ⅱ型胶原的影响

背景：颈椎行减压融合内固定术后邻近节段椎间盘加速退变,单个节段不稳是否也会加速邻近节段椎间盘退变还不清楚。 目的：研究颈椎不稳动物模型邻近节段椎间盘形态学、蛋白多糖及Ⅱ型胶原的变化。 方法：16只新西兰大白兔,随机分为实验组及对照组,每组8只。实验组通过颈椎前路穿刺破坏纤维环及抽吸C5/6髓核组织建立兔颈椎不稳动物模型,12周X射线证实退变后处死动物取材,切取C4/5椎间盘组织,从矢状面切开,取其髓核组织10 mg,间苯三酚法测定髓核中蛋白多糖的量,另取椎间盘组织制作石蜡切片后进行苏木精-伊红染色和SABC免疫组化染色观察。 结果与结论：实验组C4/5椎间盘髓核脊索细胞减少,被成纤维细胞样细胞取代,偶见圆形的软骨细胞,且椎间盘纤维环变得粗糙,排列紊乱,玻璃样变性及色素沉着,可见纤维软骨细胞,内外层纤维环之间形成裂隙。髓核中蛋白多糖的含量降低,与对照组相比差异有显著性意义。退变椎间盘髓核及纤维环中Ⅱ型胶原也较对照组明显减少。结果表明颈椎不稳可诱发邻近节段颈椎退变,表现为椎间盘发生形态学变化,蛋白多糖、Ⅱ型胶原含量下降。     

Zonal variations in cytoskeletal element organization,mRNA and protein expression in the intervertebral disc

The intervertebral disc is important in maintaining flexibility and dissipating loads applied to the spine. The disc comprises a heterogeneous population of cells, including those of the nucleus pulposus and annulus fibrosus, which are diverse in phenotype, partly due to the different mechanical loads they experience. Several studies have implicated the cytoskeleton in mechanotransduction, but little characterization of the three major cytoskeletal elements – actin, tubulin and vimentin – in the intervertebral disc has been undertaken. In this study we show that there are differences in both the organization and the amounts of these cytoskeletal proteins across the regions of immature bovine intervertebral disc (nucleus pulposus and outer annulus fibrosus), which differs with skeletal maturity. These differences are likely to reflect the diverse mechanical characteristics of the disc regions, and the loads that they experience, i.e. tension in the annulus fibrosus and compression in the nucleus pulposus. Alterations to the organization and amount of cytoskeletal element proteins may change the ability of the cells to respond to mechanical signals, with a loss of tissue homeostasis, suggesting that the cytoskeleton has a potential role in intervertebral disc degeneration.     

MicroRNA影响椎间盘退变过程的研究进展及可发展空间

文题释义：miRNA：属于一种受内源性非蛋白质编码调控的单链小分子RNA,可以调控人体近1/3的蛋白编码基因参与机体发育与疾病发生,与许多生物进程的调控密切关联,包括生长发育、细胞增殖、凋亡和分化等。其不仅在许多正常人体发育过程中起着关键作用,而且与多种疾病的发生和发展有关。 自噬：是细胞通过溶酶体吞噬和降解自身细胞质和细胞器的过程。自噬在生长、发育、细胞稳定和成熟分化等方面起着重要作用,作为一种独立的Ⅱ型程序性细胞死亡过程,自噬与细胞凋亡存在着密切关联。 背景：在细胞与分子水平上明确MicroRNA(miRNA)在椎间盘退变过程的作用机制,可为早预防或治疗椎间盘退变继发的一系列脊柱疾患提供新的思路。 目的：综述miRNA在椎间盘退变原因和机制中的研究现状。 方法：应用计算机检索PubMed数据库、万方数据库和中国知网数据库,英文检索词为“miRNA、Intervertebral disc degeneration、Extracellular matrix、Apoptosis、Autophagy、Cartilage endplate、Nucleus pulposus、Fibrous ring”,中文检索词为“miRNA、椎间盘退变、细胞外基质、凋亡、自噬、软骨终板、髓核、纤维环”,最终纳入58篇文章进行综述。 结果与结论：miRNA在椎间盘退变过程中的作用已被广泛研究,部分具体机制得到验证;研究多局限于髓核组织,对软骨终板及纤维环报道较少;随着miRNA深入研究,临床方面的研究仍有较大发展空间。 ORCID: 0000-0002-2312-4255(胡宝阳) 中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节;骨植入物;脊柱;骨折;内固定;数字化骨科;组织工程