脂肪干细胞在软骨组织工程领域中的应用

由于软骨细胞再生能力有限，因此软骨的病变很难自身修复。外科手段促进软骨修复多采用软骨下骨钻孔、制造微骨折等技术打通髓腔，造成局部出血从而加速修复进程。这些方法虽然有一定的疗效，但新生的软骨大部分是纤维软骨，短期内可以缓解疼痛等症状，长期效果较差。近年来由于组织工程技术和干细胞研究的飞速发展，给软骨的修复带来了新的技术和方法。诱导成体干细胞向软骨分化，构建组织工程软骨修复软骨病变是目前组织工程领域的研究热点。其中骨髓基质干细胞是研究较多的成体干细胞，但由于骨髓穿刺给患者带来一定痛苦，而且细胞获得量很小，因此在应用中受到一定的限制。同样来自中胚层的脂肪干细胞（adipose—derivedstemcells，ADSCs）有着来源广泛，取材简易，细胞获得量大等诸多优点而日益引起研究者的广泛关注。近年来，研究者利用ADSCs在体内外成功构建了组织工程软骨，使之成为了软骨组织工程领域又一理想的种子细胞。现将其在软骨组织工程领域的研究进展综述如下。     

间充质干细胞在软骨组织工程中的作用研究

间充质干细胞是一类存在于人体多种组织中的非造血多潜能细胞,可以自我更新或分化为骨、软骨或脂肪组织等多种细胞。近年来间充质干细胞在软骨组织工程中的研究取得了巨大进展,本文就间充质干细胞诱导成软骨细胞的因素及其在关节软骨损伤、免疫性疾病、组织修复和软骨组织工程中的应用研究等方面展开综述。     

骨髓基质干细胞和基因强化组织工程在软骨修复中的研究进展

由于软骨细胞已近成熟细胞，体外扩增能力较弱，因而限制了其临床应用。骨髓基质于细胞(mesenchymal stem cells。MSCs)具有强大的自我增殖能力和分化多潜能性，可通过TGF-8信号传导通路等途径控制MSCs向软骨方向分化，MSCs这种可在体外控制性培养并能在植入体内后分化成软骨的特性，为软骨修复和再生治疗开辟了新途径。但是，软骨修复只是一个阶段性的过程而不需长时间的表达，这与基因治疗表达目的基因的时间有限性相一致，两者结合形成了基因强化组织工程(gene-enhanced tissue engineering)技术，该技术是将诱导成软骨因子基因通过基因治疗的手段作用于软骨损伤局部使其在原位转染周围的软骨细胞，或在软骨缺损部位造成生长因子适当水平的表达并持续一段时间，从而显示了诱人的应用前景。     

间充质干细胞在关节软骨组织工程中的应用

背景：组织工程技术的发展为关节软骨缺损修复和功能重建提供了新的方法和思路。目的：探讨以间充质干细胞作为种子细胞在关节软骨组织工程中的应用和研究进展。 方法：由第一作者检索 PubMed 数据库中2000-01-01/2014-09-30有关间充质干细胞和关节软骨组织工程的文献,检索词为“articular cartilage defects, cartilage tissue engineering, mesenchymal stem cel s”。共检索到70篇相关文献,对其中49篇文献进行综述。 结果与结论：关节软骨缺损自身修复能力很有限,目前的临床治疗手段无法达到满意修复,而组织工程的发展为解决这个问题提供了新思路。在种子细胞选择方面,软骨细胞去分化能力有限,胚胎干细胞受到伦理、法律等方面的制约,而间充质干细胞因其自体来源、易扩增、具有软骨分化潜能而受到广泛重视。但目前应用组织工程方法修复关节软骨缺损的效果存在一定的争议,主要是远期功能距离临床应用存在一定差距,在修复组织结构和生物力学方面还需要进一步研究。     

骨髓间充质干细胞构建组织工程软骨修复兔关节软骨缺损的实验研究

目的:体外培养骨髓间充质干细胞(bone marrow-derived mesenchymal stem cells,BM-MSCs)并以壳聚糖作为组织工程细胞外支架构建组织工程软骨,探讨其在软骨组织工程中的应用.方法:分离兔BM-MSCs并进行体外传代培养.观察细胞形态及其变化,检测免疫表型CD71的表达;绘制并比较不同代次细胞的生长曲线.传代培养后,检测第2、3、4代BM-MSCs的软骨特异性Ⅱ型胶原(collagenⅡ,ColⅡ)的mRNA的表达.取6只新西兰成年白兔,随机分为两组,A组为单纯壳聚糖支架修复组,B组为壳聚糖支架复合BM-MSCs修复组.分别于术后4、8周处死动物,观察新生区软骨组织修复情况.结果:体外培养获得高纯度且传代能力强的BM-MSCs.修复术后4周,A组仅有纤维组织增生,甲苯胺蓝染色较淡;B组关节软组织缺损处有软骨样组织及胶原生成.术后8周,B组关节软骨缺损处有较明显的软骨组织增生;A组仅在与正常软骨交界处有少量的软骨组织生成;免疫组织化学显示B组ColⅡ有表达.结论:密度梯度离心法联合差速贴壁法能提高BM-MSCs的纯度,通过该途径获得的BM-MSCs可作为软骨组织工程的种子细胞.壳聚糖是比较理想的新型软骨组织工程支架,以BM-MSCs复合壳聚糖构建的组织工程软骨能够较好地修复兔关节软骨缺损.     

自体骨髓基质干细胞在软骨组织工程的进展

创伤和各种骨关节疾病引起的关节软骨缺损在临床上十分常见 ,全国有数百万人忍受着由关节疾病而造成的痛苦和不便。但是 ,软骨的再生和自我修复能力却极其有限 ,当软骨缺损直径大于 4mm时 ,难以正常修复。目前软骨缺损尚无特效治疗方法 ,但随着组织工程学发展 ,尤其是骨髓中基质干细胞 (mesenchymalstemcells ,MSCs)的发现 ,给关节软骨缺损的修复带来希望。本文就自体骨髓MSCs在软骨组织工程方面的应用及进展进行综述。1　自体骨髓基质干细胞的生物特性　　骨髓MSCs的形态呈纤维样 ,可聚集成均匀的集落 ,细胞表面蛋白如SH2、SH 3、CD2…     

软骨组织工程研究中的刺激因子

组织工程中刺激因子的作用是诱导、加速或,和增强软骨形成.生长因子与其添加物加入体外培养介质中或加入支架中体内递送以控制细胞分化和组织形成.目前,许多生长因子以及其他可溶性因子如透明质酸、硫酸软骨素和胰岛素已开始被单一地或协同地应用于软骨组织工程,其作用效果依赖于细胞的类型和培养条件.基因治疗利用过分表达的生物活性分子作用于细胞是另一种局部转导的方法.另一种刺激因子是调节负载方式的机械信号,如流体静压和动态压力或通过生物反应器.目前应用于软骨组织工程中的生物反应器包括:平行平板生物反应器、旋转壁式生物反应器以及同轴圆柱生物反应器.生物反应器可以提高营养传输能力,提供流体动力环境,施加液诱导剪应力,进而促进软骨特异性基质蛋白的合成.     

骨髓间充质干细胞在骨及软骨组织工程中的应用

目的：总结近年来骨髓间充质干细胞在骨及软骨组织工程中应用的文献，阐明骨髓间充质干细胞在骨及软骨组织工程中的应用前景。资料来源：应用计算机检索Medline 1996—01／2004—12文章，检索词为“Bone marrow mesenchymal stem cells,Bone tissue engineering,Cartilagetissue engineering”限定文章语言种类为English。资料选择：纳入标准：骨髓间充质干细胞在骨及软骨组织工程中应用的文献。排除标准：①较陈旧的文献。②重复研究。资料提炼：共收集到190篇与骨髓间充质干细胞和骨及软骨组织工程有关的文献，其中30篇符合纳入标准。资料综合：①骨髓间充质干细胞的成骨分化：骨髓间充质干细胞具有在一定的环境下向成骨细胞和软骨细胞分化的能力。（缈骨髓间充质干细胞在骨和软骨组织工程中的应用：研究表明，骨髓间充质干细胞复合适宜载体可用来修复骨缺损，但因骨缺损的多样性和载体材料本身的特点，目前尚未找到理想的骨组织工程支架材料，还未探明骨髓间充质干细胞与支架材料复合的最佳浓度和最佳时间；骨髓间充质干细胞体外诱导性培养和体内关节软骨的修复均能有效地生成软骨，但只能达到组织形态及生化成分上类似，不能实现与原有软骨相同的再生。③骨髓间充质干细胞的软骨分化潜能：骨髓间充质干细胞具有多向分化潜能，适宜条件下还能向软骨方向分化，但其增殖和定向软骨分化需适宜生长因子调控。结论：骨髓间充质干细胞完全具备理想的骨软骨组织工程种子细胞的特点，在骨软骨组织工程方面是非常有应用前景的种子细胞。     

人脐带Wharton胶中间充质干细胞体外无支架组织工程软骨的构建

背景:构建组织工程软骨的方法多为自体种子细胞复合天然或合成物支架,目前多存在种子细胞来源有限、支架安全性和生物相容性、以及细胞在支架中分布不均的问题.目的:探讨人脐带Wharton胶中间充质干细胞向软骨诱导分化并体外构建无支架组织工程软骨的可行性.方法:分离培养人脐带Wharton胶中的间充质干细胞,进行流式细胞学鉴定.对软骨诱导前后的细胞进行组织学和免疫组织化学染色,对其表达的葡萄糖胺聚糖和Ⅱ型胶原进行定量研究,并应用RT-PCR检测软骨诱导前后Ⅱ型胶原和Sox-9mRNA的表达.采用密集诱导培养→离心管培养→生物反应器培养,进行体外构建无支架软骨组织.结果与结论:人脐带Wharton胶富含干细胞,流式细胞仪检测结果显示这些细胞不表达造血干细胞标志,表达CD44,CD105、CD271等间充质干细胞表面标志;HLA-ABC阳性表达,HLA-DPDQDR阴性表达.未进行软骨诱导的细胞弱表达软骨细胞标志,诱导后葡萄糖胺聚糖和Ⅱ型胶原显著增高.RT-PCR结果显示人脐带Wharton胶间充质干细胞诱导前后均表达Sox-9、Ⅱ型胶原mRNA.说明人脐带Wharton胶间充质干细胞具有前软骨细胞的特性.采用密集诱导培养结合生物反应器培养,不用支架,体外可以构建成大块组织工一[程软骨.表明人脐带Wharton胶间充质干细胞是一种良好的构建组织工程软骨的种子细胞.     

人骨髓间质干细胞作为软骨组织工程种子细胞的鉴定

目的：为软骨组织工程寻求一种新的种子细胞来源，对从人骨髓中所分离培养的骨髓间质干细胞(mesenchymal stem cells，MSCs)进行鉴定。方法：利用流式细胞仪对所分离培养的细胞表面标志物(CD29,CD44,CD14，CD34，CD45)进行分析鉴定。结果：细胞表面抗原抗CD29，CD44抗体为阳性，抗CD14,CD34,CD45抗体为阴性。结论：采用流式细胞仪对人MSCs鉴定结果可为组织工程种子细胞的获得提供基础。     

Co-culture in cartilage tissue engineering

For biotechnological research in vitro in general and tissue engineering specifically, it is essential to mimic the natural conditions of the cellular environment as much as possible. In choosing a model system for in vitro experiments, the investigator always has to balance between being able to observe, measure or manipulate cell behaviour and copying the in situ environment of that cell. Most tissues in the body consist of more than one cell type. The organization of the cells in the tissue is essential for the tissue's normal development, homeostasis and repair reaction. In a co-culture system, two or more cell types brought together in the same culture environment very likely interact and communicate. Co-culture has proved to be a powerful in vitro tool in unravelling the importance of cellular interactions during normal physiology, homeostasis, repair and regeneration. The first co-culture studies focused mainly on the influence of cellular interactions on oocytes maturation to a pre-implantation blastocyst. Therefore, a brief overview of these studies is given here. Later on in the history of co-culture studies, it was applied to study cell-cell communication, after which, almost immediately as the field of tissue engineering was recognized, it was introduced in tissue engineering to study cellular interactions and their influence on tissue formation. This review discusses the introduction and applications of co-culture systems in cell biology research, with the emphasis on tissue engineering and its possible application for studying cartilage regeneration.     

Injectable cartilage tissue engineering

Cartilage is the tissue that lines the surface of bones in articulating joints, allowing painless joint movement. Cartilage loss is an increasingly significant problem, particularly with the ageing of active baby boomers, with few efficacious treatments available at present. Tissue engineering is a field that has evolved over recent years to combat tissue loss by providing a living tissue equivalent or substitute that can mimic the properties of the lost tissue. The general strategy of tissue engineering is to place cells on a biomaterial scaffold that is designed to promote cell function and form new tissue. This review describes the status of materials that are available as injectable scaffolds for tissue engineering and the numerous cell types that can be applied to cartilage repair, including cells derived from cartilage and stem cells. The current state of injectable cartilage tissue engineering and the hurdles that remain for widespread clinical application are discussed.     

软骨组织工程中细胞外基质的研究

目的：分析软骨组织工程中软骨细胞、软骨基质、生长因子之间的相互作用及细胞外基质替代物的开发。 资料来源：应用计算机检索Medline1995-01／2005-12有关软骨组织工程中软骨细胞外基质的文章，检索词为“cartilage；extraeellular matrix”．并限定文章语言种类为English。 资料选择：对资料进行审阅,选取包括软骨组织工程的文章，并查阅全文。纳入标准：①软骨细胞外基质及其受体。②软骨组织重建相关生长因子。③软骨细胞外基质替代物。排除标准：Meta分析、综述文献、重复研究。 资料提炼：共收集到1 179篇关于组织工程软骨及细胞外基质的文献．纳入符合标准的文献29篇。 资料综合：软骨组织无血管，其自我修复及重建能力有限，较小的创伤就会造成严重的软骨损伤及变性。软骨基质在软骨自身动态平衡及软骨修复等方面起着非常重要的作用，软骨细胞合成、分泌软骨基质并受软骨基质的调控。重建软骨组织就必须考虑软骨细胞及其周围环境的相互作用。 结论：重建关节软骨基质、促进软骨复原，研究软骨细胞和其周围环境之间的相互作用是关键。     

软骨组织工程中细胞外基质的研究

目的:分析软骨组织工程中软骨细胞、软骨基质、生长因子之间的相互作用及细胞外基质替代物的开发。资料来源:应用计算机检索Medline1995-01/2005-12有关软骨组织工程中软骨细胞外基质的文章,检索词为“cartilage;extracellularmatrix”,并限定文章语言种类为English。资料选择:对资料进行审阅,选取包括软骨组织工程的文章,并查阅全文。纳入标准:①软骨细胞外基质及其受体。②软骨组织重建相关生长因子。③软骨细胞外基质替代物。排除标准:Meta分析、综述文献、重复研究。资料提炼:共收集到1179篇关于组织工程软骨及细胞外基质的文献,纳入符合标准的文献29篇。资料综合:软骨组织无血管,其自我修复及重建能力有限,较小的创伤就会造成严重的软骨损伤及变性。软骨基质在软骨自身动态平衡及软骨修复等方面起着非常重要的作用,软骨细胞合成、分泌软骨基质并受软骨基质的调控。重建软骨组织就必须考虑软骨细胞及其周围环境的相互作用。结论:重建关节软骨基质、促进软骨复原,研究软骨细胞和其周围环境之间的相互作用是关键。     

骨组织工程中干细胞的研究与应用

背景：是否可以通过改进对已知的可以分化成骨的干细胞的培养方式或者寻找到新的干细胞,为骨组织工程找到更为合适的种子细胞.目的：从干细胞的分离培养、生物学特性及标志物等方面对各类干细胞的在骨组织工程中的应用进行综述.方法：以英文检索词为“bone tissue engineering,seed cel s,stem cel ,osteoblast differentiation”及中文检索词为“骨组织工程,种子细胞,干细胞,成骨分化”,由第一作者检索1995年至2012年PubMed 数据库及中国知网中文科技数据库,查阅近年种子细胞相关文献,最终保留50篇文献,从分离培养方法、基本特性及在骨组织工程中的应用3方面进行综述.结果与结论：文章分别对各类干细胞（包括：胚胎干细胞、骨髓间充质干细胞、滑膜间充质干细胞、脐带间充质干细胞和脐带血间充质干细胞、外周血来源的多潜能间充质干细胞、脂肪干细胞、子宫内膜基质干细胞、人羊膜基质细胞、牙髓干细胞）的分离方法、生物学特性、标志物等相关实验研究进行了探讨.目前用于分离纯化骨髓间充质干细胞的方法主要有4种：密度梯度离心法、全骨髓贴壁培养法、流式细胞仪分离法和免疫磁珠法.研究证实各类干细胞在特定条件下均有分化成骨的能力.     

软骨组织工程与耳鼻咽喉组织工程软骨

组织工程的核心是建立有种子细胞和生物材料构成的三维空间复合体,复合体为种子细胞提供获取营养、气体交换,废物排泄和生长代谢的场所,随着种子细胞生长分化和生物材料的降解吸收,最终形成新的、能永久替代、具有与原组织或器官相同形态和功能的有生命力的生物体,也即组织和器官的再生。软骨由于其独特的组织结构和缺损修复应用的迫切性,成为当前组织工程研究的热点之一,已取得重要进展。     

海藻酸盐在软骨组织工程中的应用

学术背景:以生物材料作为细胞生长的三维支架,利用组织工程技术生产用于移植治疗的软骨组织是当前研究的重点。目的:对海藻酸盐在软骨组织工程中的应用情况作简述。检索策略:应用计算机检索PUBMED数据库1966-10/2007-07的相关文章,检索词为"Tissue engineering,Cartilage tissue engineering,Alginate",并限定文章语言种类为English。同时计算机检索万方及CNKI数据库1979-10/2005-10的相关文章,检索词为"组织工程、软骨、海藻酸盐",并限定文章语言种类为中文。对资料进行初审,并查看每篇文献后的引文。纳入标准:文章所述内容应与海藻酸盐在软骨组织工程中的应用情况相关。排除标准:重复研究或不相干文章。共收集到314篇相关文献,258篇文献符合纳入标准,排除的56篇文献为内容陈旧或重复。符合纳入标准的文献中,精选其中55篇用作研究分析。文献评价:文献的来源主要是海藻酸盐在软骨组织工程中的应用情况的研究。55篇符合纳入标准的文献中,中文23篇,英文32篇,其中动物实验和在体、离体、细胞学实验50篇,综述、述评类文献5篇。资料综合:通过对藻酸盐的生物学特性、不同组织来源的种子细胞与藻酸盐载体、不同塑形形式的藻酸盐载体及相关生物刺激因子(素)在以藻酸盐为载体的软骨组织工程中的应用等方面作了综述分析。结论:藻酸盐载体来源丰富,具有易塑形、易于细胞吸附、营养物质易于渗透等特点;但藻酸钙也存在体内吸收差和有一定抗原性等缺点。海藻酸盐构建的组织工程化软骨在力学性能、组织结构等方面与正常软骨相比还有一定的差距,有待进一步研究提高。     

Characterization of costal cartilage and its suitability as a cell source for articular cartilage tissue engineering

Costal cartilage is a promising donor source of chondrocytes to alleviate cell scarcity in articular cartilage tissue engineering. Limited knowledge exists, however, on costal cartilage characteristics. This study describes the characterization of costal cartilage and articular cartilage properties and compares neocartilage engineered with costal chondrocytes to native articular cartilage, all within a sheep model. Specifically, we (a) quantitatively characterized the properties of costal cartilage in comparison to patellofemoral articular cartilage, and (b) evaluated the quality of neocartilage derived from costal chondrocytes for potential use in articular cartilage regeneration. Ovine costal and articular cartilages from various topographical locations were characterized mechanically, biochemically, and histologically. Costal cartilage was stiffer in compression but softer and weaker in tension than articular cartilage. These differences were attributed to high amounts of glycosaminoglycans and mineralization and a low amount of collagen in costal cartilage. Compared to articular cartilage, costal cartilage was more densely populated with chondrocytes, rendering it an excellent chondrocyte source. In terms of tissue engineering, using the self‐assembling process, costal chondrocytes formed articular cartilage‐like neocartilage. Quantitatively compared via a functionality index, neocartilage achieved 55% of the medial condyle cartilage mechanical and biochemical properties. This characterization study highlighted the differences between costal and articular cartilages in native forms and demonstrated that costal cartilage is a valuable source of chondrocytes suitable for articular cartilage regeneration strategies.     

Matrix metalloproteinases and inhibitors in cartilage tissue engineering

Inhibiting matrix metalloproteinase (MMP) activity has been considered as a potential therapeutic treatment that may modify the outcome for osteoarthritis (OA), a disease governed by abnormalities in the balance between MMPs and their inhibitors. Due to unexpected tissue fibrosis in early-phase clinical trials with some MMP inhibitors, possible divergent effects of inhibiting MMP activity on different cells are hypothesized. Therefore, we evaluated the effects of MMP inhibition on cells relevant to cartilage tissue engineering by culturing them in vitro in poly(ethylene glycol) diacrylate hydrogels to create 3D representations of cartilage tissue while allowing for local and direct administration of inhibitors. Mesenchymal stem cells demonstrated an inhibitor concentration-dependent decrease in extracellular matrix (ECM) deposition, while normal chondrocytes were mainly affected at the highest concentration of inhibitors. In contrast, the concomitant treatment of chondrocytes from patients with OA resulted in an increase in glycosaminoglycan content only in the presence of both inhibitors and anabolic growth factors. The observed upregulation of bone markers, however, indicates a delicate balance that must be addressed to therapeutically treat OA chondrocytes to stimulate more ECM production without errant bone formation. In conclusion, this study suggests that MMPs have complex interactions in both pathobiology and homeostasis.