组织工程软骨修复软骨缺损的研究进展

各种原因引起的关节软骨损伤在临床工作中非常常见,由于软骨组织的修复再生能力有限,传统的治疗方法难以获得满意的疗效,因此组织工程软骨的构建对修复软骨缺损有重大意义。现对近年组织工程软骨修复软骨缺损的研究成果,对种子细胞的获得,细胞体外培养条件的研究,生物支架材料的研究,组织工程软骨的临床初步应用简要综述。     

兔膝关节软骨缺损修复的初步研究

目的 通过髓腔细胞的分化、生长及应用生长因子，修复穿透软骨下骨的关节软骨损伤。方法 采用胶原凝胶与髓腔细胞相混，植入兔膝关节实验性软骨缺损区，并加入少量细胞生长因子，观察软骨缺损复情况。结果 胶原凝胶移植后的修复组织为适明软骨样组织，表面光滑，基底部骨小梁形成良好，且与碱性成纤维细胞生长因子相混合后，其修复组织生长价廉物美更好一些，而单纯纯钻孔组的修复则是不完全的，形成经纤维组织为主的修复组织。结     

关节软骨缺损修复的研究进展

各种原因造成关节软骨损伤是常见病。由于关节软骨自身缺乏有效的修复能力,常导致关节功能活动受限。关节软骨缺损的修复一直是临床骨科医生致力于解决的课题。关节软骨是由软骨细胞和基质构成的稳定结构。使关节软骨具有负重、滑润、弹性和摩擦系数小等力学性能。超过其生理耐受限度的撞击、剪切和磨擦等外力都可造成关     

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（ＰＣＬ）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ＰＣＬ多孔块，体外分离，培养兔软骨细胞，并将具有生物活的软骨细胞种植在ＰＣＬ多孔块中形成软骨细胞－ＰＣＬ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５ｍｍ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－ＰＣＬ复合物，术后１周处死，通过大体观察     

修复关节软骨缺损的实验研究进展

由于关节软骨自身修复能力很差 ,因此 ,多年来人们一直在探索关节软骨缺损的有效修复方法 ,综述如下。1　关节软骨缺损的自发修复　　根据关节软骨缺损的不同深度 ,将缺损分为 :1部分厚度的软骨缺损 (PTCD) ;2全层关节软骨缺损 (FTCD)。部分关节软骨缺损通常不能自行修复。原因是 :1缺损的软骨表面暴露出来的大分子物质阻碍细胞的粘附。 2缺损内没有细胞趋化、增殖及转化需要的生长因子以及细胞赖以生存的基质网架载体。 3完整的软骨下骨板阻碍了从骨髓来源的修复细胞 [1 ] 。然而 FTCD修复较快 ,因为骨髓间充质干细胞参与了修复 ,尤其…     

水凝胶在软骨组织工程中的设计与应用进展

软骨缺损的修复、再生是医学研究难题和热点之一,而组织工程的快速发展为此提供了新的解决思路和方案。水凝胶是用于组织工程中一种多功能生物材料,具有与天然细胞外基质(ECM)相似的独特性质。水凝胶的许多关键性能,如生物相容性、生物降解性、机械刚度,可以通过选择优秀的生物材料和合适的制造方法来设计和调整。文章对水凝胶的材料选择、组合方式及水凝胶设计的最新进展进行综述。     

天然高分子材料水凝胶应用于软骨缺损修复的研究进展

软骨缺损通常是一种由疾病、创伤以及衰老引起的关节透明软骨的病变,也是骨关节炎（OA）主要的病理特征之一。OA作为一种慢性退行性疾病,一直是临床骨科医生面临的棘手难题。微骨折术、关节软骨成形术及软骨细胞移植等手术方法近年来取得了较大成功,但尚不能完全治愈软骨损伤,且存在手术禁忌、感染、免疫反应等问题。软骨组织工程的出现使软骨再生成为可能,基于多糖、蛋白质等在内的天然高分子材料拥有出色的生物相容性、降解性及独特的自愈能力,为软骨缺损修复指明了新的方向。本文现对天然高分子材料水凝胶在软骨缺损修复中的应用进行综述,以期为软骨再生提供一定理论参考依据。     

骨形态发生蛋白和纤维蛋白复合物修复关节软骨全层缺损

目的　探讨骨形态发生蛋白/纤维蛋白载体(BMP/FG)复合物修复关节软骨缺损的效果。方法　30只新西兰种成年兔随机分为A,B,C三组,每只兔子左膝股骨髁间凹做一大小为4mm×5mm×25mm的全层关节软骨缺损。A,B组缺损内分别填充BMP/FG及FG,C组为空白。术后16周对缺损修复情况行大体形态和组织学观察。结果　BMP/FG组,植入物完全被吸收并被新生软骨替代,新生软骨特征与邻近正常软骨相似,而FG组和空白组大体形态和组织学特征基本相似,以纤维组织修复为主。结论　BMP/FG能在关节腔内诱导软骨再生,并能以透明软骨修复全层关节软骨缺损     

移植法修复关节软骨缺损的研究进展

关节软骨大部分由软骨基质构成，没有血管、淋巴管、神经，也缺乏细胞成分。密度低的软骨细胞高度分化，周围被软骨基质包围，几乎不能分裂，随着年龄的增加，分裂数目会减少。因此，关节软骨缺乏修复能力，关节软骨损伤后也不能用透明软骨修复。缺损后愈合情况主要取决于治疗^[1]。目前关节软骨损伤发病率高，修复又比较困难，是国内外骨科工作者历来所关注的一个重要研究课题。本文就移植法修复软骨缺损的研究进展做一综述。     

Repairing cartilage defects using chondrocyte and osteoblast composites developed using a bioreactor

Background  Articular cartilage injury is a common disease, and the incidence of articular wear, degeneration, trauma and sports injury is increasing, which often lead to disability and reduced quality of life. Unfortunately repair of articular cartilage defects do not always provide satisfactory outcomes.

Methods  Chondrocyte and osteoblast composites were co-cultured using a bioreactor. The cartilage defects were treated with cell-β-tricalcium phosphate (β-TCP) composites implanted into osteochondral defects in dogs, in vivo, using mosaicplasty, by placing chondrocyte-β-TCP scaffold composites on top of the defect and osteoblast-β-TCP scaffold composites below the defect.

Results  Electron microscopy revealed that the induced chondrocytes and osteoblast showed fine adhesive progression and proliferation in the β-TCP scaffold. The repaired tissues in the experimental group maintained their thickness to the full depth of the original defects, as compared with the negative control group (q=12.3370, P <0.01; q=31.5393, P <0.01).

Conclusions  Perfusion culture provided sustained nutrient supply and gas exchange into the center of the large scaffold. This perfusion bioreactor enables the chondrocytes and osteoblasts to survive and proliferate in a three-dimensional scaffold.

     

兔胚胎软骨细胞移植修复关节软骨缺损的初步研究

目的　采用兔胚胎软骨细胞培养移植修复关节软骨缺损 ,并对其组织形态学进行观察。方法　在成兔股骨内侧髁作关节软骨缺损模型 ,实验组采用生物蛋白胶与胚胎软骨细胞相混后 ,植入兔膝关节实验性软骨缺损区 ,对照组不做任何处理或单纯用生物蛋白胶移植修补 ,分别于术后 4、8、1 2周观察关节软骨缺损修复的情况 ,并对其进行组织学评分。结果　实验组在胚胎软骨细胞移植 8、1 2周后 ,于缺损区内可形成透明软骨 ,组织评分及效果评定优于对照组。结论　胚胎软骨细胞移植组所产生的修复组织接近正常软骨组织 ,明显优于对照组     

可注射型骺板软骨水凝胶的制作及特性研究

目的 构建具有良好可塑性和生物特性的组织工程化骺软骨。 方法 制备胎牛骺软骨细胞外基质（cattlearticular cartilage extracellular matrix,CACECM）,复合藻酸钙（ 加10% 葡萄糖酸钙） 制备成可注射性水凝胶材料,行DNA 及糖胺聚糖（glycosaminoglycan,GAG） 定量检测。再与体外扩增的2 周龄新西兰白兔第二代骺软骨细胞复合培养,并植于实验兔背部脊柱两旁皮下,8 周后取材进行形态学观察及组织学检测。 结果 制备的可注射型水凝胶材料有较好的生物性能,培养出的组织工程化骺软骨组织细胞生长良好,具有分泌软骨基质功能。 结论 将异体脱细胞骺软骨细胞外基质与藻酸钙及葡萄糖酸钙结合,可以作为良好的可注射型水凝胶材料应用于组织工程化骺软骨的构建。     

缓释TGF-β3的去细胞软骨微丝/温敏型水凝胶复合支架的制备

目的：探讨一种可注射且能缓释TGF-β3的去细胞软骨微丝/温敏型水凝胶复合支架的制备方法。方法：使用去污剂-酶化学消化法和层层自组装技术制备缓释TGF-β3 的去细胞软骨微丝,混入温敏型水凝胶后制成缓释TGF-β3的去细胞软骨微丝/温敏型水凝胶复合支架,用ELISA试剂盒检测TGF-β3缓释情况;然后再将骨髓间充质干细胞（BMSCs）与复合支架共培养,显微镜下观察细胞生长情况,Western blot法检测Collagen II（Col II）、Aggrecan（AGG）和SOX9表达水平。结果：复合支架在低温状态下为溶胶状态,当温度升高至37 ℃时变为凝胶状态;复合支架中的TGF-β3 可有效缓释25 d左右;BMSCs在复合支架上生长情况良好,细胞呈现类似软骨细胞的形态,Col II、AGG和SOX9 的表达较对照组显著增加（P ＜0.05）。结论：成功制备了一种可注射且能缓释TGF-β3的去细胞软骨微丝/温敏型水凝胶复合支架,该支架能较好地诱导BMSCs成软骨分化。     

复合软骨修复材料支架的构建

目的：构建一种脱细胞软骨/GelMA复合材料支架用于修复软骨缺损。方法：对α-1,3-半乳糖苷转移酶基因敲除（GTKO）猪肋软骨脱细胞处理,得到低免疫原性脱细胞软骨基质,进行4,6-脒基-2-苯基吲哚（DAPI）染色、DNA含量检测评估脱细胞效果,苏木素-伊红（HE）染色、Masson三色染色分别评估细胞外基质结构及蛋白保留情况。再将脱细胞软骨冷冻研磨成粉末状,选取聚合物甲基丙烯酰化明胶（GelMA）溶液与脱细胞软骨粉末按不同比例均匀混合,制备一种可注射型生物材料,经紫外交联后获得可生物降解的复合支架,通过溶胀性能、储能模量检测对支架进行表征,并观察支架上细胞增殖情况。结果：天然软骨DNA含量为161.2 ng/mg,脱细胞软骨DNA含量仅为15.27 ng/mg,该种脱细胞方法效果良好。HE染色显示细胞外基质结构完整,Masson三色染色显示脱细胞组织保留了大部分细胞外基质成分。与纯GelMA相比,脱细胞软骨/GelMA复合支架溶胀率低,力学强度稍强。骨髓间充质干细胞能在支架上黏附并增殖。结论：通过可注射型脱细胞软骨/GelMA复合材料制备的支架具有低免疫原性,适宜的储能模量,良好的生物相容性,适用于软骨修复。     

基因重组人生长素对关节软骨缺损修复作用的实验研究

目的探讨基因重组人生长素(recombinant human growth hormone,rhGH)对创伤性关节软骨创伤的修复作用.方法选用大耳白兔25只,随机分成5组,每组5只.在两侧髌股关节股骨侧的关节面中心分别造成直径3.5 mm的全层关节软骨缺损.选择右侧为实验组,自术后起,膝关节内注射0.1 U/kg的r-hGF,每周3次,共4周;左侧为对照组,与实验组同一时间注射等容量生理盐水.于术后4、6、8、12、24周分别取材进行大体、光镜和透射电镜观察.结果实验组修复组织填充快,质量好.4周时缺损区充填完全浅部,再生软骨明显深部纤维组织为主.24周时再生组织与周围正常软骨外观相近,肉眼难以区分;光镜下损伤区基本恢复正常软骨组织结构;电镜下可见到大量,形态成熟为主的软骨细胞.而生理盐水对照组6周时缺损区仍有浅表凹陷,并以纤维组织性修复为主.除术后4周外,其余各期两组的组织学评分均有显著性差异(P<0.01).实验同时显示再生软骨于24周后变薄.3例修复软骨较正常薄,2例修复软骨与正常软骨厚度大致相同均无裂隙形成.结论 rhGF局部关节腔内注射,能促进创伤性关节软骨缺损的修复,为微创性修复关节软骨缺损提供了一条新途径.     

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.

     

负载骨髓干细胞来源外泌体的3D水凝胶通过调节免疫促进损伤软骨的修复

目的 分探究负载骨髓干细胞来源外泌体的GelMA水凝胶对软骨损伤的修复情况。方法 首先利用超速离心法分离提取出骨髓干细胞上清液中的外泌体,并通过外泌体透射电镜、粒径分析以及Western blot检测外泌体表面marker。检测负载外泌体的GelMA水凝胶相关性能（包括流变以及电镜）。通过BCA测蛋白法检测外泌体的释放情况,以及通过PKH26红色荧光染料标记外泌体,观察外泌体被RAW264.7细胞吞噬情况。将RAW264.7细胞种在孔板表面,分为空白对照组（Control组）、单纯外泌体组（Exo组）、单纯水凝胶组（GelMA组）、负载外泌体的水凝胶组（GelMA-Exo组）。通过q-PCR以及免疫荧光检测负载外泌体的GelMA水凝胶对于RAW264.7细胞极化的影响。建立材料/RAW264.7细胞/软骨细胞Transwell共培养模型,上室为软骨细胞,下室为材料/ RAW264.7细胞,分组与上面一致,通过q-PCR以及免疫荧光检测损伤软骨细胞的修复情况。构建大鼠膝关节软骨损伤模型,分为假手术组（Sham组）、单纯损伤组（SI组）、单纯水凝胶组（GelMA组）以及负载外泌体的水凝胶组（GelMA-Exo组）,通过HE和Masson染色检测软骨修复情况。结果 通过对提取的细胞进行多系分化能力的检测,成功获取了骨髓干细胞。通过透射电镜、粒径分析以及Western blot检测,成功分离出骨髓干细胞外泌体。负载外泌体的GelMA水凝胶明显促进RAW264.7细胞向M2型极化（P<0.05）。体外共培养模型表明负载外泌体的GelMA水凝胶能显著促进损伤软骨细胞的修复通过调节RAW264.7细胞由M1型向M2型转化（P<0.05）。HE和Masson染色表明负载骨髓干细胞来源外泌体的GelMA水凝胶明显促进软骨损伤的修复。结论 负载骨髓干细胞来源外泌体的GelMA水凝胶能够通过改善免疫微环境明显促进大鼠软骨损伤的修复。     

带蒂骨膜瓣翻转移植修复兔关节软骨缺损

目的 :设计建立一种以骨膜固有血管血供为主的带蒂骨膜瓣翻转移植修复关节软骨缺损的新方法。方法 :用墨汁混合液血管灌注观察大耳白兔股骨外髁部切取的“U”形骨膜瓣模型的血供。取大耳白兔 32只 ,在双膝股骨髌面外侧造成 5mm× 8mm的全层软骨缺损 ,分别行带蒂骨膜瓣 (实验组 )和游离骨膜移植 (对照组 ) ,术后 2周、4周、8周、12周取材行组织形态学观察。结果 :该骨膜瓣模型的血供主要来自骨膜固有血管 ,可维持骨膜瓣的存活。术后 4周 ,对照组和实验组新生组织的优势组织性质分别为纤维组织和幼稚软骨 ,术后 12周 ,实验组有75 %的优势组织性质为类透明软骨 ,对照组为 12 .5 % ,2组比较差异有统计学意义 (P <0 .0 5 )。结论 :带蒂骨膜瓣移植的成软骨能力优于自体游离骨膜移植 ,且取材简便、术式简单、操作容易。     

Kartogenin与软骨修复的研究进展

骨关节炎是一种由多因素引起的退行性病变,以关节软骨退化、关节边缘和软骨下骨反应性增生为特征,而干细胞用于软骨再生有良好的发展前景.目前,一种新的小分子化合物kartogenin(KGN)被发现,它拥有极强的促软骨分化能力,能有效地促进间充质干细胞向软骨细胞分化.当KGN可明显抑制白介素1β(interleukin 1β,IL-1β)引起的细胞外基质和蛋白聚糖的减少,同时KGN对于促进软骨细胞分泌物lubricin的分泌与转化生长因子β1(transforming growth factor β1,TGF-β1)、骨形态发生蛋白7(bone morphogenetic protein 7,BMP-7)具有协同作用,此外,KGN还促进腱-骨连接处形成软骨样组织,并且与壳聚糖结合的KGN较未结合的KGN成软骨能力更强.本文就KGN对于软骨修复的研究进展作一综述.