骨髓间充质干细胞移植治疗四肢骨折骨不连:实验成果与转化应用

背景:利用骨髓间充质干细胞在特定的诱导条件下可分化为成骨细胞的特性,直接在骨折骨不连部位进行自体骨髓间充质干细胞移植,这一新技术受到广大骨科临床医师的关注。目的:总结分析采用骨髓间充质干细胞移植治疗四肢骨折骨不连的临床疗效。方法:检索1998至2014年西文生物医学期刊文献数据及CNKI数据库有关骨髓间充质干细胞移植治疗四肢骨折骨不连的文献,英文检索词为"bone marrow stem cells(BMSCs),stem cell transplantation(SCT),nonunions,tissue engineering",中文检索词为"骨髓间充质干细胞,干细胞移植,骨不连"。排除内容重复和缺乏原创性文献,保留36篇文献做进一步分析。结果与结论:将骨髓间充质干细胞移植到骨不连断端骨组织,可诱导其分化为成骨细胞来修复骨不连、骨缺损,为临床应用奠定了理论基础。骨髓间充质干细胞具有明确的骨缺损修复能力,众多研究表明采用骨髓间充质干细胞移植治疗四肢骨折骨不连是安全、有效的。     

转碱性成纤维细胞生长因子基因组织工程骨修复兔骨缺损

背景：生物活性玻璃是一类具有良好生物活性及骨修复特性的生物医用材料,将其与血、脱钙骨基质或与骨形态发生蛋白等混合来促进成骨形成,增加强度,骨愈合更接近于天然骨结构。 目的：观察生物活性玻璃结合转碱性成纤维细胞生长因子基因骨髓间充质干细胞构建组织工程骨修复兔骨缺损的效果。 方法：以生物活性玻璃作为转碱性成纤维细胞生长因子基因骨髓间充质干细胞的可吸附载体,体外构建组织工程骨,将其植入兔桡骨中段10 mm骨缺损处,以自体骨移植组、生物活性玻璃/骨髓间充质干细胞组和空白组作为对照,术后2,4,8,12周进行影像学、病理组织切片、生物力学测试,观察各组骨缺损修复效果。 结果与结论：以生物活性玻璃作为转碱性成纤维细胞生长因子基因骨髓间充质干细胞的可吸附载体,体外构建的组织工程骨植入兔桡骨骨缺损的成骨效应、骨愈合后的抗扭转强度明显优于其他各组(P < 0.01)。说明生物活性玻璃结合转碱性成纤维细胞生长因子基因骨髓间充质干细胞构建的组织工程骨可用于骨缺损修复,优于自体骨移植。     

聚左旋乳酸/壳聚糖纳米纤维三维多孔支架复合骨髓间充质干细胞修复兔骨缺损**△

背景：骨髓间充质干细胞具有向多种间质细胞谱系分化的能力,且支架材料的性能对骨缺损的修复有重要影响。 目的：观察聚左旋乳酸/壳聚糖纳米纤维三维多孔支架复合骨髓间充质干细胞治疗骨缺损。 方法：对骨缺损模型兔分别采用空白植入、髂后上棘自体松质骨移植、聚左旋乳酸/壳聚糖纳米纤维多孔支架移植和复合了骨髓间充质干细胞的聚左旋乳酸/壳聚糖纳米纤维多孔支架移植修复缺损部位。 结果与结论：至移植12周,移植复合了骨髓间充质干细胞的聚左旋乳酸/壳聚糖纳米纤维多孔支架的实验兔的缺损处有骨组织生成,支架材料降解,已完成缺损修复,其修复情况接近松质骨组;髂后上棘自体松质骨移植的实验兔的缺损修复完好,新形成的骨组织较规则;只植入聚左旋乳酸/壳聚糖纳米纤维多孔支架的实验兔有少量骨组织形成,材料部分降解;空白植入的实验兔缺损处无新生骨组织生成,主要由纤维结缔组织填充。说明新型的生物支架材料聚左旋乳酸/壳聚糖纳米纤维三维多孔支架与来源于新西兰大白兔的骨髓间充质干细胞复合培养后,植入同种异体兔股骨髁缺损处,使骨缺损的修复速度加快,表现为较好的体内诱导成骨的作用。     

异体皮质人工骨复合物治疗骨折不愈合及骨缺损

背景：异体皮质干燥异体骨为多孔状结构,孔均匀且相互贯通,孔径200 µm 左右,在形态结构上与人类无机骨极为相似。 目的：观察应用骨形态发生蛋白-骨髓间充质干细胞-异体皮质人工骨复合物治疗骨折不愈合及骨缺损的临床效果。 方法：选择33例创伤性骨缺损患者,其中男19例,女14例;年龄26-85岁。首先提取患者自体骨髓间充质干细胞,进一步以异体皮质人工骨为支架材料,同时导入骨形态发生蛋白和骨髓间充质干细胞,通过人工合成方式制成骨形态发生蛋白-骨髓间充质干细胞-异体皮质人工骨复合物,植入骨缺损处,每例植入人工骨复合物20-45 g。 结果与结论：随访6个月-2.5年,根据Mankin及Komender等对同种异体骨移植结果的评分标准,满意32例,不满意1例。复查X射线片示32例达骨性愈合,其中新鲜骨折愈合时间2-7个月,陈旧性骨折愈合时间4-9个月。同种异体松质骨6-9周开始与自体骨融合爬行替代。1例感染性骨缺损移植后迟发性感染,去除内固定及同种异体骨,置管冲洗、局部稳定后再次植骨愈合,随访2年1个月骨感染未复发;1例钢板松动致骨折未愈合,再次行内固定、自体骨移植后骨折愈合。表明应用骨形态发生蛋白-骨髓间充质干细胞-异体皮质人工骨复合物治疗骨折不愈合及骨缺损无明显不良反应,修复效果良好。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;组织工程全文链接：     

骨髓间充质干细胞作为干细胞参与生物材料异位诱导成骨

背景:体内骨组织工程是在骨或非骨部位植入具有骨诱导活性的生物材料,利用机体作为生物反应器去构建组织工程骨,以修复骨缺损。骨移植物所具备的优良生物相容性和机械性能为骨移植开辟新的治疗途径。然而,其相关干细胞来源尚不清楚。目的:探索骨髓间充质干细胞作为干细胞是否参与生物材料的异位诱导成骨。方法:分离纯化雄性beagle犬的骨髓间充质干细胞。将培养至第3代骨髓间充质干细胞移植入雌性beagle犬体内,建立同种异体骨髓移植模型,同期将双相钙磷陶瓷植入受体犬竖脊肌内。6周后,获取骨构建物标本,利用原位荧光杂交技术对骨移植物Y染色体进行示踪。结果与结论:原位荧光杂交结果显示Y染色体在骨构建物中有荧光信号表达,表明骨髓间充质干细胞可通过血液循环途径募集到异位生物材料处,形成骨组织。结果提示骨髓间充质干细胞参与生物材料异位诱导成骨,是生物材料异位诱导成骨干细胞来源之一。     

动物源性骨软骨支架复合骨髓间充质干细胞/软骨细胞修复兔膝关节骨软骨复合缺损

背景:以往支架材料修复骨软骨的实验大都存在骨软骨耦合界面修复不良的情况.目的:观察骨髓间充质干细胞/软骨细胞复合动物源性骨软骨支架修复兔膝关节骨软骨复合缺损的可行性.方法:将新西兰大白兔随机抽签分为实验组、对照组、空白组,制作单侧膝关节骨软骨复合缺损后,实验组于骨缺损处植入自体骨髓间充质干细胞/诱导分化的软骨细胞与同种...     

自体骨髓间充质干细胞载体复合物修复骨缺损的组织学观察

背景：在骨缺损修复过程中,从修复质量、免疫排斥和疾病传播等多方面来衡量,自体骨都是最佳的选择,但来源有限且取骨区可能产生并发症,给骨缺损的修补及自体骨移植临床应用带来了很大局限。 目的：以含自体骨髓间充质干细胞脱钙骨载体复合支架材料植入骨缺损的同时,向植入处微环境内添加碱性成纤维细胞生长因子等因素,从而达到增强骨修复能力,改进修复效果的目的。 方法：选择3月龄新西兰大耳白兔45只,建立双侧前臂桡骨中下段骨-骨膜缺损模型,然后将实验兔等分为3组：实验组、对照组和空白组,均于左侧髂骨和股骨转子处抽取骨髓,分离培养扩增骨髓间充质干细胞后,与不同材料体外复合,植入兔桡骨干10 mm缺损处。实验组兔缺损处植入骨髓间充质干细胞、脱钙骨、藻酸钙、碱性成纤维细胞生长因子、维生素C;对照组兔缺损处植入骨髓间充质干细胞、脱钙骨、藻酸钙;空白组兔双侧缺损处均不植入任何材料,自然愈合。 结果与结论：植入后30,60,90 d各组之间组织学检查新骨生成速度、生成量差异均有显著性意义。实验组兔缺损修复部位骨痂和移植物化骨及材料降解明显快于对照组和空白组;但对照组和空白组兔缺损修复部位残存物明显多于实验组。实验组兔骨缺损以多点方式直接成骨,对照组和空白组则从两端以“爬行替代”方式成骨。空白组兔自然愈合后90 d骨缺损均无愈合。说明植入体外培养移植物的同时向该植入微环境添加碱性成纤维细胞生长因子和维生素C等有利骨修复,提高骨损伤的愈合。中国组织工程研究杂志出版内容重点：干细胞;骨髓干细胞;造血干细胞;脂肪干细胞;肿瘤干细胞;胚胎干细胞;脐带脐血干细胞;干细胞诱导;干细胞分化;组织工程全文链接：     

软骨组织工程中种子细胞的应用

<正>1骨髓间充质干细胞向纤维软骨细胞表型的诱导分化2自体骨膜复合骨髓间充质干细胞移植修复兔关节软骨缺损3兔脂肪干细胞体外构建组织工程软骨:负载胰岛素样生长因子1基因的作用     

骨髓间充质干细胞与小肠黏膜下层复合构建组织工程骨膜

背景：用骨膜修复骨缺损,已被大量实验所证实。但其来源有限,限制了临床大量应用。因此,应用组织工程学的原理和方法构建人工骨膜,值得进一步探索和研究。 目的：将经成骨诱导的兔骨髓来源的间充质干细胞与猪小肠黏膜下层复合构建组织工程骨膜。 方法：取健康新西兰幼兔骨髓,密度梯度离心法分离骨髓间充质干细胞并进行体外扩增培养、成骨诱导分化及鉴定。将诱导分化的骨髓间充质干细胞与猪小肠黏膜下层复合构建组织工程骨膜。观察细胞在生物材料上附着、生长、增殖及细胞分泌细胞外基质情况。 结果与结论：经成骨诱导的兔骨髓间充质干细胞在猪小肠黏膜下层上黏附、增殖速度加快,并能长入材料的孔隙内,分泌大量的细胞外基质成分,骨膜厚度随复合培养时间的延长而增加,类似生物骨膜。说明将经成骨诱导的骨髓间充质干细胞与小肠黏膜下层复合可以构建具有生理功能的组织工程骨膜。     

同种异体骨髓间充质干细胞的研究现状

背景：自体骨髓间充质干细胞移植是近年来在治疗关节软骨缺损较新的方法,但在临床上,急性骨软骨缺损很难在短时间内应用自体骨髓间充质干细胞修复,而同种异体的骨髓间充质干细胞可以提前制备,以备应用。 目的：系统分析同种异体骨髓间充质干细胞的免疫调节及抑制研究。 方法：以“Bone Mesenchymal Stem Cells,immunomodulation activity,immunosuppression;同种异体骨髓基质干细胞,免疫调节活性,免疫抑制”为关键词,由第一作者检索1990/2009 PubMed及万方数据库有关同种异体骨髓间充质干细胞免疫调节及抑制研究方面的文献。 结果与结论：虽然移植同种异体细胞有可能被受体体内的免疫系统攻击,但骨髓间充质干细胞是例外,因为它是免疫调节细胞,具有抑制免疫反应的作用。骨髓间充质干细胞对T细胞、B细胞、自然杀伤细胞和抗原提呈细胞均具有抑制作用。骨髓间充质干细胞是从骨髓中分离出来的组织工程细胞群,它携有免疫抑制相关标志,并在体外抑制同种异体T细胞增殖,因此骨髓间充质干细胞可用于同种异体细胞治疗。骨髓间充质干细胞为临床上同种异体骨髓间充质干细胞修复于关节软骨缺损提供了一种崭新的方法。     

组织工程骨技术治疗骨缺损的优越性

文题释义：骨缺损：是部分骨骼的缺失,小部分骨缺损机体可以自我修复,但当缺损长度超过缺损骨横径的1.5倍时,则会造成缺损处迁延不愈的情况,是临床常见病,其中四肢骨缺损最为常见。发病原因主要有高能量直接损伤和感染,以及肿瘤和骨髓炎所致也较为常见,目前对于骨缺损治疗方面有着治疗周期长,成本高,疗效不可控,并有感染、骨不连等并发症。 组织工程骨技术：是将组织工程技术应用到治疗骨缺损上,其方法是从患者自身提取出所需的种子细胞,在体外经过特殊的体外培养技术,使其大量增殖,然后把培养的种子细胞放置在适合缺陷部位形态结构的细胞支架上,接着将植入种子细胞的支架放入到已经清创的骨缺损部位,随着种子细胞的成骨作用,支架材料也开始降解,最终完成骨缺损的治疗。 背景：随着当今社会的不断发展,车祸等所造成的创伤性骨缺损越来越多见,骨缺损范围越来越大,目前骨缺损治疗有着治疗周期长、所需花费高、疗效不可控制的特点,并有感染、骨不连等并发症,给患者身心健康造成了巨大的痛苦,同时对骨科医生来说是难题也是挑战。 目的：分析传统骨缺损治疗方法的优缺点以及其最新进展,着重探究组织工程技术领域治疗骨缺损的研究进展及其优越性,作一综述。 方法：作者以“骨缺损,骨移植,组织工程,诱导膜技术,骨搬移技术,内皮祖细胞,3D打印技术”为中文关键词,以“bone defect,bone transplantation,tissue engineering,induced membrane technology,bone transfer technology,endothelial progenitor cells,3D printing technology”为英文关键词,通过检索CNKI、万方和PubMed数据库归纳总结,检索到120篇相关文献,并通过对于题目、摘要和部分文献内容的阅读,排除了时效性不强、结论模糊、重复的文献,最后纳入符合标准的49篇文献进行综述。 结果与结论：①传统骨缺损治疗方式大都存在一定的缺陷,组织工程骨技术的出现有望成为骨缺损治疗最有效的方式;②种子细胞有着良好的成骨性能并能分泌促进成骨的一些重要因子;③支架材料可为患者早期提供机械强度,有着良好生物相容性、骨诱导性、可控降解性等优势;④迫在眉睫的血管化问题也在逐步解决,能够为骨缺损患者带来福音。 ORCID: 0000-0003-3706-0771(秦宇星) 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     

骨基质明胶/煅烧骨基质重组人工骨对骨髓间充质干细胞成骨潜能的影响

背景：前期实验发现单纯骨基质明胶材料与骨髓间充质干细胞复合后具有较好的成骨能力,修复骨缺损效果较好,但单纯骨基质明胶降解速度快,硬度差,不能用来修复承重区域的骨缺损。 目的：观察骨基质明胶/煅烧骨基质重组人工骨与骨髓间充质干细胞复合培养后细胞成骨潜能的变化。 方法：利用骨基质明胶和煅烧骨基质制备重组人工骨,并与大鼠骨髓间充质干细胞复合培养48 h,用茜素红染色检测复合培养后细胞的成骨潜能。 结果与结论：细胞在复合材料上能够很好的黏附、生长以及增殖,与重组人工骨复合培养后,细胞的成骨潜能和细胞表型无明显变化。表明重组人工骨易于与骨髓间充质干细胞结合,对细胞成骨潜能无影响,生物相容性良好。     

振动应力刺激骨髓间充质干细胞修复兔骨缺损

背景：研究证实,力学因素可调控、诱导骨髓间充质干细胞定向分化为骨细胞,提高分化效率。 目的：观察振动应力刺激对兔骨缺损微环境中骨髓间充质干细胞移植修复肱骨骨缺损成骨分化能力的影响。 方法：24只兔按随机数字表法分为非振动单纯骨基质明胶组、非振动骨基质明胶+骨髓间充质干细胞复合植入组、振动骨基质明胶+骨髓间充质干细胞复合植入组,每组8只,建立兔肱骨骨缺损模型。振动组兔置于振动平台,以0.3 G的加速度,25 Hz,正弦波型,1次/d,30 min/次,持续4周施加振动刺激。 结果与结论：造模4周后,大体观察结果显示,振动组骨痂生长良好,组织学切片显示其新生骨量较多,可见大量成骨细胞,骨缺损与断端形成骨性连接;振动组Ⅰ型胶原蛋白、RUNX2 mRNA表达水平明显高于非振动组。提示振动应力刺激可促进骨缺损微环境中骨髓间充质干细胞的成骨分化能力,提高Ⅰ型胶原蛋白、RUNX2 mRNA表达水平,从而加速骨缺损修复的进程。     

Ectopic bone regeneration by human bone marrow mononucleated cells, undifferentiated and osteogenically differentiated bone marrow mesenchymal stem cells in beta-tricalcium phosphate scaffolds

Tissue engineering approaches using the combination of porous ceramics and bone marrow mesenchymal stem cells (BMSCs) represent a promising bone substitute for repairing large bone defects. Nevertheless, optimal conditions for constructing tissue-engineered bone have yet to be determined. It remains unclear if transplantation of predifferentiated BMSCs is superior to undifferentiated BMSCs or freshly isolated bone marrow mononucleated cells (BMNCs) in terms of new bone formation in vivo. The aim of this study was to investigate the effect of in vitro osteogenic differentiation (β-glycerophosphate, dexamethasone, and l-ascorbic acid) of human BMSCs on the capability to form tissue-engineered bone in unloaded conditions after subcutaneous implantation in nude mice. After isolation from human bone marrow aspirates, BMNCs were divided into three parts: one part was seeded onto porous beta-tricalcium phosphate ceramics immediately and transplanted in a heterotopic nude mice model; two parts were expanded in vitro to passage 2 before cell seeding and in vivo transplantation, either under osteogenic conditions or not. Animals were sacrificed for micro-CT and histological evaluation at 4, 8, 12, 16, and 20 weeks postimplantation. The results showed that BMSCs differentiated into osteo-progenitor cells after induction, as evidenced by the altered cell morphology and elevated alkaline phosphatase activity and calcium deposition, but their clonogenicity, proliferating rate, and seeding efficacy were not significantly affected by osteogenic differentiation, compared with undifferentiated cells. Extensive new bone formed in the pores of all the scaffolds seeded with predifferentiated BMSCs at 4 weeks after implantation, and maintained for 20 weeks. On the contrary, scaffolds containing undifferentiated BMSCs revealed limited bone formation only in 1 out of 6 cases at 8 weeks, and maintained for 4 weeks. For scaffolds with BMNCs, woven bone was observed sporadically only in one case at 8 weeks. Overall, this study suggests that ectopic osteogenesis of cell/scaffold composites is more dependent on the in vitro expansion condition, and osteo-differentiated BMSCs hold the highest potential concerning in vivo bone regeneration.     

纤维蛋白胶复合骨形态发生蛋白2塑形Bio-oss修复下颌骨缺损

背景：Bio-oss的颗粒状结构通常应用于洞形缺损的充填性移植,对于三壁以上的缺损修复难以成形。 目的：评价Bio-oss以纤维蛋白胶复合骨形态发生蛋白2作为赋形材料后的成骨性能。 方法：拔除9条杂种犬双侧下颌第2,4前臼齿及第2臼齿,造成1 cm×1 cm的骨缺损区,将Bio-oss+纤维蛋白胶+骨形态发生蛋白2、Bio-oss+纤维蛋白胶及Bio-oss材料分别植入第2,4前臼齿及第2臼齿骨缺损区。 结果与结论：各组软组织均一期愈合。Bio-oss复合纤维蛋白胶后,骨粉结合紧密,不易剥离。术后4,8,12周时 Bio-oss+纤维蛋白胶+骨形态发生蛋白2组新生骨百分率均高于其他两组(P < 0.05)。表明纤维蛋白胶的加入可以解决Bio-oss成形困难的问题,骨形态发生蛋白2的加入可促进成骨效果。     

异种去蛋白松质骨复合骨髓间充质干细胞修复骨缺损的组织学变化

背景：目前应用各种人造支架复合细胞修复骨缺损研究很多,但是各种人造支架都没有骨的天然结构,所以修复效果不够理想。 目的：将大鼠骨髓间充质干细胞接种到异种去蛋白松质骨上,移植修复大鼠股骨节段性缺损,以体内修复效果来评价复合体应用前景。 方法：分离培养大鼠骨髓间充质干细胞并进行扩增,用BrdU体外进行标记。同时制备牛去蛋白松质骨,在体外与标记后的细胞复合。制备大鼠双侧股骨中段5 mm缺损模型,实验分成3组,缺损处分别移植骨髓间充质干细胞/去蛋白松质骨复合体、单纯去蛋白松质骨及单纯骨髓间充质干细胞。 结果与结论：BrdU免疫染色结果显示,在各组细胞均呈阳性表达,但随着移植时间的延长而减弱。X射线放射学评分及苏木精-伊红染色组织学评分结果显示,各时间段复合体组成骨效果均好于其他组。复合体组Ⅰ型胶原蛋白表达随着时间的延长有明显增强,强于其他组。提示骨髓间充质干细胞复合异种去蛋白松质骨的成骨能力明显强于单纯的支架修复能力,单纯的骨髓间充质干细胞虽然有成骨能力,但不能修复节段性骨缺损。     

骨形态发生蛋白9的成骨效应研究与进展

背景：组织工程人工骨是解决传统植骨骨量不足,新骨形成缓慢的有效途径,而寻找促进细胞增殖和成骨分化的因子和技术是目前研究组织工程骨的关键领域。 目的：全面了解骨形态发生蛋白9的成骨机制、作用及表达纯化的方法,为更好的实现成骨分化因子在临床促进骨形成,解决骨缺损修复奠定基础。 方法：检索PubMed数据库2000-01/2010-12及CNKI数据库2006-01/2010-12收录的骨形态发生蛋白9相关综述和论文报告,并分析其成骨机制、作用及表达纯化的方法几个方面的研究进展。 结果与结论：共纳入骨形态发生蛋白9的相关文献21篇。在骨形态发生蛋白9诱导成骨过程中,经典Wnt信号通路、Hey1、碱性螺旋-环-螺旋蛋白和过氧化物酶增殖体活化受体γ2、激活素受体样激酶1和2、胰岛素生长因子2及类维生素A等机制都起着重要的作用。目前,骨形态发生蛋白9已经在体内外被证实是成骨能力最强的转化生长因子。对骨形态发生蛋白9的研究主要是通过重组腺病毒作为载体,但目前构建的病毒载体会有许多编码蛋白质的基因,其表达产物免疫原性很强,应用上存在安全隐患。有学者将真核质粒作为载体,转染真核细胞中,得到骨形态发生蛋白4。能否用此方法得到骨形态发生蛋白9,从而解决腺病毒应用的安全性问题,为临床治疗骨缺损等提供生物技术支持,还有待进一步的研究证实。     

组织工程人工骨材料修复长骨节段性缺损的现状与展望

背景：骨移植、人工替代物置换、骨延长等长骨节段性缺损修复方法虽已在临床上应用,但均有各自的局限性。 目的：就目前骨缺损的治疗加以回顾总结,并对长骨大段性缺损的修复方式作展望性分析。 方法：由第一作者检索PubMed数据库、中文生物医学文献期刊数据库2000-01/2010-12有关长骨大段性缺损修复的文章。英文关键词为“bone defect, bone tissue engineering,artificial bone,bone transplantation,therapy”,中文关键词为“骨缺损,骨组织工程,人工骨,骨移植,治疗”。排除标准陈旧性文章及重复性研究。 结果与结论：保留33篇文献进行文献证据提取。长骨节段性缺损的治疗包括自体骨移植、异体骨移植、骨延长、人工骨替代移植等,以组织工程人工骨的研究、利用为热点和主要发展方向,但以基础性研究和动物实验为多,少见于临床应用。组织工程人工骨在应用于临床长骨缺损治疗之前,尚存诸多问题急需解决,但仍为最有开发前景的骨缺损修复材料。