组织工程学在骨缺损中的应用研究

摘要：如何促进骨缺损的快速愈合，一直以来都是骨科领域努力解决的问题。近几年来组织工程学的提出和发展为医学难题开辟了新的解决途径与方法。这些方法都不同程度地存在着来源局限且有创，免疫排斥及成骨能力不确定等一些缺点，对较大骨缺损进行骨移植时，新骨形成之前移植骨可能已经被机体吸收掉，造成植骨失败。骨折端因某种原因丧失了少部分的骨质，形成比较大的间隙，称为骨缺损。临床上十分常见，治疗也相当的困难。传统治疗方法有：自体骨移植、生物材料、同种异体骨移植和替代等。

关键词：骨缺损 组织工程学 种子细胞

【中图分类号】R4 【文献标识码】A 【文章编号】1671-8801（2014）04-0012-01

1 种子细胞

组织工程是工程学和生命科学的使用原则，以生物材料为载体，整合分离的细胞，并能在宿主体内降解释放细胞形成新的有功能组织的学科。骨组织工程的研究主要包括：种子细胞的来源和文化；细胞载体材料的研究和开发，各种各样的因素在组织培养调节作用。随着骨组织工程的研究的快速发展，组织工程骨在临床应用领域已经成为最有前途的组织工程之一。本文将种子细胞的特点，支架材料、生长因子、功能、实验研究和应用其在临床的应用评估如下：骨组织工程中具有广阔的应用前景，其中，种子细胞的选择和优化是一个重要的环节，选择合适的种子细胞，是组织工程研究的关键一步，并从实验室到临床应用的重要转变。种子细胞主要来源：骨髓、骨、骨膜、骨外组织。其中骨髓由于取材相当方便，对机体损伤比较小，骨髓中的基质细胞容易体外扩增，自体移植无免疫排斥性，并在诱导因子作用下，可以使其向成骨细胞分化，而且具备广阔的应用前景，被看作为首选的种子细胞之一。骨髓基质细胞的成骨效应是由于骨髓基质细胞能转变为成骨细胞或软骨细胞，产生基质，形成新骨，并能使骨缺损修复。并且能自发分泌成一些因素，诱导周围结缔组织中的少数间充质细胞成骨细胞。合适骨髓基质细胞在体外培养条件下可以对成骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞、肌肉细胞和其它间充质来源的组织细胞分化。所以，又称为间充质干细胞。研究表明，BKSc中含有大量的诱导性骨祖细胞和定向性骨祖细胞。定向性骨祖细胞又能定向转变为成骨祖细胞而成骨，诱导性成骨细胞可以在异位移植或者自体移植时，能自发地分化成为骨组织诱导性骨祖细胞，能在诱导因子的作用下分化成为成骨细胞；BMP存在在骨基质中，是一种有效的诱导物，并在促进骨缺损的修复中，BMP作为诱导因子，靶细胞是一种未分化、有活力的间充质细胞，对已分化的骨细胞是完全没有作用。而且BMP能有效地诱导BM Sc中的诱导性骨祖细胞分化成为成骨细胞，这种诱导机理还不明确。

2 支架材料

在组织工程研究中，寻找能充分发挥潜在的组织再生细胞支架材料是核心内容之一。支架材料不仅影响细胞生物学效率和开发，并决定种子细胞移植后是否与机体完全地适应，结合和修复的效果，是限制组织工程真正应用于临床应用领域的一个重要关键因素。理想的支架材料应该具备以下五个特征：①具有三维多孔的立体结构，而且有利于细胞的植入和贴附，涉及细胞养分的渗入和代谢产物的排出。②良好的组织兼容性，无免疫性。③良好的细胞接口，良好的的表面调控性，且有利于细胞的贴附，能为细胞在其表面生长，增殖，分泌基质提供一个良好的环境。④必须具有一定的可塑性和机械强度：材料也可能加工成所需要的形状，具有一定的机械强度，在植入体内后的一定时间内仍可保持原来的形状，使新形成的组织具有一定的外形，目前常用的支架材料按来源分为：人工合成支架材料和天然支架材料两大类。

3 生长因子

在骨创伤早期，生长因子主要开始形成骨细胞活性，促进骨生成，后期作用并逐渐减弱，并参与骨的生长调节。生长因子具有诱导和刺激细胞增殖，并维持细胞存活等生物效应的蛋白类物质，促进细胞增殖、组织或血管的修复和再生都具有重要的增进作用。骨髓基质中含有很多种生长因子，如转化生长因子类胰岛素生长因子、骨形态发生蛋白（BM P）、碱性和酸性成纤维生长因子、血小板衍生生长因子等等。到目前为止研究最多的是BMP和转化生长因子B。BMP是1965年的时候被发现，并被提出。到目前为止是最有效的促骨生长因子，并能诱导间充质细胞分化成为：成骨细胞和骨细胞，并促进钙化作用，产生钙化的骨基质生长。它有许多种克隆，其中以BMP-2诱导骨化活性最为强大。许多学者利用基因工程将生长因子基因植入骨髓基质细胞，并使细胞增殖，同时表达所需要的定向分化生长因子，通过使用自体分泌的方式来调节，促进细胞增殖和分化。

4 存在的问题与研究的展望

应用组织工程学原理修复骨缺损是一种新的和有前途的道路，其相关的生命科学、工程、细胞生物学、免疫学、材料科学等领域，是目前研究的重要热点，其主要表现在：细胞的来源、保存和组织移植的生长环境；聚合物生物材料研究；生长因子和植物细胞和可降解材料整理后修复骨缺损后组织的集成研究。现在需要解决的是：明确分化和增殖的细胞在体外培养的调控机制；加强组织的生物可降解材料集成修复后的研究，明确诱导因子对成骨细胞的促进作用。掌握成骨细胞最佳训练密度和繁殖；建立成骨细胞的成骨细胞库和大规模系统的成骨细胞培养体系；改善细胞物质相互作用，研究和开发优良的基质材料，解决人工聚合材料，是不能满足临床标准问题的。

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