1、骨科中干細胞的應用研究         摘要一般認為干細胞是指存在于組織中數目很少的一些分化相對靜止的細胞。這些細胞具有兩個方面的重要潛能特點，即具有不對稱性細胞分裂的能力和自我更新的能力。本文將作一些這方面的研究。 關鍵詞骨髓間充質干細胞；組織工程；骨科 Friedenstain等于1987年又發現在塑料培養皿中培養的貼壁的骨髓單個核細胞在一定條件下可分化為成骨細胞、成軟骨細胞、成脂肪細胞和成肌細胞，而且這些細胞擴增2030代后仍保持其多項分化潛能，稱其為BMSCs。其連續傳代培養或冷凍保存后仍具有多項分化潛能，

2、而且可以保持正常的核型和端粒酶活性，但不能自發分化。只有在體外特定的誘導條件下，可以向成骨細胞、軟骨細胞、肌細胞、神經細胞等方向分化。基于這種強大的分化潛能及易于分離培養，遺傳相對穩定的特性，使其在組織工程、細胞治療方面得到了日益廣泛的應用，在骨科領域也顯示出了其不同于傳統治療方式的優越性。現將BMSCs在骨科應用綜述如下。 1骨缺損修復方面 BMSCs復合支架材料治療骨缺損的實驗研究中，Borden等在大段骨缺損動物模型中應用BMP-7及BMSCs復合多聚微球基質材料，發現BMP-7能誘導新骨長入，穿過移植物，使BMSCs的成骨活性增強。Quarto等用BMSCs與羥基磷灰石構建組織工程骨植

3、入長骨缺損區，均完全恢復肢體功能。朱文雄等采用第5代SD大鼠BMSCs，經熒光標記后，調配制成的1×106個/ml細胞濃度后與BMG共同培養6h，然后植入SD大鼠雙側脛骨的實驗性骨缺損中，術后8周脛骨骨缺損區可見大量新生不規則骨纖維組織、軟骨及纖維骨痂填充，可見骨細胞、骨組織和骨小梁，已形成骨髓腔。李海豐等取第3代BMSCs，以無血清DMEM制成5×106個/ml的細胞懸液符合同種異體凍干骨復合物修復12mm節段性骨骨膜 缺損。8周時骨折端的間隙被類骨質充填，并出現大量外骨痂，16周時所有植入物都與橈骨干骨性愈合，并有新骨髓腔生成。結果表明，BMSCs與載體結合植入體內后，

4、直接增強了病變局部細胞介導的骨再生能力，能夠快速修復大段骨缺損。王之允等用第2代BMSCs符合異種松質骨載體移植于新西蘭大白兔脛骨缺損模型，術后16周缺損區骨皮質與骨端皮質連續，塑形尚可，肉眼無法分辨缺損區；24周脛骨塑形完全。以上結果表明，BMSCs用于骨組織工程學治療骨缺損具有一定的優越性，為臨床治療骨缺損提供了一種新的治療思路。沈兵等認為自體BMSCs復合同種異體生物衍生骨支架構建的組織工程骨與自體髂骨游離移植修復四肢骨缺損的臨床療效無顯著差異。 2軟骨修復 Wakitani等首次報告了用體外純化培養的自體BMSCs摻入型膠原凝膠修復兔膝關節軟骨的大片缺損，術后2周即形成透明軟骨，24周

5、缺損的關節軟骨得以修復，但修復的軟骨比正常的關節軟骨薄，有些區域缺乏軟骨蛋白多糖。Yoo等將BMSCs分離、體外培養、擴增后導入修飾基因，然后將這些遺傳修飾的細胞與軟骨誘導因子一起注入損傷集中區域，發現這些細胞的靶細胞和生物活性因子到達受損的關節軟骨處并逐漸使受損的關節軟骨得到恢復。董啟榕等抽取兔骨髓體外擴增后，與型膠原凝膠載體結合，植入兔關節缺損中，獲得透明軟骨樣修復，修復軟骨與周圍組織連接良好，認為型膠原作為載體較型膠原效果好。Walsh等對兔膝關節內側半月板部分缺損模型進行修復的研究表明，復合有自體BMSCs的型膠原海綿較單純I型膠原海綿和骨膜能更好地促進半月板的愈合，并形成組織學上與正

6、常半月板相似的纖維軟骨，但仍會出現關節的退行性變。Gangji等報告對13例（18髖）ARCO期的股骨頭壞死患者進行了為期2.5年的前瞻性隊列研究，研究發現髓心減壓 植入自體骨髓單核細胞移植組的療效明顯好于單純髓心減壓組，提出植入自體骨髓單個核細胞對股骨頭壞死的早期階段的治療是有效的，同時也比較安全。但由于少數病人和后續觀察時間短，需要進一步研究證實。BMSCs是動物體內軟骨組織損傷后的主要修復細胞，不同來源的間充質細胞修復軟骨缺損的能力不同。Nevo等比較不同干細胞對關節軟骨缺損的移植修復效果，發現自體骨髓BMSCs成功率100%，而異體骨髓BMSCs成功率僅31%。 3軟組織修復 Badi

7、avas等抽取3例病程超過1年的慢性難愈合創面患者的骨髓，體外培養并純化BMSCs后回植創面。2周后傷口面積減少，血管的真皮和真皮厚度增加，最后所有患者創面愈合，真皮重建，組織學顯示瘢痕形成減少。耿獻輝等將SD大鼠BMSCs進行體外培養擴增后，以生長狀態良好的BMSCs接種于制備好的組織工程化脫細胞真皮支架上，進行體外聯合培養，構建組織工程皮膚。結果體外培養的SD大鼠BMSCs生長良好，傳代擴增容易，組織工程化脫細胞真皮基質去細胞完全，BMSCs在脫細胞真皮基質中生長良好，可體外構建組織工程皮膚。閆國和等將人羊膜負載BMSCs移植到小香豬全厚皮膚缺損創面，術后1820d脫痂愈合。用家兔自體BM

8、SCs復合纖維蛋白膠移植于兔跟腱橫斷損傷區，結果顯示肌腱損傷后即給以腱內BMSCs復合纖維蛋白膠治療可促進肌腱愈合早期組織形態學及生物力學修復。Giuliana等將BMSCs經靜脈系統注入到一側腓腸肌損傷的動物體內，發現移植的BMSCs可以遷移至受損的腓腸肌組織中，可修復受損傷的肌肉，而對正常的肌肉則無影響。Sakai等用自體BMSCs移植治療有椎間盤退變的兔模型，分別注射至3個腰段的脊柱椎間盤，與未經過手術的IDD兔作對比，連續觀察24周，通過相關檢測得出結果：實驗組退化的椎間盤X線高度恢復91%，磁共振信號強度81%；對照組分別為67%和60%。表明在兔模型中BMSCs可有效治療退化的椎間

9、盤，表明BMSCs可能是治療退化椎間盤的一種有效方案。 4神經功能修復 Deng等采用改良Allen法造成恒河猴脊髓沖擊損傷模型。再將經bFGF預誘導和丹參酮誘導的第510代恒河猴BMSCs于損傷2周后注入實驗組猴的脊髓損傷區。結果治療組動物雙側均恢復正常疼痛退縮反射，且恢復至Tarlov23級，表明誘導后BMSCs移植促進了恒河猴脊髓損傷功能恢復。Vaquero等采用重物打擊法制造嚴重脊髓損傷大鼠截癱模型，3個月后仍無功能恢復跡象。此時，分別經原造模切口重新切開向創傷后脊髓空洞注入經雙苯酰亞胺標記的BMSCs。并以注入等量PBS作為對照組，移植后每日行為學測試，結果15d即顯示明顯和遞增的運

10、動恢復，直到移植6個月被處死時仍未進入平臺期，BBB評分為（12.8±1.3）分。Stocum等將預先用BRDU標記的成年大鼠BMSCs移植到大鼠橫斷的坐骨神經遠側殘端，結果除癥狀改善外，在損傷部位還發現具有SCHWANN細胞表型和BRDU陽性的移植細胞。廖文等用1×105的BMSCs符合ECM凝膠移植于Wistar大鼠坐骨神經缺損模型，12周好缺損區有再生神經通過，再生神經表面光滑，遠近端無斷裂，外形似正常神經，無神經瘤形成，且BMSCs符合ECM凝膠修復作用優于單獨使用ECM凝膠。可明顯促進周圍神經再生。 綜上所述，由于BMSCs，具有能夠快速擴增和多向分化等特點，使其成為再生醫學中一個非常引人注目的工具。在骨科展示了光明的應用前景。隨著對BMSCs的深入研究，一些現在難以治愈的疾病，將來有可能采用新的方法得到很好的治療。但是利用BMSCs進行基因治療骨、軟骨缺損的研究才剛起步，技術手段還不完善，其治療的安全性、有效性、載體的選擇、特定分化因子或抗炎因子的選擇與共同修飾的效果、基因轉染的方式等問題還需要深入研究和探索。徐桂華等認為BMSCs可能為惡性腫瘤的潛在起源之一。Singh等研究發現，多種癌癥的發生與干細胞的分化異常有關。因此BMSCs移植技術在臨床上得到廣泛應用，仍需