再生医学在骨科临床应用研究现状及问题

　　【关键词】  再生医学

　　目前再生医学的概念在国际上并无统一的定义，但从其内涵理解，应是指利用生物学及工程学的理论方法创造丢失或功能损伤的组织和器官，使其具备正常组织和器官的结构和功能。

　　再生医学的基础是组织工程学，包括种子细胞、生物支架、生长分化因子、干细胞治疗、基因治疗及器官移植。而人工器官由于只具备了正常器官的部分功能并无正常器官的结构组成，不应属于再生医学之列，如临床常用的人工肾、人工关节、人工晶体、人工心脏及电子耳蜗等。

　　再生医学的水平代表了一个国家、一个单位的医学水平，解放军总医院全军骨研所在此方面进行了多年的研究，且已取得了一定的成绩，如骨、关节软骨、周围神经组织工程研究，其中神经再生的研究已应用于临床，且取得了较满意的临床效果。

　　1骨科组织再生几个方面的研究现状

　　11骨组织再生的研究在骨组织再生的研究中，细胞的应用方面进行了多种来源的研究。首先利用骨膜的成骨细胞通过体外培养扩增后成功修复骨缺损；在骨髓来源的细胞中，在临床开展了骨髓血直接注射促进骨愈合。充分利用骨髓间充质干细胞的多向分化特性，在体外成功诱导为成骨细胞，在适当的载体协助下达到了骨组织再生的目的；为拓宽骨组织再生的种子细胞来源，开展了以转基因肌肉源性干细胞修复长骨缺损的实验研究；对骨组织工程支架材料进行了全面研究，包括碳酸化羟基磷灰石材料、脱钙骨基质系列材料修复骨缺损、冷冻干燥异体骨产品的应用；充分利用骨组织再生技术，在骨组织工程的支架制备方面进行仿真研究，满足股骨头初始负重的要求，利用三维成型技术制备出具有生物力学结构仿真特点的支架，较好地修复了负重区的股骨头缺损，为骨组织再生技术解决临床难题的研究中支架材料的制备提出了新的更高要求。

　　12关节软骨组织再生的研究关节软骨为透明软骨，主要由软骨细胞和细胞外基质组成。

　　121软骨组织工程种子细胞的研究

　　1211自体关节软骨细胞研究

　　解决了自体关节软骨细胞临床使用的技术瓶颈――大量扩增和细胞表型问题；目前能从少量关节软骨组织(50~150 mg），在3~4周获取足够数量(3 000万以上）的关节软骨细胞，细胞软骨表型良好，达到或优于国外同类研究水平，完全达到临床使用的标准。

　　1212同种异体关节软骨细胞

　　用藻酸钙包埋成年异体关节软骨细胞，成功地修复了关节软骨缺损，从而证实成年异体关节软骨细胞是有良好临床应用前景的种子细胞；并通过对关节软骨组织保存方法的研究，提高了供体可利用时间和利用率。

　　1213骨髓干细胞(BMSCs）

　　使用adHGF转染BMSCs促进向软骨方向分化；裸鼠体内成软骨及以诱导／转基因BMSCs作为种子细胞构建的组织工程复合体，能同时修复关节软骨和软骨下骨，证实BMSCs是良好的关节骨与软骨组织工程种子细胞。

　　1214脂肪干细胞(ATSCs）

　　从脂肪组织中能很容易地获得ATSCs，其培养周期短，增殖速度最快，传代细胞生物学性状(与BMSCs相似）稳定；弱表达Ⅱ型胶原和软骨聚糖蛋白使其更易向软骨方向转化；裸鼠体内成软骨及以诱导ATSCs作为种子细胞构建的组织工程软骨能修复关节软骨，证实ATSCs是良好的干细胞性种子细胞。因其取材更简单、取材量大、来源容易、易为患者所接受及体外培养增殖速度快等优点，是更有临床应用的前景的干细胞。

122软骨组织工程支架材料研究

　　1221化学合成支架的研究

　　PLA、PGA、PLGA等是最早用于软骨组织工程支架的材料，因其良好的生物相容性、降解速度可控性和力学强度，备受青睐。作者经过了从PLA到PLGA的过程，并在长期研究中进行了多方面的改进。尤其是双层PLGA支架，用诱导MSC，复合双层支架，同时获得了骨和软骨2种组织的修复，同单层支架比较，其软骨下骨的愈合更好。

　　1222关节软骨源性支架研究

　　异体关节软骨基质是最接近于人关节软骨细胞生长环境的材料，有非常好的临床应用前景。作者制备了关节软骨源性微载体，主要成分是Ⅱ型胶原，软骨细胞在其上增殖良好，细胞可经微载体培养后与微载体一起植入软骨缺损。人关节软骨源性微载体，经冷冻干燥，制备出关节软骨源性海绵支架。扫描电镜下见孔隙率满意，其上软骨细胞增殖良好，海绵-软骨细胞复合体修复兔关节软骨缺损效果良好，有广阔的临床应用前景。

　　123几种常见材料支架的初步比较研究

　　通过对胶原、PLGA、DBM、4种支架／材料复合自体关节软骨细胞修复关节骨软骨的比较研究，结果显示生物材料支架较化学合成支架效果好，藻酸和胶原是非常有临床应用前景的支架材料。

　　124同种异体关节软骨移植保存方法研究

　　同种异体关节软骨移植是治疗关节软骨缺损的有效方法之一。多年来由于关节软骨保存方法的限制使这种疗法的应用受到限制。针对关节软骨保存后软骨细胞的活性进行了研究，研究结果显示经用作者的方法保存的关节软骨在2周时细胞存活率仍保持在80％，而正常实验对照组在2周时则无细胞存活。动物体内试验也证明经保存的异体关节软骨具有较高的细胞存活率，可有效修复关节软骨的缺损。

　　13神经组织再生的研究

　　周围神经替代材料修复战创伤性周围神经缺损一直是骨科的研究内容。在北京市自然科学基金重点课题及总后支持下，经过7 a的潜心研究，发现化学去细胞异体神经具有免疫原性弱，保持引导神经再生的基底板层管状结构，在各种神经缺损的动物模型中可有效促进神经再生，恢复肢体的功能，可替代自体神经移植修复周围神经缺损，并在临床应用26例，取得了可靠的结果。

　　2骨科组织再生存在的 　　虽然在骨组织再生中有较为成功的技术，尤其是在非负重部位的骨组织重建已建立多种方法技术，但在负重部位皮质骨的再生中还没有较为有效的方法，如何在结构和生物力学功能上同时重建骨组织是目前研究的主要问题。

　　骨关节损伤的修复是医学界面临的重要课题。骨关节损伤主要涉及关节软骨及软骨下骨。关节软骨细胞由于被包围于基质形成的陷窝内几乎无自身再生能力。组织工程学技术的发展为关节软骨的再生创造了条件。近年来在关节软骨组织工程研究中利用软骨细胞、骨髓来源干细胞、脂肪来源干细胞及肌肉来源的干细胞为种子细胞，与各种合成或天然支架材料复合，在各种生长分化因子的作用下(直接作用或转基因），在体内外实验中已成功构建关节软骨的类透明软骨组织。目前国外已经有5～6个关节软骨组织工程产品，临床应用亦超过10 000例，在进一步的实验观察中发现再生软骨组织随时间推移最终出现退行性改变，即软骨细胞的死亡，基质成分减少，生物力学强度降低，关节出现炎性改变。目前的研究，特别是国内研究，都集中在组织工程产品阶段的研究，即下游的产出研究，对上游骨与软骨再生的机理的基础研究很少涉及，因此到目前为止对再生的机理，包括软骨细胞扩增和老化机理、干细胞诱导分化的机理、细胞与支架的相互作用、力学刺激与再生组织成熟等问题仍然十分模糊，因此不可能从根本上对组织工程骨或软骨进行针对性的改良，从而极大地影响了骨关节再生技术的临床实践。在研究软骨组织再生的基础上，必须对骨关节损伤的基本问题加以研究，解决再生修复组织的退行性改变，保持关节软骨的正常结构及功能，实现在骨关节损伤修复中的重要突破。

　　在周围神经再生的研究中，从动物实验到临床应用进行了大量的研究，虽然其结果证实化学去细胞异体神经由于保持了完好的纤维管道支架系统，可促进神经轴突的再生，可替代自体神经移植在临床应用，但是由于包括自体神经移植在内的神经轴突生长速度还不够快，目前无论是自体神经移植还是去细胞异体神经移植均不能防止肢体远端较小肌肉的变性，这也是一个世界性难题。因此为改善疗效，必须从提高神经纤维再生的速度入手进行深入研究，为临床提供优于自体神经移植的生物材料，包括生长因子的应用及策略，植入细胞的作用评估等。

　　3解决临床问题的思路

　　再生医学的发展虽然已取得了重要进展，但由于在技术方面的问题仍然没有完全解决，临床应用有一定的局限性。而组织或器官的移植已有许多成功的经验，挽救了许多患者的生命，目前在临床治疗中仍发挥重要作用。再生医学伦理问题较少，但技术尚未完善，而组织或器官移植虽然技术已发展相对完善，但存在较多的伦理学及来源问题。因此，未来的发展方向是再生医学研究与组织或器官移植并重，同步发展，直到再生医学技术达到比较完善的程度，从而取代组织或器官的移植。