软骨修复

软骨再生修复材料

刘可远

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所有查阅文献中都提及，软骨损伤的修复是一个医学难题。我也想起今

年暑假，我的朋友不慎造成了半月板损伤，至今仍在恢复期。

为何软骨组织难以自身修复？综合多篇文献主要有以下三个原因：

①软骨组织内无血运，软骨细胞缺乏迁徙能力；

②软骨细胞增殖能力差，软骨细胞仅占软骨的0.01~0.1%,在正常情况下只

有0.03%的软骨细胞可以进行有丝分裂；

③软骨内无滋养血管，而关滑液中营养缺乏。

而在软骨支架材料出现之前，人们也想了诸多办法，但效果欠佳。自体软

骨来源有限，且容易造成供区缺损；异体软骨被广泛应用，但可引起免疫排

斥反应，或引起交叉感染；骨膜移植则存在效果不稳定的缺陷。

在市场需求方面，关节软骨是唯一的自我修复能力有限的组织，软骨损伤

又很常见，每年大约有100万患者接受治疗，25万人接受关节成形术。

综合上述原因，天然或人工合成的软骨再生修复材料应运而生。

高老师向我们介绍过组织工程的三要素，即细胞，支架，以及组织工程技术。之前说了软骨细胞的有丝分裂概率很低，增值慢，因此人们找到了一种

细胞名为间充质干细胞（MSCs），几乎所有的成人组织类型都发现了MSCs，

作为对关节软骨缺损的响应，内源性的SMSCs 细胞具有向软骨缺损部位迁移、聚集和软骨修复的潜在能力。这样，问题就只剩下支架材料本身了。

软骨再生修复材料不仅提供软骨细胞生长依附的空间架构、力学需求和几

何形状，更重要的是它作为细胞外基质之一，可以协调生物活性因子和细胞

之间的相互作用，潜在地影响细胞表面因子受体的表达和细胞的分化。理想

的支架材料应具有以下特点：

①有良好的组织相容性，无毒，无致畸性；

②有三维立体结构；

③生物可降解性；

④良好的细胞界面；

⑤具有可塑性和一定的机械强度。

目前正在研究的软骨再生修复材料按其来源可以分为天然生物材料和人工合

成材料，下面分两个方面分别进行介绍：

天然生物材料：

主要包括胶原、明胶，纤维蛋白、壳聚糖、琼脂、糖胺多糖、藻酸盐、

蚕丝蛋白、几丁质、松质骨骨基质、脱细胞基质等。天然生物支架材料来源

于生物体本身，具有组织相容性较好，毒性较小，易降解，且降解产物易被

人体吸收而不产生炎症反应等优点，具有人工合成材料所不可比拟的优势。

➢胶原：胶原作为天然细胞外基质的成分，含有利于细胞粘附的基团。

优点是无抗原性，生物相容性好。缺点是降解太快，新生组织往往达不到很好的塑形，且力学强度不够，被大大限制了应用。所以通常都是将胶原与其它材料复合或作为支架的表面修饰物以增加支架的细胞黏附性。

➢纤维蛋白凝胶：由纤维蛋白单体通过肽键交联成立体网状结构。

优点是具有良好的生物相容性，可塑性强，抗原性低。缺点是机械强度差，在体内不稳定，降解速度太快等。因此在制备时应加入抑肽酶来抗纤溶，使制得的凝胶更牢固持久。

➢壳聚糖：作为多糖类可以是软骨细胞良好的载体。

具有优异的生物相容性和生物降解性，通过改造修饰其侧链基团还可以赋予新的生物活性。壳聚糖的无抗原性对诱导细胞增殖和最终促进植入体与宿主组织一体化具有重要意义。而且文献发现，单纯的壳聚糖水凝胶对软骨修复也具有促进作用。

➢蚕丝蛋白：直接来源于蚕的腺体蛋白。

蚕丝具有良好的表面活性和很好的组织相容性，来源丰富，价格便宜，处理简单。文献中报道，间充质干细胞在蚕丝蛋白构成的三维支架上能够很好的扩增并分化为软骨细胞，证明了蚕丝可用于软骨的制备。

➢透明质酸：是一种线性多糖，可由生物体提取或微生物发酵而成。

透明质酸是软骨基质组成成分之一，能促进软骨细胞代谢。单独采用透明质酸，存在新生组织与自身组织不整合的问题。因此透明质酸用于软骨修复最常用的方式是作为细胞载体进行修复，可以促进软骨细胞外基质的合成，维持细胞的分化功能。

●人工合成材料：

人工高分子的微结构机械性能以及材料的降解时间等都可以预先设计和调控。无机材料以羟基磷灰石、磷酸三钙为代表，有机材料以PLA、PGA、PLGA、聚己内酯、聚环氧乙烯、聚乙烯醇、聚氧化乙烯等高分子聚合物为主。其中研究最多的是PLA、PGA以及PLGA。

➢PLA:聚乳酸由于其良好的生物降解性、生物相容性和可加工性，已广泛应用到组织工程支架制备中。但是，由于聚乳酸细胞亲和性差，降解速度很慢，在体内长期存在容易引发炎症和肿胀并发症。

高老师的文献中提到，使用共聚的方法可以解决这两个问题，PLA-氨基酸共聚体系可以促细胞粘附、调节降解性能以及固定生物活性因子，而PLA-PEO体系不但可以调节降解速率，还能实现生长因子控制释放。

➢PGA:聚羟基己酸是临床上广泛使用的可降解缝线材料。

有学者以其为细胞支架材料在裸鼠体内已构建出组织工程化软骨，迄今为止，PGA已广泛被用于软骨，骨，小肠，皮肤及心脏瓣膜等组织工程学研究。我阅读的文献中提到，关于将PGA做成无纺布或多孔材料效果更佳存在争议，但其报道了无纺布状材料取得很好的支架效果。

总结

目前，对软骨再生修复材料的研究已取得很大的进展，但仍存在很多问题：常用的聚合物材料在不同程度上都存在生物相容性的问题；而生物相容性较为优越的天然的支架材料则存在力学性质较差、加工成型性能差等缺陷。所以未来对组织工程支架材料的研究着重于改进现有材料和制备工艺，采用人工材料与天然材料或者天然材料与天然材料复合制备软骨支架，并进一步研究各种材料的改性方法。

相信随着对软骨再生修复材料研究的深入，新型的软骨替代材料必将得到开发，这必将进一步推动软骨组织工程由动物试验阶段向临床试验阶段过渡，并最终获得成功。

参考文献：

1.高长有等聚乳酸组织工程支架材料《功能高分子学报》2001（12）

2.孙安科等聚羟基乙酸无纺网设计在软骨组织工程中的适用研究《现代康复》2001(03)

3.陈梅等组织工程软骨支架材料综述《现代丝绸科学与技术》2011（3）

4.廖华等组织工程化软骨再生《四川解剖学杂志》2003（11）第3期

5.郭学彦关节软骨组织再生修复技术新进展《综述》2012（8）第19卷第22期

6.云才等软骨再生与修复的实验研究及临床应用进展《内蒙古医学杂志》第16卷( 2 ) 1996年