基质诱导自体软骨细胞移植与软骨缺损的修复

基质诱导自体软骨细胞移植与软骨缺损的修

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张柏青，张仲文，叶启彬

【关键词】基质诱导自体软骨细胞移植软骨缺损修复

关节软骨缺损的修复，是与皮肤及牙科领域的修复一路问世的，但直到1997年，美国食物药物治理局(FDA)才认可了自体软骨细胞移植医治软骨缺损的技术(ACl)。10连年来，全世界大约已实施了2万多例，但关于其医治软骨缺损成效的争辩仍在继续。面对这些争辩，ACI的改良方式——基质诱导自体软骨细胞移植(MACl)显现了。本文就MACI与软骨缺损的修复进行综述。

1 关节软骨

关节软骨弹性较好，具有专门好的抗压性能，能够传递负荷，缓冲振荡；软骨滑腻的表面还能够在运动时把摩擦和磨损降低到最小限度，减少骨与骨之间的冲击，进而爱惜机体免受损伤。关节软骨由软骨细胞和丰硕的软骨基质组成，组织学称为透明软骨。关节软骨没有血管、神经、淋巴，含水量丰硕，大约70%为水分。关节软骨吸取关节液中的营养而存活，关节软骨受到外力负荷时，紧缩变形，促使关节液流动，关节软骨得以吸收营养物质。关节软骨的修复能力超级弱，

软骨细胞几乎不能自己修复损伤［1］。

2 关节软骨损伤

成人关节软骨无血供，无淋巴液，也没有神经支配。关节软骨营养要紧来自滑液，第二为软骨下骨组织血液和骨膜下血管。关节软骨本身损伤未伤及软骨下骨质时，损伤的软骨细胞只刺激临近软骨细胞轻微反映，很少引发软骨细胞的再生。来自骨髓的修复细胞，形成新的纤维组织充填缺损。自我修复能力要紧取决于患者年龄、种族和关节软骨缺损的大小和部位等因素［2］。

3 关节软骨修复方式

到此刻为止的修复关节软骨缺损的方式，包括同种骨软骨移植，骨髓刺激法，及自体软骨移植。但是，各类各样的问题仍然没有取得专门好的解决。1990年，自体骨软骨移植的改良方式-马赛克法显现了。然后，依照组织工程学，自体软骨细胞移植显现了，并在全世界实施了2万多例。但软骨缺损修复仍存在一些问题，学者们寻求更为优越的修复软骨损伤的方式。现将上述各类方式介绍如下。

骨髓刺激法

从约半世纪前开始进行骨髓刺激法医治关节软骨缺损。那个方式破坏软骨缺损部位的软骨下骨的持续性，来自骨髓的基质干细胞及生长因子增进软骨修复。具体实施方式有：磨削关节成形术、软骨下骨钻孔术、微骨折术［3］。其中微骨折法较为容易实施，因此实行最为普遍。但修复结果并非睬想，多数为纤维软骨修复，而不是透明软骨修复。动物实验模型已证明，纤维软骨的修复在后期极易引发骨关节炎的发生［4］。

同种骨软骨移植

骨软骨移植是一种将非负重区及非重要关节部份的骨或软骨植入软骨缺损表面以达到修复目的的技术，具有维持软骨生物化学和生物机械特性的优势。可是低温冷冻保留的软骨极易显现坏死。有报告，软骨移植可显现严峻的感染病症［5］。而且当显现大面积软骨缺损时，很难找到适合的供体软骨。从1997年开始，同种软骨移植法的改良方式：马赛克法显现并取得了良好修复结果。该方式将缺损区域清创，从非负重关节区域取相应大小的柱状软骨移植到缺损区域。一样本方式仍无法修复大面积软骨缺损，同时，移植物脱落的情形也有报导。

同种软骨细胞移植法

1968年，首例同种软骨细胞移植的报导问世了，是将分离培育

的软骨细胞直接注射到软骨缺损部位，但修复成效不能令人中意，主若是由于移植软骨细胞无法在移植部位固定和生长。尔后纤维蛋白胶的利用，大大增进了固定的成效，修复成效也因此取得提高［6］。但同种软骨移植可能引发免疫排斥反映及感染或引发疾病传播。

自体软骨细胞移植(ACl)

1989年Grande制造了ACirtl技术。1994年Brittberg等进行了临床应用。现已成为一种较为成熟的技术。该方式是从关节软骨活体组织中分离软骨细胞并进行扩增，然后将扩增的自体软骨细胞注射到缺损区域并用骨膜瓣覆盖。1997年，ACI取得美国食物医药品局的认可，目前已经活着界上实施了大约2万多例。这些方式的优势是不存在免疫排斥反映及感染问题，临床上应用比较容易。缺点是因搜集软骨而对正常软骨产生了损伤，且软骨细胞的散布部不均匀等。1994年初期临床应用报告自体软骨细胞移植后临床病症取得明显改善。2000年以后，Bentley对ACI与其他软骨修复方式进行比较研究报导。显示ACI修复成效比马赛克法好［8］，与微骨折法比较，修复成效并无明显的不同。但微骨折法经济上较为廉价，因此引发了专门大的争辩。2005年又对ACI与磨削关节成形术相较较，证明前者修复成效更好［9］。目前有关ACI的优与劣的争辩仍在继续。

组织工程修复关节软骨缺损

软骨组织工程是在体外培育、扩增软骨种子细胞，而且以较高浓度将其种植于具有良好的生物相容性和降解性的适合支架材料上构建组织工程软骨，然后，植入组织缺损部位，完成组织的修复和重建。软骨组织工程有3个要素：必然数量的种子细胞、适合的支架材料和体外培育条件的优化。近几年复合材料成为研究热点，即在人工合成材料表面复合生物高分子，如胶原蛋白，琼脂糖凝胶，藻酸盐，壳聚糖等，使其兼具生物和人工合成材料的优势。构建与正常软骨相近的人造软骨和骨组织，是当前组织工程学的研究重点之一，仍存在许多需要解决的问题，如种子细胞的选择和体外培育体系不成熟，构建的支架材料不睬想，体内吸收过快，机械性能尚不够理想，形成的软骨组织力学性能差，后期容易退化，对修复的分子机制还不清楚等［10］，需要进一步研究，解决这些问题。

4 MACI在关节软骨损伤修复中的作用

如前述，在ACI技术成熟之前，曾经采纳过量种方式医治软骨缺损［11］，可是上述方式仍存在各类各样的问题，而且修复成效并非明确。传统ACI的修复大多采纳自体骨膜瓣，因此容易形成骨膜肥大，往往需要二次手术，行关节镜再次切除。ACI生成的透明软骨样组织的生物力学性能、耐磨持久性不佳，易退变，整个手术进程操作也超级复杂。目前基质诱导的自体软骨细胞移植技术(MACl)已经研制成功，

是一种医治软骨损伤的组织工程方式。MACI膜为附着软骨细胞的猪I ／Ⅲ型胶原双分子层结构。一面具有相对较高密度的胶原纤维，表面摩擦较低，另外一面为粗糙的表面，上面间隙较大，利于软骨细胞附着其中。通过纤维蛋白胶，该MACI膜能够直接贴附于预备修复的软骨缺损区域［12］，这种手术医治方式比传统的ACI医治软骨损伤的方式更为优越。

修复方式

关节镜下活检及MACI膜制备

在硬膜外麻醉下实施关节镜检查，搜集非负重区健康关节软骨作为种子细胞，体外分离培育，转化生长因子(TGF-p)，胰岛素样生长因子1(1GF-1)，胰岛素等多种材料诱导软骨细胞后种植到双层结构的胶原膜上，即为MACI膜。

MACI膜植入术

关节镜术后5～6周，实施MACI手术。手术在硬膜外麻醉下进行。依照缺损位置选择适合切口，进入关节腔，刮除剥脱软骨，修整软骨缺损创面，在软骨缺损区用一试模，测出缺损面积，再以试模为样板剪出大小形状相似的MACI膜，在修整好的缺损部位上涂生物胶后，将