同种异体骨软骨移植与软骨修复
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1、骨软骨移植物的保存 2、免疫源性研究 3、适应症与禁忌症 4、技术要点 5、临床效果 6、疾病传播
1、骨软骨移植物的保存方法
保存目的：
为患者移植手术赢得充分的时间：
移植物传染性疾病的监测； 移植物的包装与运输； 手术前准备；
保持关节软骨移植物的活性； 降低移植物免疫原性，降低免疫排斥发生
渗透性低温保护剂：二甲亚砜（DMSO）， 甘油，丙二醇等。能够减少细胞内外冰晶的 形成，延缓溶剂浓度的升高速率，从而对组 织起到保护性作用。 效果好。
二、低温保护剂的原理
动态平衡
低温保护剂
细胞内液
延缓溶剂浓度的升高速率，减少细胞内外冰晶的形成
降温方法
连续降温法 梯度降温法 玻璃化法 液态曲线法
直接液 氮组
酒精浸 泡组
HE染 番红O 胎盼蓝 MTT 透射电
色
染色
染色
法
镜
得出一种细胞存活率和活性最高的保存方法
各组软骨细胞存活率比较
100
对照组
90
80
梯度降温组
70 60
Co60射线照射+梯 度降温组
50
玻璃化组
40
30
连续降温组
20
10 0 第8天 第15天 第30天 第60天
直接液氮组
各组软骨细胞活性（OD值）比 较（MTT法）
同种异体骨软骨移植 与软骨修复
(Ostochondral allograft and cartilage repair)
内容
一、关节软骨损伤的病理生理学 二、异体软骨移植临床应用相关问题；
骨软骨移植物的保存研究 ； 适应症与禁忌症； 技术要点； 临床效果； 免疫源性研究； 疾病传播 ；
2021年2月27日
30
实验结果
50 (%)
45
40
35
30 A组
25
B组
C组
20
D组
15
10
5
0
0.5h
8d
15d
30d
60d
图4 MHC-Ⅱ抗原测定表达率组间方差分析结果
2021年2月27日
31
研究表明：
经过慢速梯度降温法，Co60射线照射+梯度降温 法及玻璃化法保存软骨细胞后，同种异体软骨的 免疫原性大幅度降低。
2、细胞内冰晶形成：细胞内冰晶形成产生 的溶剂效应导致细胞器膜的损伤，此外，细 胞内冰晶还对细胞内容物造成直接的物理损 伤。提示细胞死亡。
冷冻造成软骨细胞损伤
透射电镜 正常的软骨细胞 ×1万
透射电镜 冻伤的软骨细胞 ×1万 透射电镜 部分自溶的软骨细胞×2500
低温保护剂
低温保护剂主要有：
非渗透性低温保护剂：PVP（聚乙烯吡 咯），葡萄糖右旋糖苷，HES（羟基乙烯淀 粉胶）等。使细胞脱水，从而减少对冻伤的 敏感性。 效果不理想。
我们实验液体保存8周，细胞存活率 76%。
液体保存优于冷冻保存。
组织培养和冷冻保存细胞存活 率比较
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 2周 8周
对照组 组织培养组 梯度降温组 连续降温组
猪骨软骨标本 N=15 结论：组织培养法〉梯度降温法〉连续降温法
2、免疫原性研究
各种冷冻保存方法的比较
自2005年至今，我们利用猪和人的膝关 节软骨移植物的冷冻保存方法（梯度降 温法，连续降温法，玻璃化法，液氮 法）对软骨细胞成活率及其基质代谢的 影响进行了研究。
技术路线
关节软骨 实实验验分分组组
新鲜组
梯度降 温组
CO60+ 玻璃化 连续降 梯度降 组 温组
温组
各项指标检测
实验研究和临床观察也证实异体软骨移 植通常不引起较为剧烈的免疫反应。
新鲜同种异体骨软骨移植长期随访发 现，部分患者因时间延长而出现移植物 吸收现象，可能与免疫排斥反应有关。
实验结果
100
(%) 90
80
70
60
A组 50
B组
40
C组
D组 30
20
10
0
0.5h
8d
15d
30d
60d
图1 MHC-Ⅰ抗原测定表达率组间方差分析结果
自体软骨细胞移植（ACI）
透明样软骨 2 期手术 细胞花费高
第三代MACI技术（引自301医院于长隆教
授幻灯片）
同种异体骨软骨移植
优点：
避免供体部位新创伤 ； 以透明关节软骨修复； 移植物来源充足，充分术前准备； 临床效果好；
缺点：
排斥反应； 疾病传播； 移植物费用。
二、异体软骨移植临床应用存 在的问题
软骨损伤的自软修复能力
表层损伤：软骨细胞反应性增殖或 滑膜细胞修复关节软。
损伤达中间层、深层、钙化层：难 以修复。继发创伤性关节炎或骨性 关节炎。
损伤达软骨下骨与骨髓：可经肉芽 组织化生纤维软骨。
全层缺损
经常意外发现
Βιβλιοθήκη Baidu
全层软骨缺损的临床修复方法
骨髓刺激术
微骨折 钻孔
骨膜移植
自体软骨细胞移植 骨软骨移植
三、评价 四、展望
一、关节软骨损伤修复的必要性
特点：
无血管 无淋巴 无神经
组织结构
软骨基质
胶原纤维 蛋白多糖 水
软骨细胞；
软骨表层带： Superficial Zone
软骨过渡带： Transitional Zone
软骨深层带： Radial Zone
软骨钙化层带： Calcified Cartilage Zone
自体移植 同种异体移植
人工材料
人工关节表面置换（取代治疗） 生物材料
骨髓刺激
I型纤维软骨修复 3-5 年随访75% 改善 没有II型纤维软骨 不能阻止远期退行性关节炎的发生
自体骨软骨移植
缺点： 1、取自一个区域用于另一个区 域 ，增加新创伤。 2、可用的移植物数量有限 优点： 1、无排异反应； 2、修复透明软骨。
0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
0 8天
15天 30天 60天
对照组
梯度降温组
Co60射线照射+梯度 降温组 玻璃化组
连续降温组
我们的研究结果：
玻璃化法〉低度降温法〉 连续降温法〉液氮法； DSMO低温保护效果理想。
液体保存
新鲜标本放置于林格氏液中，可保存1 周。
新型液体保存液的研究：可达到3-4周， 软骨细胞存活率达到 83.6%。
率；
骨软骨移植物保存方法：
冷冻保存； 液体保存； 组织培养保存；
冷冻保存方法研究
冷冻保存的关键点：
低温保存的损伤机制 低温保护剂 降温方法 复温
细胞的损伤机制
1、“溶剂效应” ：在降温过程中，细胞外 冰晶形成和高渗使细胞出现固缩，如果细胞 容积固缩到正常容积的55%，将导致细胞膜 的泄漏，细胞外的液体进入到细胞内。
1、骨软骨移植物的保存方法
保存目的：
为患者移植手术赢得充分的时间：
移植物传染性疾病的监测； 移植物的包装与运输； 手术前准备；
保持关节软骨移植物的活性； 降低移植物免疫原性，降低免疫排斥发生
渗透性低温保护剂：二甲亚砜（DMSO）， 甘油，丙二醇等。能够减少细胞内外冰晶的 形成，延缓溶剂浓度的升高速率，从而对组 织起到保护性作用。 效果好。
二、低温保护剂的原理
动态平衡
低温保护剂
细胞内液
延缓溶剂浓度的升高速率，减少细胞内外冰晶的形成
降温方法
连续降温法 梯度降温法 玻璃化法 液态曲线法
直接液 氮组
酒精浸 泡组
HE染 番红O 胎盼蓝 MTT 透射电
色
染色
染色
法
镜
得出一种细胞存活率和活性最高的保存方法
各组软骨细胞存活率比较
100
对照组
90
80
梯度降温组
70 60
Co60射线照射+梯 度降温组
50
玻璃化组
40
30
连续降温组
20
10 0 第8天 第15天 第30天 第60天
直接液氮组
各组软骨细胞活性（OD值）比 较（MTT法）
同种异体骨软骨移植 与软骨修复
(Ostochondral allograft and cartilage repair)
内容
一、关节软骨损伤的病理生理学 二、异体软骨移植临床应用相关问题；
骨软骨移植物的保存研究 ； 适应症与禁忌症； 技术要点； 临床效果； 免疫源性研究； 疾病传播 ；
2021年2月27日
30
实验结果
50 (%)
45
40
35
30 A组
25
B组
C组
20
D组
15
10
5
0
0.5h
8d
15d
30d
60d
图4 MHC-Ⅱ抗原测定表达率组间方差分析结果
2021年2月27日
31
研究表明：
经过慢速梯度降温法，Co60射线照射+梯度降温 法及玻璃化法保存软骨细胞后，同种异体软骨的 免疫原性大幅度降低。
2、细胞内冰晶形成：细胞内冰晶形成产生 的溶剂效应导致细胞器膜的损伤，此外，细 胞内冰晶还对细胞内容物造成直接的物理损 伤。提示细胞死亡。
冷冻造成软骨细胞损伤
透射电镜 正常的软骨细胞 ×1万
透射电镜 冻伤的软骨细胞 ×1万 透射电镜 部分自溶的软骨细胞×2500
低温保护剂
低温保护剂主要有：
非渗透性低温保护剂：PVP（聚乙烯吡 咯），葡萄糖右旋糖苷，HES（羟基乙烯淀 粉胶）等。使细胞脱水，从而减少对冻伤的 敏感性。 效果不理想。
我们实验液体保存8周，细胞存活率 76%。
液体保存优于冷冻保存。
组织培养和冷冻保存细胞存活 率比较
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 2周 8周
对照组 组织培养组 梯度降温组 连续降温组
猪骨软骨标本 N=15 结论：组织培养法〉梯度降温法〉连续降温法
2、免疫原性研究
各种冷冻保存方法的比较
自2005年至今，我们利用猪和人的膝关 节软骨移植物的冷冻保存方法（梯度降 温法，连续降温法，玻璃化法，液氮 法）对软骨细胞成活率及其基质代谢的 影响进行了研究。
技术路线
关节软骨 实实验验分分组组
新鲜组
梯度降 温组
CO60+ 玻璃化 连续降 梯度降 组 温组
温组
各项指标检测
实验研究和临床观察也证实异体软骨移 植通常不引起较为剧烈的免疫反应。
新鲜同种异体骨软骨移植长期随访发 现，部分患者因时间延长而出现移植物 吸收现象，可能与免疫排斥反应有关。
实验结果
100
(%) 90
80
70
60
A组 50
B组
40
C组
D组 30
20
10
0
0.5h
8d
15d
30d
60d
图1 MHC-Ⅰ抗原测定表达率组间方差分析结果
自体软骨细胞移植（ACI）
透明样软骨 2 期手术 细胞花费高
第三代MACI技术（引自301医院于长隆教
授幻灯片）
同种异体骨软骨移植
优点：
避免供体部位新创伤 ； 以透明关节软骨修复； 移植物来源充足，充分术前准备； 临床效果好；
缺点：
排斥反应； 疾病传播； 移植物费用。
二、异体软骨移植临床应用存 在的问题
软骨损伤的自软修复能力
表层损伤：软骨细胞反应性增殖或 滑膜细胞修复关节软。
损伤达中间层、深层、钙化层：难 以修复。继发创伤性关节炎或骨性 关节炎。
损伤达软骨下骨与骨髓：可经肉芽 组织化生纤维软骨。
全层缺损
经常意外发现
Βιβλιοθήκη Baidu
全层软骨缺损的临床修复方法
骨髓刺激术
微骨折 钻孔
骨膜移植
自体软骨细胞移植 骨软骨移植
三、评价 四、展望
一、关节软骨损伤修复的必要性
特点：
无血管 无淋巴 无神经
组织结构
软骨基质
胶原纤维 蛋白多糖 水
软骨细胞；
软骨表层带： Superficial Zone
软骨过渡带： Transitional Zone
软骨深层带： Radial Zone
软骨钙化层带： Calcified Cartilage Zone
自体移植 同种异体移植
人工材料
人工关节表面置换（取代治疗） 生物材料
骨髓刺激
I型纤维软骨修复 3-5 年随访75% 改善 没有II型纤维软骨 不能阻止远期退行性关节炎的发生
自体骨软骨移植
缺点： 1、取自一个区域用于另一个区 域 ，增加新创伤。 2、可用的移植物数量有限 优点： 1、无排异反应； 2、修复透明软骨。
0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
0 8天
15天 30天 60天
对照组
梯度降温组
Co60射线照射+梯度 降温组 玻璃化组
连续降温组
我们的研究结果：
玻璃化法〉低度降温法〉 连续降温法〉液氮法； DSMO低温保护效果理想。
液体保存
新鲜标本放置于林格氏液中，可保存1 周。
新型液体保存液的研究：可达到3-4周， 软骨细胞存活率达到 83.6%。
率；
骨软骨移植物保存方法：
冷冻保存； 液体保存； 组织培养保存；
冷冻保存方法研究
冷冻保存的关键点：
低温保存的损伤机制 低温保护剂 降温方法 复温
细胞的损伤机制
1、“溶剂效应” ：在降温过程中，细胞外 冰晶形成和高渗使细胞出现固缩，如果细胞 容积固缩到正常容积的55%，将导致细胞膜 的泄漏，细胞外的液体进入到细胞内。