组织工程学策略再生椎间盘的研究进展

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1、组织工程学策略再生椎间盘的研究进展【关键词】组织工程学再生椎间盘因创伤、感染、结核及肿瘤等原因引起的腰椎间盘退变逐渐增多，其一旦发生，难以逆转。传统治疗虽然能缓解临床症状，遗憾的是无法解决根本问题，甚至引发并发症。组织工程学治疗策略的兴起，为椎间盘退变疾病开辟了新的研究领域，已受到人们的关注与重视，并为椎间盘再生治疗带来了希望［1］。本文就有关该领域的相关研究作一综述，重点探讨有关的种子细胞、相关生长因子、载体及构建等方面的研究进展。1椎间盘的功能及组织特点椎间盘是机体脊柱承载系统中最复杂的部分，具有减缓冲击、吸收震荡及提供稳定性等重要力学功能。椎间盘的结构特性依赖于其组成成

2、分的性质。椎间盘组织承受人体躯干及上肢的重量，劳损较其他组织多。长期的承重过程对椎间盘细胞的形态、表型、增殖及胶原和蛋白多糖等基质的合成都产生重要影响，从而改变椎间盘结构，使其发生退行性改变。椎间盘是人体最大的无血运组织，其供养血管在出生后8个月就闭合，营养主要靠软骨终板的渗透作用，因而极易发生退变。加上髓核和纤维环细胞的体内分裂增殖能力很差，椎间盘组织自身再生(self-regenerationcapacity)和修复能力有限，这些特点均决定了椎间盘退变难以自身逆转的事实。2椎间盘组织工程基本问题研究2.1种子细胞种子细胞为构建工程化组织最重要的物质。目前用于椎间盘细胞移植

3、及工程化组织构建的细胞如下。2.1.1髓核细胞髓核细胞主要表达具有软骨表型特征的蛋白多糖和Ⅱ型胶原，其增殖能力较弱，培养过程要求严格。髓核细胞的培养方法于软骨细胞培养方法，髓核细胞由单层培养移至三维环境时，会恢复以前的特征，可表达体内髓核细胞的一些基因及形态学特征，此种细胞能供椎间盘组织的移植修复。2.1.2纤维环细胞椎间盘纤维环外层主要为类成纤维细胞，表达I型胶原，维持纤维环的张力。纤维环内层为类软骨细胞，表达具有软骨表型的II型胶原，承受椎间盘压力。纤维环细胞的培养与髓核细胞的培养略有不同，边缘纤维环细胞的耗氧率低于髓核细胞，另外，产生的纤维环富含I型胶原而髓核富含II型

4、胶原，与体内椎间盘结构相似［2］。2.1.3间充质干细胞Richardson［3］将骨髓间充质干细胞与髓核细胞共同培养，验证了间充质干细胞治疗椎间盘退变的可行性。间充质干细胞遗传背景稳定，可逃避异种抗原识别，易于扩增数量，应用前景广阔［4］。近年来，Li［5］分离培养出脂肪间充质细胞，其能在体外稳定扩增。这些细胞大部分于中胚层或间充质，可向软骨细胞、肌肉细胞和成骨细胞等分化，这为寻求组织工程化椎间盘的种子细胞新奠定了研究基础。然而，干细胞具有多向分化的特点，如何诱导所分离的干细胞向椎间盘细胞分化，如何检测细胞蛋白多糖与胶原蛋白的比率来划分髓核细胞与其它细胞的生物学特征，目前还

5、缺乏了解。故干细胞应用于组织工程椎间盘的构建研究尚缺乏长期和细致的工作。2.2载体材料载体材料是细胞附着的基本框架和代谢场所，其形态和功能直接影响着所构成的组织形态和功能。而支架表面的空间拓扑结构对细胞形态、黏附、定向生长及生物活性有重要影响，它包括天然与人工合成两种材料。2.2.1藻酸盐作为一种原始的组织工程载体，由于存在制备工艺缺陷，藻酸盐常与其它材料复合。Shao［6］将纤维环细胞接种在藻酸盐／几丁质复合支架，扫描电镜显示细胞生长良好、细胞外基质丰富。这证实了藻酸盐／几丁质复合支架能负载纤维环细胞的可行性及应用于组织工程化椎间盘构建的潜力。2.2.2小肠粘膜下层LeVi

6、sage［7］采用猪小肠粘膜下层作为体外椎间盘构建的自然衍发基质，将人纤维环及髓核细胞种植培养3个月，结果发现糖胺聚糖含量升高、I型、Ⅱ型、X型胶原及聚集蛋白与Sox9基因表达强烈。认为小肠粘膜下层可作为椎间盘再生的支架。2.2.3壳聚糖Mpolyphosphate，CPP)髓核细胞及分离的软骨终板接种于多孔CPP表面，制备三相构建物(triphasicconstruct)，培养至8周，通过组织学、形态学及DNA含量、蛋白多糖、胶原测定和力学性能等分析，显示在CPP表面形成了髓核及软骨终板样组织，并具有近似髓核的力学性能。研究提示构筑具备软骨终板样表层的复杂成分的构建物有望改

7、善骨替代物—椎间盘界面的组织特性［13］。2.2.7富血小板血浆(plateletrichplasma，PRP)Akeda［14］发现PRP能刺激椎间盘细胞增殖，纤维环细胞较髓核细胞对PRP反应明显，并能上调蛋白多糖及胶原合成。Akeda认为局部应用PRP可刺激椎间盘细胞修复，自体血液是刺激细胞再生椎间盘所需生长因子的之一。2.2.8聚合物材料(polymermaterials，PLM)Revell［15］将分离培养的猪自体骨髓干细胞种植在两种透明质酸可注射性聚合物中(HYAFF-R与HYADD-R)，