组织工程骨软骨复合体的研究进展及展望

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1、组织工程骨软骨复合体的研究进展及展望作者：杨强，彭江综述卢世璧，袁玫【关键词】软骨随着材料科学、细胞生物学、力学生物学以及生物反应器技术的进步，采用组织工程的方法构建合适形状和大小的组织工程骨软骨复合体为骨软骨复合缺损的修复提供了新的希望。本文将对这一领域进行综述。1支架目前关于组织工程骨软骨体支架材料的设计原则有很大差异，主要分为以下4类：仅采用骨支架，软骨部分不采用支架即直接将高密度的软骨细胞或成软骨细胞直接种植到骨支架上方，在体外培养或者植入体内修复骨软骨复合缺损。Wang［1］等将高密度的猪原代软骨细胞分别种植到3种支架材料P(L)LA、P(D，L)LA、胶原／

2、羟基磷灰石(Col-HA)复合支架材料上，在体外用闭合的静态生物反应器培养7周后，构建出的骨软骨复合体的软骨部分富含Ⅱ型胶原和糖胺多糖(GAG)，软骨部分与骨支架材料结合良好。Waldman［2］等同样将牛软骨细胞高密度种植到聚磷酸钙(calciumpolyphosphate，CPP)支架上，体外成功培养出骨软骨复合体。Kandel［3］等用相同方法构建组织工程骨软骨复合体，体外培养8周以后植入到羊股骨髁间窝远端的骨软骨缺损，组织工程骨软骨复合体与周围的骨软骨床愈合良好，并且其生物力学性能有了很大的提高。TULI［4］采用人骨髓来源的间充质祖细胞，诱导成软骨后在离心管中

3、做成高密度的细胞片，然后将PLA支架压于其上，然后将诱导成骨的细胞种植到PLA支架中，组织学结果表明生成了软骨样组织和骨样组织，骨、软骨结合部界面跟正常骨、软骨结合部类似。骨与软骨部分分别采用适合骨、软骨构建的不同的支架材料，然后在体外培养或者手术植入时组装成一体化双层支架分别培养组织工程骨、软骨，然后用粘合剂粘合、缝合或者顺序植入等方法将组织工程骨、软骨部分组装成组织工程骨软骨复合体。Kreklau［5］等报道将软骨细胞／纤维蛋白悬液滴加到聚乙交酯(PGA)和左旋聚丙交酯(PLLA)共聚物支架，置于天然珊瑚(Biocoral)或人工合成的碳酸钙材料(Calcite)上

4、，并用纤维蛋白胶和凝血酶粘合固定，用灌注式生物反应器体外培养成双层骨软骨复合物，组织学检查见软骨部分有基质分泌，骨、软骨界面结合良好。GAO［6］等利用鼠骨髓来源的间充质干细胞分别向成骨与成软骨诱导分化以后分别种植到多孔陶瓷材料和透明质烷衍生物(HYAFF-11)材料，两者之间的界面用纤维蛋白粘合，植入裸鼠皮下培养，生成组织工程骨软骨复合体，但是生成的软骨组织为纤维软骨。Schaefer［7］等将牛的软骨细胞接种到PGA非编织纤维网状支架，将骨膜成骨细胞接种到聚丙交酯聚乙交酯共聚物(PLGA)和聚乙二醇(PEG)的混合物支架，分别培养组织工程骨、软骨，然后用缝线缝合的方

5、法成功构建组织工程骨软骨复合体。李旭升［8］等也采用无创伤线缝合的方法组装分别培养的组织工程骨、软骨部分，构建出骨软骨复合体，但是构建的骨、软骨部分之间有大量纤维组织，没有解决骨软骨构件间分层的问题。Schaefer［9］等用将兔异体软骨细胞种植在PGA支架上，体外培养4～6周以后，与Collagraft(一种骨替代材料，含HA)缝合后构建成骨软骨复合组织，成功修复了兔股骨髁间窝(非负重区)骨软骨缺损，但是组织工程软骨部分与周围宿主软骨整合欠佳。GAO［10］等采用顺序植入可注射钙磷复合物以及透明质烷(UA)海棉的方法修复了兔膝关节负重区骨软骨缺损。ShaomI等将骨髓

6、来源的间充质干细胞(BMSC)分别种植到三维多孔的聚己酸内酯(PCL)支架以及磷酸三钙加强的聚己酸内酯(TCP、PCL)支架上，顺序植入兔股骨髁负重区骨软骨缺损，组织学结果显示成功的修复了骨软骨缺损，生物力学评估表明6个月时组织：工程软骨的杨氏模量接近正常软骨的水平。骨软骨部分采用相同的支架材料构建的单层支架Cao［12］等利用熔融沉积技术(FDM)用多孔聚已酸内酯(PCL)材料制造出多孔蜂窝状的支架材料，分为两部分，分别种植成骨诱导的入骨髓基质细胞和人肋软骨细胞，扫描电镜结果表明骨、软骨部分有不同的基质分泌。Alhadlaq［13～15］等将鼠骨髓基质干细胞分别向成软

7、骨与成骨方向诱导分化，然后用聚乙二醇(PEG)水凝胶悬液包裹，顺序倒入具有人颞下颌关节突形状的模具中，在裸鼠皮下成功培养4周后组织学观察到分层的软骨样和骨样组织。骨软骨部分采用不同的支架材料构建的一体化的双层支架直接构建骨软骨部分结合良好的一体化双层支架，这种支架的优点是：(1)骨、软骨支架部分结构不同，分别适合骨、软骨生长的不同要求；(2)骨、软骨部分结合良好，解决了在体外培养或者植入体内时骨、软骨分层的问题。这种一体化的组织工程骨软骨复合支架，可能是以后发展的方向。ChangCH［16］利用明胶和煅烧骨制备了骨、软骨支架部分结合良好的