组织工程治疗早期股骨头缺血性坏死的研究进展

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1、组织工程治疗早期股骨头缺血性坏死的研究进展【关键词】股骨头缺血性坏死;细胞生长因子;细胞移植股骨头缺血性坏死(avascularnecrosisofthefemoralhead，ANFH)是由于多种病因破坏股骨头的血供，使骨的活性成分(包括骨细胞、骨髓细胞和脂肪细胞)死亡所引起的一个病理过程，随后机体对坏死区进行自然修复，坏死骨小梁被逐步吸收，股骨头力学强度下降，塌陷变形，从而导致髋关节的严重损伤。其病因大致分为创伤性和非创伤性两大类。目前对于ANFH的治疗颇为棘手,主要方法可归纳为非手术治疗、姑息

2、性手术治疗和人工关节置换术。ANFH的理想治疗应在早期阶段，目的主要是阻止骨质继续坏死，促进骨再生，改善股骨头内血液循环，恢复股骨头的解剖和组织结构，防止塌陷，改善临床症状，缓解疼痛，恢复功能，延缓进行人工髋关节置换的时间[1]。然而，早期ANFH治疗方法虽多，但效果均不理想[2]。近年来随着骨组织工程学的发展，有人提出用组织工程化骨重建股骨头，通常组织工程技术包含三个要素：种子细胞、基质材料以及细胞生长因子，现将这三要素应用于ANFH的治疗综述如下。1种子细胞在早期股骨头缺血坏死中的应用骨组织是可

3、再生组织，目前应用于骨构建的种子细胞大多来源于成骨细胞及骨髓间充质细胞。成骨细胞可取自骨膜深面的生发层、松质骨及骨髓，具有很强成骨能力。国内动物实验报道[3]将培养的骨膜细胞移植到缺血坏死的股骨头内，6周后股骨头内新骨形成活跃，而对照组原已坏死的骨小梁继续萎缩无新骨形成，说明骨膜细胞移植对缺血坏死的股骨头具有明显的修复作用，移植的骨膜细胞不仅可直接增殖分化成骨；而且还能诱导受区组织成骨。同样，有人用带血管蒂的骨膜移植为缺血坏死的股骨头带入大量的成骨效应细胞，经传导或诱导作用在坏死骨小梁表面形成新骨[

4、4]。常用于骨组织工程的骨髓间充质细胞具有较强的分化潜能和增殖能力，其对治疗股骨头坏死骨缺损都有独特的优势[5]。Hernigou等[6]报道在髓芯减压术的基础上移植经离心方法处理的自体骨髓细胞用于治疗ANFH。通过病人随访5～10年，手术效果用Harris评分、X线表现和髋关节置换的必要性来衡量。股骨头塌陷前进行手术的病人145例中9例需行全髋关节手术，股骨头塌陷后手术的病人44例髋中有25例需行全髋关节手术，取得了良好的疗效。他认为效果的好坏和患者的病程关系密切，同时移植成功的祖细胞的数量越多疗

5、效越好。随后国外许多学者[7]做了类似的临床研究，结果发现移植细胞对缓解病情进展和减少塌陷有较好的效果，通过骨髓移植治疗ANFH可增加股骨头内的骨髓基质干细胞数量，增强其修复能力。国内严军等[8]进行自体骨髓移植治疗兔Perthes病模型的实验研究，发现自体骨髓移植组坏死骨修复较空白对照组活跃，髓板损伤处可见少量软骨细胞，单纯钻孔组以纤维修复为主。他们认为由于骨髓中基质干细胞数目较少，自体骨髓移植治疗兔Perthes病模型能力有限，体外培养增殖骨髓中基质干细胞，增加植入细胞数目，结合适当的细胞载体，

6、或许更有利于ANFH的修复。虽然上述移植细胞治疗ANFH取得了良好的效果，但存在自体骨髓中基质干细胞数量有限，影响移植后的修复效果。另外，对于骨外来源的种子细胞,如肌细胞、成纤维细胞等人们常作为转基因的靶细胞来促进骨的重建，但尚没有用于ANFH的治疗。基质材料在早期ANFH中的应用骨组织工程三要素中的中心环节是支架材料。理想的骨支架材料应该具有[910]：⑴良好的生物相容性；⑵可降解性和降解速率的可控性；⑶具有三维内联多孔隙结构，有较高面积和体积比；⑷易加工，易塑形；⑸有一定的机械强度及韧性；⑹材

7、料表面有利于细胞的黏附生长，利于细胞的分化。目前的支架材料大体归纳为以下几类：⑴钙磷陶瓷材料，如羟基磷灰石(HA)、磷酸三钙(βTCP)、珊瑚羟基磷灰石(CHA)和天然无机骨等；⑵天然的高分子材料，如胶原、纤维素和脱钙骨基质等；⑶人工合成高分子材料，如聚乳酸(PLA)、聚羟基乙酸(PGA)和二者共聚体PLGA等；⑷金属材料，如316L不锈钢、317L不锈钢，钛钢等。各类骨支架材料各有其特性，但迄今人们还没有找到一种材料能符合理想骨支架材料所要求的所有特性。因此也就不能替代自体骨移植这种“特殊”的材

8、料。ANFH的晚期常常导致关节面的塌陷和骨关节病的发生。通过力学及有限元分析[11]证实坏死骨周围的应力集中是病情进展的主要原因，应力集中可导致股骨头内骨折，不仅影响局部力学性能，而且还阻断坏死组织的修复。基于此人们采用了多种移植材料来加强对股骨头软骨下的支撑，促进缺血坏死区的修复重建，其理论依据有：⑴增加了股骨头的机械支撑力量，可以预防股骨头塌陷；⑵增加了股骨头的血供来源，有利于股骨头的修复；⑶去除了死骨，植入了带血供的自体骨，有利于股骨头再生修复；⑷同时手术起到了