体内生物反应器在骨组织工程血管化中研究进展

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1、体内生物反应器在骨组织工程血管化中的研究进展中国修复重建外科杂志 2014-09-03 发表评论 分享作者：上海交通大学医学院附属第九人民医院 张海峰目前，骨组织工程发展存在大块骨移植难以成活的问题，解决问题的关键是组织工程骨血管化。组织工程骨植入体内后，早期所需氧供和营养物质主要来自组织渗透以及血液黏附，但仅限于200μm范围内，超过该范围细胞只能通过重建血运系统获得营养物质。提示组织工程骨植入体内后如短期内未新生大量血管，细胞将面临死亡。随着组织工程学的发展、骨诱导性生物材料异位成骨现象机制研究的深入，学者们发现在生物体内某

2、些特定的组织或器官空间内，如骨膜下、肌肉、腹膜腔、脂肪、皮下等，具有某些特定功能（如异位成骨），他们将这些具有特定功能的空间称为“体内生物反应器”。与经典的使用生长因子方法相比，采用体内生物反应器能显著提高组织工程骨在短期内血管化成功率，血管化速度相对较快，血管新生效果明显。而且，采用体内生物反应器形成的血管化组织工程骨能够通过显微外科方法修复异位骨缺损，骨移植方法相对简便、有效。因此，采用体内生物反应器在种植细胞的支架上形成宿主样血管，构建血管化组织工程骨成为研究热点。骨膜构建体内生物反应器骨膜是骨组织血供主要来源，富含多核潜

3、能干细胞，这些细胞能被激活、增殖、分化为成骨细胞，能传递新生骨所需的生物分子信号。通过骨膜包绕体内组织或者生物材料形成一定空间，构建体内生物反应器的方法，已广泛应用于医学研究。Patel等通过测量头颞部皮瓣可切取范围，提出头颞部皮瓣以及头皮下骨膜能满足下颌骨缺损修复需要，并能为下颌骨处的骨组织提供血供，他们认为体内生物反应器的使用有利于下颌骨的修复重建。Han等使用胫骨骨膜、大隐动、静脉以及β-磷酸三钙成功构建了体内生物反应器，通过观测支架中新生血管及新生血管内VEGF表达情况，发现β-TCP支架中央的新生血管与外周胫骨骨膜血管

4、相连，并在支架内形成血管网；VEGF主要在新生编织骨及成熟骨组织中表达。该研究结果提示通过骨膜构建体内生物反应器并植入血管束的方法，能显著促进微血管的血液灌注，有利于血管新生。Stevens等利用兔胫骨骨膜和胫骨间的空间腔隙（为防止空间塌陷注入生物相容性海藻酸钙）作为体内生物反应器，构建血管化组织工程骨，并将制备的组织工程骨移植修复对侧胫骨缺损；结果显示骨缺损完全修复，并且在生物受力方面恢复至缺损前状态。但Stevens等同时指出在该空间腔隙内通过抑制血管生成并且形成一个缺氧环境，具有显著促进软骨和骨的生成作用。Service也

5、对骨膜与骨间腔隙所构成的体内生物反应器进行了评价，认为该方法能促进新骨形成，与Stevens等结论一致。肌肉构建体内生物反应器目前，以肌肉作为体内生物反应器的研究中应用较多的是背阔肌和胸大肌。以背阔肌构建体内生物反应器，具有以下优点：所含细胞数量多以及血管丰富，有利于组织工程骨血管化；其为扁平状肌肉，面积较大而且血管相对容易定位，术中血管蒂制备简便。Casabona等将人BMSCs-多孔陶瓷支架复合物植入小鼠背阔肌，8周后支架外周以及中央均可见大量血管生长，新生骨机械强度满足自身应力需要。Kokemueller等使用TCP支架以

6、及胸背动脉中央血管束在羊背阔肌内预构血管化组织工程骨，结果表明该方法能促进骨生长以及血管新生。Kokemüller等通过以羊背阔肌构建体内生物反应器以及联合植入胸背动脉轴向血管提供血供的方法，探讨制备特定形状组织工程骨并修复头面部骨缺损的可行性；组织学观察示支架材料内部形成高血管化纤维组织，表明体内生物反应器内的轴向血管有利于构建具有相对稳定血管化的组织工程骨。此外，也有学者于猪背阔肌内构建体内生物反应器，制备血管化组织工程骨，并成功修复猪下颌骨缺损。随着动物实验的成功，学者们进行了临床试验。Warnke等收治1例56岁因口底癌

7、行下颌骨次全切除手术的患者，通过在背阔肌下放置包裹骨矿块的钛网，待骨诱导成功后切取骨肌皮瓣修复下颌骨缺损。骨矿块植入背阔肌4周后骨显像检查提示骨诱导成功，7周后将带有胸背动静脉的骨肌皮瓣移植修复下颌骨缺损；移植后11d骨显像检查示移植骨连续塑形和矿化，提示新生血管血液灌注良好，4周后患者恢复了部分咀嚼功能。该研究表明以肌肉作为体内生物反应器形成血管化骨组织方法应用于颌面外科切实可行。Heliotis等收治1例60岁因口腔鳞状上皮癌行舌、下颌以及颈部大面积切除手术患者，以胸大肌作为体内生物反应器，经6个月成功构建血管化组织工程骨并

8、移植修复下颌部缺损。尽管移植后5个月因细菌感染手术失败，但该研究验证了以胸大肌作为体内生物反应器的可行性。针对以人体自身作为生物反应器的成功预构，MacArthur等提出使用数学模型方法，根据实际缺损大小构建组织工程骨，以促进组织工程骨早日在临个体化治疗的应用。