组织工程骨软骨复合体的研究进展及展望论文

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1、组织工程骨软骨复合体的研究进展及展望论文杨强，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：1.1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。SC)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

2、(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。1.3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

3、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。1.4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新型骨软骨双层支架，作为软骨组织支架的明胶部分渗透到作为骨支架的煅烧骨中，达到良好的结

4、合。将猪软骨细胞接种到明胶支架部分，放在特别设计的双腔生物反应器中培养2周或者4周，组织学检查表明骨软骨复合体的软骨部分为透明软骨病且有陷窝形成。HungCT［17～19］等用松质骨和包裹软骨细胞的琼脂糖凝胶体外培养构建出骨软骨复合体。Tanaka［20］等用胶原凝胶覆盖在多孔的D-TCP构建双层支架，在胶原凝胶中种植软骨细胞部分修复了兔关节骨软骨缺损。这几项研究的共同点就是采用凝胶作为软骨支架，利用凝胶能渗入到多孔骨支架材料的特性，构建出的骨软骨复合组织不易分层，构建出结合良好的组织工程骨软骨复合体。SherTM)制造出的新型骨—软骨三维支架，体外成

5、功培养出组织工程骨软骨复合物。支架的软骨部分采用D，LPLGA／LPLA材料，孔隙率为90％，孔径为106～150μm；骨部分采用LPLGA／TCP材料，孔隙率为55％，孔径为125～150μm。特别新颖的是在骨、软骨支架交界区组成成分含量、气孔率等方面形成梯度变化，这样可以避免支架在体外培养和体内植入时发生界面分层，有利于新生的骨与软骨组织之间形成良好界面；并且骨支架部分设计成苜蓿叶形状，体内植入时增加了支架材料与周围骨质的接触面积，增强了抗扭转应力。解放军总医院骨科研究所张东［22］等将兔骨髓基质细胞成软骨诱导以后种植在一体化不同孔隙率的双层

6、PLGA支架材料上构建组织工程骨软骨复合体，成功的修复兔膝关节软骨及软骨下骨缺损。2种子细胞关于种子细胞的接种类型具体分为以下4类：2.1只接种用于软骨构建的种子细胞在修复骨软骨缺损时，由于骨髓中含有大量的骨源性细胞，因此组织工程骨软骨复合体可以只接种用于软骨组织构建的种子细胞。J)外形的的生物仿生支架，其优点是能够根据个体化病人的损伤生产出与关节面几何形状相匹配的支架，并且能同时控制支架的微结构。Hung［18，19］等采用计算机辅助设计(CAD)和制造技术制造出的骨软骨复合组织，软骨面面积达11.7cm2，平均厚度达3.4mm，是迄今为止体外构建最

7、大的具有关节面外形的骨软骨复合组织。5存在问题尽管组织工程骨软骨复合物和组织工程化关节的研究取得了很大进展，但研究中也暴露出一些问题：(1)无论在体外或体内，构建组织的骨、软骨界面结合欠佳；(2)形成的骨与软骨组织的质量缺陷，透明软骨比例少，缺乏正常关节软骨的分层结构，部分工程化软骨缺乏表浅的扁平细胞层和潮标等；(3)构建的骨软骨复合组织的软骨部分面积受限，机械性能较差，还不能满足承重的要求，并且能否长期持续存在尚待进一步研究证实，只是短期观察表明在形态学、生化成分等方面具有软骨组织结构；(4)组织工程软骨与周围宿主软骨整合欠佳。6展望构建功能性的组织

8、工程骨软骨复合物对作者来说是非常大的挑战，以下几个方面将是努力的方向：(1)种子细胞，采用单一