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：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

2、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。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

3、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

4、。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

5、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

6、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

7、以只接种用于软骨组织构建的种子细胞。Wang［1］an［2］Sher.2.3接种可诱导成骨与软骨的干细胞Tuli［4］等用人骨髓来源的间充质组细胞分别向软骨和骨方向诱导，成功构建出骨软骨复合体。采用单一的多能干细胞作为种子细胞辅以诱导成骨、成软骨，并在支架材料上诱导骨软骨复合组织形成的方法，虽然调控过程复杂，但是其过程类似于体内骨软骨发育过程，故可能是以后发展的方向。2.4单纯支架材料，不接种种子细胞Fukuda［27］等利用羟基磷灰石(HA)喷涂的超高分子量聚乙烯纤维制造的三维支架，用I型胶原和FG

8、F-2浸渍后，用于修复兔膝关节髁间窝的骨软骨缺损，48周后有透明软骨样组织和新的软骨下骨生成。可见，即使不接种细胞，在支架材料中结合生长因子也可用于骨软骨缺损的修复。3生物反应器技术在骨软骨复合体培养中的应用生物反应器在组织工程中的研究主要包括：(1)在三维支架上均匀种植种子细胞；(2)促进组织工程产品的营养供应；(3)模拟体内力学环境施加一定力学刺激；(4)通过自动化和标准化控制组织工程产品的生产过程，降低生产成本，大规模生产。Chang［16］等创新