医学组织工程在骨科临床中的应用

　　【关键词】 医学组织 骨科临床

　　组织工程是应用工程科学和生命科学的原理,开发用于恢复、维持及提高受损伤组织和器官功能的生物学替代物的科学。作为新兴的多学科、多领域的交叉学科，它所研制的再生组织和器官，是对外科传统模式的一次挑战。它的诞生与发展推动了医学科学的发展，也为人类再造各种人体组织和器官、解决棘手的器官移植供体短缺问题带来了希望[1]。在动物实验的基础上,不少组织工程的研究成果已开始在临床上应用,治疗各种组织器官缺损的修复,而且应用越来越广泛。随着研究的不断深入,组织工程产物已在骨科临床收到较好的效果。

　　1 软骨组织工程

　　软骨损伤后的自我修复相当困难，目前医学界尚未能找到一种理想的治疗方法，是组织工程的发展使人们看到了完美修复关节软骨损伤的希望。关节软骨组织工程通过生物学和工程学的原理和方法构建具有生物活性的软骨组织，用以修复、改善关节软骨缺损，加快关节功能的恢复。通过体外获取并大量增殖软骨种子细胞，种植至来源广泛、可大量生产并可塑形的生物材料上，在体外构建成为软骨细胞和三维支架复合物，进而植入体内修复各种关节软骨缺损。生物材料的来源和其适宜软骨细胞生长的结构，软骨种子细胞来源和加快其增殖等问题便成为关节软骨组织工程研究中有待解决的两大关键问题。通过宿主或供体调控免疫反应，可使同种异体细胞成为人们的另一种选择[2]。近年来，组织工程的研究为软骨缺损的修复提供了新的方向。

　　目前用于软骨修复的组织工程技术有四种,软骨细胞植入或与生物相容性材料复合植入;具有软骨细胞分化潜能的细胞群(如骨髓基质干细胞)的植入,骨膜、软骨膜移植;生物相容性材料单独植入或与生长因子复合植入;经基因修复可表达促修复因子的细胞的植入。关节软骨的成功修复需要的必要条件是具有一定数量的可以满足软骨修复的细胞群;软骨缺损内需充填支架材料,使软骨缺损得以有组织地修复;需要合适的内固定方法,既能抗关节活动而不松脱,又不干扰修复过程。

　　软骨作为第一种获得成功的组织工程化组织，也是当前组织工程研究的热点。采用自体移植，同种异体移植或异种移植以及人工修复体的方法已使软骨组织缺损的治疗得到很大的改善但是还存在许多问题亟待解决[3]，其中优化种子细胞源是应用这一技术的前提和关键。

　　2 骨组织工程

　　骨缺损是骨科的常见病,是致伤残的重要因素。骨缺损多采用骨移植的方法治疗,以自体骨移植较好,异体或异种骨移植存在免疫排斥及医源性感染等问题。近年来，随着细胞生物学、分子生物学以及生物材料科学的发展，骨组织工程作为一门新兴的交叉学科在其研究和应用方面取得了长足进步，为骨缺损修复带来美好的前景。自从成骨细胞体外分离培养成功,已经有大量的人工骨的研究问世。骨组织工程发展迅速,通过用骨组织工程的原则和方法得到的骨组织,不仅可以解决脊柱融合问题,对骨缺损、难愈合的骨折、骨质疏松等的治疗都有临床应用价值。

　　骨组织工程常用的方法是将诱导成骨因子与支架材料在体外复合后植入体内,通过诱导成骨因子发挥诱导作用,增加成骨细胞的数量,促进新骨形成,也可体外培养扩增的成骨系细胞,在体外种植于适宜的支架载体后再植入人体内骨缺损的部位。骨组织工程学的种子细胞主要是采用骨膜的成骨细胞和骨髓基质干细胞。取材于骨膜的成骨细胞原代细胞数目多,细胞易定向分化,成骨能力强,植入体内能较快地形成新骨,是骨组织工程研究的常用的种子细胞之一[4]。

　　生物活性陶瓷是目前广泛应用的骨替代材料之一。这些材料有良好的生物相容性,耐磨,弹性模量接近骨骼,可制成多孔结构。通过加入金属纤维或与生物高分子材料复合物等增加韧性、强度的处理,可具有常规陶瓷不可比拟的优点,如强度高、韧性好、表面光洁等。考虑到无机类材料、合成聚合物材料、天然聚合物材料的优缺点，将三者通过合适的方法组合成复合材料，取长补短，模拟天然骨基质组成成份，将多种生长因子缓释系统引入材料，并模拟其在体内释放的时间、空间顺序，实现骨组织工程支架的仿生化，促进成骨细胞的粘附、增殖和分化，发挥最佳成骨能力是未来骨组织工程基质的研究方向[5]。近期以完全脱钙骨及部分脱钙骨修复骨缺损的临床研究重点多在人颅面骨缺损的修复,很少涉及长骨骨不连及骨囊肿的治疗。

　　骨形成是一个十分复杂的过程,在众多的影响因素中生长因子的作用十分重要。目前,在已经确定对骨形成有明显作用的生长因子有骨形态发生蛋白、胰岛素样生长因子、转化生长因子-β等。其中骨形态发生蛋白是发现最早、研究最多的对成骨作用最为肯定的生长因子。经过大量动物实验证实，骨形态发生蛋白具有强大的促成骨活性，能够诱导间充质细胞不

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