骨髓间充质干细胞在骨科的应用（李小峰 杨渊）.pdf

广西 医学 2 0 1 0年7月第3 2 卷第7期 文献综述 骨髓问充质干细胞在骨科的应用 李小峰 杨渊 ( 1 广西中医学院， 南宁市5 3 0 0 0 1 ； 2广西骨伤医院， 南宁市5 3 0 0 1 2 ) 【 关键词】 骨髓问充质干细胞； 组织工程； 骨科 【 中图分类号】 R 3 2 9 2 4 【 文献标识码】 A 【 文章编号】 0 2 5 3 4 3 0 4 ( 2 O 1 O ) O 7 _( ) 8 5 7 -() 3 一般认为干细胞是指存在于组织中数 目很少的 一些分化相对静止的细胞( r e s t i n g c e l 1 ) 。这些细胞具 有两个方面的重要潜能特点， 即具有不对称性细胞分 裂的能力和自我更新的能力。1 8 6 7年德国科学家 C o h n h e i m在研究创伤愈合时提出了骨髓中存在非造 血干细胞的观点。1 9 7 6年 F r ie d e n s ta i n等以确凿 的证据证实骨髓中除含有造血干细胞外， 还含有集落 形成的成纤维祖细胞或成纤维集落形成单位， 这些细 胞在体内处于休眠状态， 而在体外适当条件的刺激下 可以进入细胞周期 ， 从而形成类似于骨或软骨碎片的 细胞集落 ， 这种细胞 称 为骨髓 问充 质干细 胞 ( b o n e m a lT o W me s e n c h y m a l s t e m c e l l s ， B MS C s ) 。F r i e d e n s t a i n 等于 1 9 8 7年又发现在塑料培养皿中培养的贴壁的 骨髓单个核细胞在一定条件下可分化为成骨细胞、 成 软骨细胞、 成脂肪细胞和成肌细胞， 而且这些细胞扩 增2 O一3 O代后仍保持其多项分化潜 能， 称其为 B M S C s 。其连续传代培养或冷冻保存后仍具有多项 分化潜能， 而且可以保持正常的核型和端粒酶活性， 但不能 自发分化 J 。只有在体外特定的诱导条件 下， 可以向成骨细胞、 软骨细胞、 肌细胞、 神经细胞等 方向分化。基于这种强大的分化潜能及易于分离培 养， 遗传相对稳定的特性， 使其在组织工程、 细胞治疗 方面得到了13 益广泛的应用， 在骨科领域也显示出了 其不同于传统治疗方式的优越性。现将 B M S C s 在骨 科应用综述如下。 1 骨缺损修复方面 B M S C s 复合支架材料治疗骨缺损的实验研究中， B o r d e n 等 在大段骨缺损动物模型中应用 B M P - 7 及 B M S C s 复合多聚微球基质材料 ， 发现 B M P - 7能诱导 新骨长人， 穿过移植物， 使 B M S C s 的成骨活性增强。 基金项 目： 广西科学研究与技术开发项目( 桂科攻 0 8 1 6 0 0 4 1 5 ) 8 5 7 Q u a r t o等 用 B MS C s 与羟基磷灰石构建组织工程骨 植人长 骨 缺损 区， 均 完 全恢 复 肢体 功 能。朱 文雄 等-5 采用第 5代 S D大鼠 B M S C s ， 经荧光标记后， 调 配制成的1 1 0 个 m l 细胞浓度后与B M G共同培养 6 h ， 然后植入 S D大鼠双侧胫骨的实验性骨缺损中， 术后 8 周胫骨骨缺损区可见大量新生不规则骨纤维 组织、 软骨及纤维骨痂填充， 可见骨细胞、 骨组织和骨 小梁， 已形成骨髓腔。李海丰等 取第 3 代 B M S C s ， 以无血清 D M E M制成 5 1 0 。 个 m l 的细胞悬液符合 同种异体冻干骨复合物修复 1 2 m E节段性骨 一骨膜 缺损。8周时骨折端的间隙被类骨质充填 ， 并 出现大 量外骨痂 ， 1 6周时所有植入物都与桡骨干骨性愈合 ， 并有新骨髓腔生成。结果表明， B M S C s 与载体结合 植入体内后， 直接增强了病变局部细胞介导的骨再生 能力， 能够快速修复大段骨缺损。王之允等【 7 用第2 代 B M S C s 符合异种松质骨载体移植于新西兰大白兔 胫骨缺损模型， 术后 1 6周缺损区骨皮质与骨端皮质 连续， 塑形尚可， 肉眼无法分辨缺损区； 2 4周胫骨塑 形完全。以上结果表明， B M S C s 用于骨组织工程学 治疗骨缺损具有一定的优越性， 为临床治疗骨缺损提 供了一种新的治疗思路。沈兵等 认为自体 B M S C s 复合同种异体生物衍生骨支架构建的组织工程骨与 自体髂骨游离移植修复四肢骨缺损的临床疗效无显 著差异。 2 软骨修复 Wa k it a n i 等 首次报告了用体外纯化培养的自 体 B M S C s 掺人 I 型胶原凝胶修复兔膝关节软骨的大 片缺损 ， 术后 2周即形成透 明软骨 ， 2 4周缺损的关节 软骨得以修复， 但修复的软骨比正常的关节软骨薄， 有些区域缺乏软骨蛋白多糖。Y o o 加 将 B M S C s 分 8 5 8 离、 体外培养 、 扩增后导人修饰基因 ， 然后将这些遗传 修饰的细胞与软骨诱导因子一起注人损伤集 中区域 ， 发现这些细胞的靶细胞 和生物活性因子到达受损的 关节软骨处并逐渐使受损 的关节软骨得 到恢复。董 启榕等 抽取兔骨髓体外扩增后 ， 与 型胶原凝胶 载体结合 ， 植入兔关节缺损中， 获得透明软骨样修复， 修复软骨与周围组织连接 良好 ， 认为 型胶原作 为载 体较 I 型胶原效果好。 Wa l s h等 副对兔膝关节 内侧 半月板部分缺损模 型进行修复的研究表明， 复合有自体 B M S C s 的 I 型 胶原海绵较单纯 I 型胶 原海绵 和骨膜 能更好地促进 半月板 的愈合 ， 并形成组织学上与正常半月板相似的 纤维 软 骨， 但 仍 会 出现 关 节 的 退 行 性 变。G a n g j i 等H 列报告对 l 3例 ( 1 8髋 ) A R C O I一期 的股骨头 坏死患者进行了为期 2 5 年的前瞻性队列研究， 研究 发现髓心减压 + 植入自体骨髓单核细胞移植组的疗 效明显好于单纯髓心减压组， 提出植入 自 体骨髓单个 核细胞对股骨头坏死的早期阶段的治疗是有效的， 同 时也比较安全。但由于少数病人和后续观察时间短， 需要进一步研究证实。B MS C s 是动物体 内软骨组织 损伤后的主要修复细胞 ， 不同来源的间充质细胞修复 软骨缺损的能力不 同。N e v o等 刮比较不 同干细胞 对关节软骨缺损的移植修复效果， 发现 自体骨髓 B M S C s 成功率 1 0 0 ， 而异体骨髓 B M S C s 成功率仅 3 1 。 3 软组织修复 B a d ia v a s 等 抽取 3 例病程超过 1 年的慢性难 愈合创面患者的骨髓， 体外培养并纯化 B M S C s 后回 植创面。 2周后伤口面积减少， 血管的真皮和真皮厚 度增加， 最后所有患者创面愈合， 真皮重建， 组织学显 示瘢痕形成减少。耿献辉等 钊将 S D大 鼠 B MS C s 进 行体外培养扩增后 ， 以生长状态 良好 的 B MS C s接种 于制备好的组织工程化脱细胞真皮支架上， 进行体外 联合培养， 构建组织工程皮肤。结果体外培养的 s D 大鼠B M S C s 生长良好， 传代扩增容易， 组织工程化脱 细胞真皮基质去细胞完全， B M S C s 在脱细胞真皮基 质中生长 良好， 可体外构建组织工程皮肤。闫国和 等 】 】 将人羊膜负载 B M S C s 移植到小香猪全厚皮肤 缺损创面， 术后 1 8 2 0 d脱痂愈合。用家兔 自体 B M S C s 复合纤维蛋白胶移植于兔跟腱横断损伤区， 结果显示肌腱损伤后即给以腱内B M S C s 复合纤维蛋 白胶治疗可促进肌腱愈合早期组织形态学及生物力 学修复 引 。G i u l i a n a等 将 B M S C s 经静脉系统注 G u a n g x i Me d i c a l J o u r n a l ， J u t 2 0 1 0， V o 1 3 2， No 7 入到一侧腓肠肌损伤的动物体内， 发现移植 的B M S C s 可以迁移至受损的腓肠肌组织中， 可修复受损伤的肌 肉， 而对正 常的肌 肉则无 影 响。S a k a i 等 用 自体 B M S C s 移植治疗有椎 间盘退变 ( i n t e r v e r te b r a l d i s c d e g e n e r a t i o n ， I D D) 的兔模型， 分别注射至 3个腰段 的 脊柱椎间盘 ， 与未经过手术的 I D D兔作对 比， 连续观 察 2 4周 ， 通过相关检测得出结果 ： 实验组退化的椎 间 盘 x线高度恢复9 1 ， 磁共振信号强度 8 1 ； 对照组 分别为 6 7 和 6 0 。表 明在兔模型 中 B M S C s 可有 效治疗退化的椎 间盘 ， 表 明 B MS C s 可能是治疗退化 椎问盘的一种有效方案。 4 神经功能修复 D e n g 等 采用改良A l l e n法造成恒河猴脊髓冲 击损伤模型。再将经 b F G F预诱导和丹参酮诱导的 第5一 l 0 代恒河猴 B M S C s 于损伤 2 周后注入实验组 猴的脊髓损伤区。结果治疗组动物双侧均恢复正常 疼痛退缩反射， 且恢复至 T a r lo v 2 3 级， 表明诱导后 B M S C s 移植 促进 了恒 河猴 脊髓 损伤功 能恢复。 V a q u e r o 等口 副 采用重物打击法制造严重脊髓损伤大 鼠截瘫模型， 3 个月后仍无功能恢复迹象。此时， 分 别经原造模切口重新切开向创伤后脊髓空洞注入经 双苯酰亚胺标记的 B M S C s 。并以注入等量 P B S 作为 对照组， 移植后每13 行为学测试， 结果 1 5 d 即显示明 显和递增的运动恢复， 直到移植6 个月被处死时仍未 进入平台期， B B B评分为 ( 1 2 81 3 ) 分。S to c u m 等 2 副 将预先用 B R D U标记的成年大鼠B M S C s 移植 到大鼠横断的坐骨神经远侧残端， 结果除症状改善 外， 在损伤部位还发现具有 S C H WA N N细胞表型和 B R D U阳性 的移植 细胞。廖文等 用 11 0 的 B M S C s 符合 E C M凝胶移植于 Wi s ta r 大鼠坐骨神经缺 损模型， l 2 周好缺损区有再生神经通过， 再生神经表 面光滑， 远近端无断裂， 外形似正常神经， 无神经瘤形 成， 且 B M S C s 符合 E C M凝胶修复作用优于单独使用 E C M凝胶。可明显促进周围神经再生。 综上所述， 由于 B M S C s ， 具有能够快速扩增和多 向分化等特点， 使其成为再生医学中一个非常引人注 目的工具。在骨科展示了光明的应用前景。随着对 B M S C s 的深入研究， 一些现在难以治愈的疾病， 将来 有可能采用新的方法得到很好的治疗。但是利用 B M S C s 进行基因治疗骨、 软骨缺损的研究才刚起步， 技术手段还不完善， 其治疗的安全性、 有效性、 载体的 选择、 特定分化因子或抗炎因子的选择与共 同修饰 的 效果、 基因转染的方式等问题还需要深入研究和探 广西医学 2 0 1 0 年7月第3 2卷第7 期 索。徐桂华等 认为 B MS C s 可 能为恶性肿瘤 的潜 在起源之一。S i n g h等 研究发现， 多种癌症的发生 与干细胞的分化异常有关。因此 B MS C s 移植技术在 临床上得到广泛应用 ， 仍需长期和大量的实验研究。 参一 考文献 1 裴雪涛 干细胞实验指南 M 北京： 科学出版社， 2 0 0 6 ： 8 3 2 Ma n g i A A， N o i s e u x N， K o n g D， e t a 1 Me s e n e h y m a l s t e m c e n s mo d i fi e d w i t h A k t p r e v e n t r e mo d e l i n g a n d r e s t o r e p e r f o r ma n e e o f i n f a r c t e d h e a rt s J Na t Me d ， 2 0 0 3 ， 9( 9 ) ： 1 1 9 51 2 0 1 3 B o r d e n M ， A t t a wia M ， K h a n Y， e t a 1 T i s s u e e n g i n e e r e d b o n e f o r ma t i o n i n v i v o u s i n g a n o v e l s i n t e r e d p o l y me ric mi - e re s p h e r e m a t ri x J J B o n e J o i n t S u r g B r ， 2 0 0 4 ， 8 6 ( B) ： l 2 o o一1 2 0 8 4 Q u a r t o R， Ma s t r o g i a c o m o M，C a n e e d d a R， e t a 1 R e p a i r o f l a r g e bo n e d e f e c t s b y a u t o l o g o u s h u ma n b o n e ma r r o w s t r o - m al e e H s J N E n g l J Me d ， 2 0 0 1 ， 3 44( 5 ) ： 3 8 5 3 8 6 5 朱文雄 ， 李健 ， 程立明， 等 s D大鼠骨基质明胶吸附骨 髓问充质干细胞修复骨缺损的实验研究 J 中国临床 解剖学志， 2 0 0 5 ， 2 3 ( 1 ) ： 2 4 2 6 5 李海丰， 汤亭亭， 戴魁戎 骨髓间充质干细胞修复兔骨缺 损的实验研究 J 中华实验外科杂志， 2 0 04， 2 1 ( 4) ： 5 o 9 7 王之允， 董长和， 杨敏云， 等 兔骨髓间充质千细胞复合 生物衍生骨修复胫骨缺损 J 中国临床康复， 2 0 0 6 1 0 ( 1 3 ) ： 7 6 7 8 8 沈兵， 谢富林， 谢清芳， 等 自体髂骨与组织工程骨植 骨的I临床应用对 比研究 J 中国修复重建外科杂志， 2 0 0 2 ， 1 6 ( 6 ) ： 4 2 9 4 3 1 9 W a k i t a n S ， Y a m a t a n i T R e s p o n s e o f t h e d o n o r a n d r e c i p i - e n t c e i l s i n me s e n e h y mal c e l l t r a n s p l a n t a t i o n t o c a r t i l a g e d e f e c t J Mi e r o s e R e s T e c h ， 2 0 0 2 ， 5 8 ( 1 ) ： 1 41 8 1 0 Y o o J U ， M and e l l I ， A n g e l e P ， e t a 1 C h o n d r o g e n i t o r c e il s and g e n e t h e r a p y J C l i n O h o p ， 2 0 0 0 ， 3 7 9 ( s u p p 1 ) ： 6 47 O 1 1 董启榕 ， 戴涟生， 郑祖根 骨髓基质细胞体外增殖后移植 修复关节软骨缺损的实验研究 J 中国矫形外科杂 志， 2 0 0 0 ， 7 ( 1 0 ) ： 9 8 39 8 5 1 2 Wa l s h C J ， G o o d ma n D， C a p l a n A I ， e t a 1 Me n i s c u s r e g e n e r a t i o n i n a r a b b i t p a r t i a l m e n i s c e e t o my m o d e l J T i s s u e E n g ， 1 9 9 9， 5 ( 4 ) ： 3 2 73 3 7 1 3 G a n g j i V ， H a u z e u r J P ， M a t o s C T r e a t m e n t o f o s t e o n e c r o s i s o f 8 5 9 t h e f e mo r al h e a d wi t l 1 i mp l a n t a t i o n o f a u t o l o g o u s bo n e ma l T O w c e ll s J B o n e J o i n t S u r g A m， 2 O O 4 ， 8 6 ( 6 ) ： 1 1 5 3 1 1 6 0 1 4 N e v o Z， R o b i n s o n D， H o r o wit z S ， e t a1 T h e m a n i p u l a t e d m e s e n c h y re a l s t e m c e l l s r e g e n e r a t e d s k e l e t a l t i s s u e s J C e l l T r a n s p l a n t a t i o n ， 1 9 9 8 。 7 ( 6 ) ： 3 7 O 1 5 B a d i a v a s E V F a l a n g a V T r e a t m e n t o f c h r o n i c w o u n d s wit h b o n e m a r r o w d e ri v e d c e l l s J A r c h D e r ma t o l ， 2 0 0 3 ， 1 3 9 ( 4)： 51 05 1 6 1 6 耿献辉， 余春艳， 邓志宏 ， 等 骨髓间充质于细胞复合组 织工程化脱细胞真皮基质构建组织 T程皮肤 J 中国 美容医学， 2 0 0 7 ， 1 6 ( 4 ) ： 4 4 3 4 4 6 f 1 7 闰国和， 粟永萍， 艾国平 ， 等 羊膜负载骨髓间充质干细 胞对放创复合伤促愈的实验研究 J 中国临床康复， 2 0 0 2 ， 6 ( 1 4 ) ： 2 0 7 2 2 0 7 3 1 8 韩桂全， 唐述森， 刘晓伟， 等骨髓问充质干细胞及其复合 物对肌腱早期愈合影响的实验研究 J 中国矫形外科 杂 志， 2 0 0 9 ， 1 7 ( 9 ) ： 7 0 3 7 0 5 1 9 F e r r a r i G， C u s e l l a D e A n g e l i s G， C o l e t t a M， e t a 1 Mu s c l e r e g e n e r a t i o n b y b o n e ma r r o w d e ri v e d my o g e n i c p r o g e n i t o r s J S c i e n c e ， 1 9 9 8 ， 2 7 9 ( 5 3 5 6 ) ： 1 5 2 81 5 3 0 2 0 S a k i D， M och i d a J ， 1 w a s h i n a T ， e t a 1 R e g e n e r a t i v e e ff e c t s o f t r ans p l ant i n g me s e n c h y ma l s t e m c e ll s e mb e d d e d i n a t e l o - c o 1 1 a g e n t o t h e d e g e n e r a t e d i n t e r v e r t e b r a l d i s c J B i o - m a t e r i al s ， 2 0 0 6 ， 2 7 ( 3 ) ： 3 3 5 3 4 5 2 1 D e n g Y B， Y u a n Q T ， L i u X G， e t a 1 F u n c t i o n al r e c o v e r y a f t e r r h e s u s m o n k e y s p i n al c o r d i n j u r y b y t r a n s p l ant a t i o n o f b o n e m a r r o w me s e n e h y m al s t e m c e l 1 d e ri v e d n e u r o n s J C h i n Me d J ( E n g 1 ) ， 2 0 0 5 ， 1 1 8 ( 1 8 ) ： 1 5 3 31 5 4 1 2 2 V a q u e r o J ， Z u r i t a M， O y a S ， e t a 1 C e ll t h e r a p y u s i n g b o n e ma r r o w s t r o mal c e l l s i n c hr o ni c pa r a p l e g i c r a t s： s y s t e mi c o r l o c al a d m i n i s t r a t i o n J N e u r o s c i L e t t ， 2 0 0 6 ， 3 9 8 ( 12 ) ： 1 2 91 3 4 2 3 S t ocu m D L S t e m c e ll s i n r e g e n e r a t i v e b i o l o g y a n d m e d i c i n e J Wo u n d R e p a i r R e g e n ， 2 0 0 1 ， 9 ( 6 ) ： 4 2 9 4 4 2 2 4 廖文， 刘淑红， 张玉富等 自 体骨髓间充质干细胞促进 大鼠坐骨神经缺损修复的实验研究 J 华中科技大学 学报( 医学版) ， 2 0 0 4 ， 1 3 ( 4 0 ) ： 4 5 94 6 2 2 5 徐桂华 ， 江家骥， 骨髓间充质干细胞和恶性肿瘤发生发 展关系 J 医学综述 ， 2 0 0 9， 1 5 ( 9 ) ： 1 2 8 31 2 8 5 2 6 S i n g h S K， H a w k i n s C， C l a r k e I D， e t a1 I d e n t i fi c a t i o n o f h u man b r a i n t u m o u r i n i t i a t i n g c e i l s J N a t u re， 2 0 0 4 ， 4 3 2 ( 7 0 1 5 ) ： 3 9 6 4 0 1 ( 收稿日期： 2 0 1 0 0 51 0 修回日期： 2 0 1 0 0 61 3 )