体外构建组织工程软骨种子细胞的研究进展论文

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1、体外构建组织工程软骨种子细胞的研究进展论文体外构建组织工程软骨的首要问题是种子细胞的来源，目前获得种子细胞的可能途径主要有以下几种：(1)培养扩增自体获得的软骨细胞；(2)同种异体软骨细胞；(3)骨髓基质干细胞及其他组织来源干细胞；(4)胚胎干细胞；(5)基因修饰细胞。本文就当前体外构建组织工程软骨的种子细胞研究进展综述如下：1自体软骨细胞自体软骨细胞可由关节软骨、骺板软骨、软骨膜、肋软骨和耳软骨等分离培养获得。软骨细胞是构成透明关节软骨的唯一细胞成分，是终末分化细胞，具有高度特异性。软骨细胞的主要功能是维持软骨基质成分的稳定。新

2、分离的关节软骨细胞在最初的数天或者数周内会持续表达其特异细胞表型［1］，使其成为软骨缺损关节的“细胞治疗”中合适的细胞类型。使用标准化的有效培养方式培养软骨细胞，年轻人群的关节软骨细胞每天仅倍增0.3倍；年龄较大患者的关节软骨细胞的增生速度更低。当软骨细胞在非三维环境中培养时，经过一段时间后(一般是3代以后)，它们的细胞表型会发生变化.freelarrocells，BMSC)、肌肉和脂肪组织来源的干细胞表达软骨细胞表型。骨髓基质干细胞以其来源充足、取材方便、创伤小、无排斥反应、增殖能力强、可大量培养扩增等优点，被公认有可能成为软骨

3、组织工程理想的种子细胞来源。目前诱导BMSC向软骨细胞转化的实验研究已取得成功［8］。高密度接种或者低氧条件培养以及一些特殊的生长因子会促进BMSC向软骨细胞方向分化。研究表明，将离心微球化(pellet)的BMSC在含有TGFβ无血清培养液中培养，2周左右即可获得富含细胞外基质的软骨细胞，组织学检查可见软骨细胞样陷窝［9］。同样，肌肉和脂肪组织来源的干细胞经体外诱导均可表达软骨细胞表型。2003年Dragoo等证实将来源于人髌骨后脂肪垫的脂肪干细胞植入纤维蛋白胶，经成软骨诱导后，在体外和裸鼠体内都出现成软骨的表型，有透明软骨形

4、成。该研究提示以人脂肪干细胞为基础的软骨工程有可能在临床上用于治疗软骨缺损［10］。此外，激素类物质，如地塞米松、生长激素、甲状旁腺素、性激素以及维生素等都对骨髓间充质干细胞、肌肉和脂肪组织来源的干细胞向软骨细胞转化有诱导作用。对生长因子的作用以及生长因子与全身激素类物质之间的协同或拮抗调控方式和调控机制的进一步研究，有望使骨髓基质干细胞、肌肉和脂肪组织来源的干细胞转化的软骨细胞，早日成为软骨组织工程的充裕的种子细胞来源。但是这种细胞有一种明显的缺点，他们会进一步分化成肥大软骨细胞，甚至发生磷酸类无机物矿物质沉积和软骨内钙化［11

5、］。4胚胎干细胞种子细胞的老化是组织工程中的一大难题。一些分化和增殖能力强的原始细胞，即干细胞，是解决这一难题的希望所在。目前研究较多的是骨髓基质干细胞，而胚胎干细胞因其具有全能性和无限增殖的能力，有望成为组织工程中种子细胞的新来源。胚胎干细胞是从着床前胚胎(孕3～5d)的内细胞团中分离所得，在体外进行培养的一种高度未分化的细胞。目前大部分胚胎干细胞诱导软骨细胞分化的实验都集中在小鼠实验中［12］。尚存在下述问题:(1)如何控制干细胞向特别类型细胞分化;(2)如何分离极为纯化的干细胞也是一个难题;(3)小鼠胚胎干细胞注射在成年鼠皮

6、下可以形成畸胎瘤，是否分化后的种子细胞在宿主体内不具有致瘤性还不得而知。5基因修饰细胞细胞疗法和组织工程为体外基因治疗提供了理想的协同方法，因为人体内的基因转移受安全问题和缺乏合适载体的制约。载体不用直接进入人体，基因修饰细胞在移植前可以被广泛筛选，因此体外基因转移是更安全的。而且，在人体内高浓度的软骨基质可能限制载体进入细胞的通道，所以基因向软骨细胞内导入需要体外技术。人们对标记基因如LacZ(编码半乳糖苷酶)向不同骨骼肌肉组织的转运进行了可行性研究［13］。基因修饰过的间充质干细胞在骨科也被证明是组织修复的有用物质［14］。此

7、外，最近研究表明：通过腺病毒载体向人体和犬的半月板和椎间盘细胞转染TGFβ基因后，基质的合成增加。Goto等分别用逆转录病毒和腺病毒载体将报告基因LacZ转入犬和人的软骨细胞，再将经基因修饰的软骨细胞移植于软骨缺损部位，结果表明前者可表达LacZ基因达3周，而后者可持续6周。在此基础上，将TGFβ基因转导入体外培养的软骨细胞，发现胶原及非胶原蛋白、蛋白聚糖的合成明显增加［15］。Nixon等将含有类胰岛素生长因子-1(IGF-1)基因的腺病毒转入马的关节软骨细胞，结果证实转染了腺病毒的软骨细胞能够维持软骨细胞的表型并且在28d

8、的单层培养中表达局部高含量的IGF-1，同时能够导致腺病毒积聚［16］。IGF-1能够维持正常软骨内环境新陈代谢的相对稳定并且提高软骨在体内的愈合，而腺病毒的有效积聚能够对软骨基质基因的表达和蛋白聚糖的形成有明显的促进作用。另外，有学者进一步的实验