同种异体脂肪干细胞组织工程骨修复管状骨缺损

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1、引言骨是人体重要的组织之一，对机体起着保护、运动和支撑等重要的作用。由于创伤、感染、肿瘤切除或先天性畸形等原因，造成临界大小骨组织缺损的治疗[1,2]始终是修复与重建外科领域所面临的挑战之一，特别是儿童骨组织缺损，其可供移植的骨组织有限、材料植入不能生长需要再次或多次手术。目前，临床上[3-5]用于治疗临界大小骨缺损的方法主要有：（1）自体骨移植，用躯体其他部位的非必需骨组织替代缺损骨组织，这种方法避免了免疫排斥反应，效果明显，但是其来源不足，并且给供区造成损伤甚至畸形；（2）同种异体骨移植，尽管可以作为治疗骨缺损的临床策略之一，但是存在着免疫排斥和传播疾病等弊端，而且冷冻保存

2、和复苏的过程中很容易造成骨质的损伤和破坏；（3）人工替代物移植，人工骨替代材料种类繁多，但在骨诱导性、生理性修复等方面难以完全满足临床治疗的需要。近20年来，随着生物材料、组织工程技术及理论的发展，将骨组[6]织工程技术应用于临床已成为修复骨缺损的趋势。随着细胞生物学和生物材料科学的发展，以种子细胞、支架材料和组织构建为基础的组织工程学应运而生。组织工程学是由美国学者Langer和Vacanti提出并建立的一门新兴交叉学科，它应用细胞生物学和工程学的原理和方法，在体内或在体外构建培育活组织，研制生物替代物，以修复或重建组织器官的结构，维[7]持或改善组织器官的功能。1992年，

3、Nakahava首先开展骨组织工程学的研究，为骨组织缺损的修复带来了曙光。骨组织工程的概念、研究方法、研究现状及发展前景是由Crane等于1995年提出，其基本方法是将分离得到的高浓度成骨细胞、骨髓间充质干细胞（BoneMesenchymalStemCells,BMSCs）等种子细胞，经体外培养、扩增、诱导后种植于具有良好的生物相容性和生物可降解性的天然或人工合成的支架材料上，然后将这种细胞-生物材料复合物植入骨缺损部位，在生物材料逐步降解的同时，种植的种子细胞不断增殖、分化、分泌细胞外基质，[8]局部形成新的类骨基质，从而达到修复骨组织缺损的目的。其中，有关种子细胞和生物支架

4、材料的研究一直以来都是骨组织工程学领域中最重要的研究内容。对骨组织工程而言，理想的种子细胞应该具有以下特点：（1）易获取，获取时对机体损伤小；（2）有较强的增值能力，生物活性好；（3）易定向分化为5成骨细胞，且成骨细胞表型不易丢失；（4）回植机体后能适应受区的生理、病理和应力等微环境，保持高质量的成骨活性，远期效果好；（5）生物毒性低，无免疫排斥反应。目前用于骨组织工程的种子细胞主要有两大类：（1）骨组织来源的终末分化细胞，主要是骨膜成骨细胞，该类细胞的增殖能力弱、不易获取、且对供区造成很大程度的损伤，临床应用意义不大；（2）成体间充质干细胞，是指存在于机体骨髓、脂肪等组织基质

5、的终末未分化细胞，来源可靠且具有多项[9-14]分化的潜能，是目前骨组织工程种子细胞的研究热点。脂肪干细胞（Adipose-DerivedStemCells，ADSCs）是存在于脂肪组织中的间充质干细胞。[13]2001年Zuk等报道经脂肪抽吸术获得的脂肪组织中含有大量的ADSCs，证明与骨髓间充质干细胞（BoneMarrowMesenchymalStemCells,BMSCs）的免疫表型有超过90%是一致的，对CD29、CD44、CD71、CD70、CD105/SH2和SH3[15]等成阳性反应，对CD31、CD45等为阴性反应。研究发现，ADSCs能够在体[16]外向成骨、

6、成软骨、成脂肪、成肌等多个方向分化。ADSCs在体内分布广、分离培养操作简单，和BMSCs相比，ADSCs有其特有的优势：（1）取材方便，[17-19]对供区损伤小；（2）具有良好的扩增能力，且受体外培养环境影响小；（3）[20]获取率高，试验表明，脂肪组织中干细胞数目至少是骨髓中的500多倍；（4）一定的免疫调节能力，对ADSCs的免疫学研究发现,向骨髓经放射线灭活的小鼠体内输注ADSCs后,其造血细胞与淋巴细胞可在体内重新生成,这表明ADSCs在[21]特定体内环境下可促进淋巴细胞的生成。脂肪组织中不仅存在大量的干细胞，而且该干细胞在培养后也比其他来源的干细胞生长的均匀、生

7、长的快，因此ADSCs具有更为重要的实验研究及临床应用价值。从人脂肪组织分离培养出生长旺盛的脂肪干细胞并经向成骨细胞诱导后，可以表达成骨细胞相关的基因。有实验证实种植在支架上的ADSCs可以在免疫缺陷动物模型里形成成熟的骨组织[22,23]。Knippenberg在体外培养的ADSCs中加入BMP-2、TGF-β，结果促进功[24]能性骨细胞外基质的产生。2007年，CuiL等在体外成骨诱导ADSCs，以天[25]然珊瑚为支架材料，成功修复了犬颅骨缺损。DeUgarteDA等比较人的ADSC