可注射性透明质酸苄基酯凝胶在软骨组织工程中的应用☆

可注射性透明质酸苄基酯凝胶在软骨组织工程中的应用中国组织工程研究与临床康复第13卷第21期20090521出版JOURNALOFCLINICALREHABILITATIVETISSUEENGINEERINGRESEARCHMAY21,2009VOL13,NO21综述可注射性透明质酸苄基酯凝胶在软骨组织工程中的应用12周强,赵国华APPLICATIONOFINJECTABLEHYALURICACIDPHENMETHYLESTERGELATININCARTILAGETISSUEENGINEERING12ZHOUQIANG,ZHAOGUOHUA1DEPARTMENTOFABSTRACTTHECARTILAGETISSUEENGINEERINGISAHOTSPOTONREPARINGARTICULARCARTILAGEINJURY,WHILETHECHOICEANDCONSTRUCTIONOFORTHOPAEDICS,BIOLOGICALCARRIERARETHEKEYQUESTIONSTHEBIOLOGICALMATERIALNOTONLYTAKESONEKINDOFCELLSURVIVALCARRIER,BUTMUSTHAVETHEINJINZHOUCENTRALVIVOORTHEDYSTOPIAFUNCTIONTOINDUCEREPAIRANDREGENERATIONOFCARTILAGETISSUESADEVELOPMENTOFNATURALCARTILAGEEXTRACELLULARHOSPITAL,JINZHOU121000,LIAONINGMATRIXSCAFFOLDWILLBECOMEAKEYPROGRESSTOSUPPORTTISSUEENGINEEREDCARTILAGETISSUESHYALURICACIDGELATINISSATISFACTORYTOTHEPROVINCE,CHINA2ABOVEMENTIONEDREQUESTSTHEHYALURICACIDPHENMETHYLESTERISAHALFSYNTHETICABSORBABLEBIOLOGICALMATERIALWHICHDEVELOPSINLIAONINGTUMORHOSPITAL,SHENYANGTHEHYALURICACIDGELATINFOUNDATIONTHEEXPERIMENTPROVEDTHATITCOULDPROVIDEATHREEDIMENSIONALGROWTHSPACEFORTHECARTILAGE110042,LIAONINGCELLS,CAUSEANUNCEASINGPROLIFERATION,MAINTAINTHEINHERENTPHENOTYPE,INDUCEAFATSOLUBLEENHANCEMENT,PROLONGABIOLOGICALPROVINCE,CHINAHALFLIFE,MAINTAINTHEORIGINALFLUIDSUPERIORITYINTHESITUATION,ANDENHANCETHERELATIVEMECHANICALSTRENGTHTHEREFORE,ITISANIDEALZHOUQIANG,BIOLOGICALMATERIALCONFORMSTOTHETISSUEENGINEERINGREQUESTSDOCTOR,ASSOCIATECHIEFPHYSICIAN,ZHOUQ,ZHAOGHAPPLICATIONOFINJECTABLEHYALURICACIDPHENMETHYLESTERGELATININCARTILAGETISSUEENGINEERINGZHONGGUOZUZHIDEPARTMENTOFORTHOPAEDICS,GONGCHENGYANJIUYULINCHUANGKANGFU2009132141454148/0/JINZHOUCENTRALHOSPITAL,JINZHOU121000,LIAONING摘要软骨组织工程学是关节软骨损伤修复研究的热点,其中生物载体的选择和构建是关键问题。生物材料不仅作为一种细PROVINCE,CHINA胞生存载体,还要具有体内或异位诱导软骨组织修复和再生的功能。天然的软骨细胞外基质支架的开发有可能成为组织工程CORRESPONDENCETO化软骨进一步发展的关键,透明质酸凝胶就具备了上述的要求。透明质酸苄基酯是一种在透明质酸凝胶基础上开发的半合成ZHAOGUOHUA,DOCTOR,ATTENDING可吸收性生物材料。实验证明它能够为软骨细胞提供三维的生长空间,使其不断增殖的同时,还能够保持固有的表型,脂溶PHYSICIAN,LIAONING性的增强以及生物作用半衰期的延长,更使其在保持原有流动性优势的情况下,又具备了相对增强的机械强度,是一种更加TUMORHOSPITAL,SHENYANG110042,符合组织工程学要求的生物材料。LIAONINGPROVINCE,关键词关节软骨组织工程透明质酸苄基酯CHINADOI103969/JISSN16738225200921033RECEIVED20090204ACCEPTED20090307周强,赵国华可注射性透明质酸苄基酯凝胶在软骨组织工程中的应用J中国组织工程研究与临床康复,2009,132141454148/0引言1学术背景1锦州市中心医软骨组织缺乏血液供应,破坏后自我修复人工关节置换是目前治疗关节病变的主要方院骨外科,辽宁省1锦州市能力非常有限,临床治疗缺乏有效的手段。法之一,可有效地缓解疼痛和改善部分关节功能,2121000辽宁省肿瘤医院,辽宁省目前修复关节软骨缺损、改善功能及缓解症状但置入物的生物化学和生物力学属性与正常软骨沈阳市1100422的方法大致可以分为两大类一类为传统的治很不相同,可导致关节功能不能完全恢复,且置入周强,男,1971年生,福建疗方法,如刺激新软骨的形成、人工关节置换、物缺乏生物活性,磨损和松动等远期并发症不可避省平和县人,汉3族,1994年锦州自体或异体软骨、软骨膜、骨膜移植另一类免,因此不适用于年轻患者。医学院临床医学系毕业,博士,副是新兴的组织工程软骨移植方法。传统方法具自体软骨移植因无排斥反应,有着良好的成功主任医师,主要从事骨与关节创伤有不同的局限性,刺激新软骨形成的方法有关率,但其最大的问题是供区材料来源有限,对直径方面的研究。ZQ08134节灌洗和清理术、关节面钻孔和微骨折法、截大于3CM的缺损难以解决。同种异体软骨移植已SOHU5骨术、电刺激、激光等等,此类方法可以部分经进行了20年,但面临的问题是供体有限,存在通讯作者赵国华,博士,主治医6减轻疼痛,有一定短期疗效,但由于新生的是疾病扩散的风险,具有潜在的临床免疫反应。软师,辽宁省肿瘤医院,辽宁省沈阳市纤维软骨组织,通常不能长期维持关节功能,骨膜、骨膜移植因其依靠的是间充质细胞向软骨细110042ZGH1975070707而且还经常加速受损区域组织的进一步退行性胞的转化,而间充质细胞依据体内环境的不同还可163变。向脂肪细胞、骨细胞等多方向转化,造成其新生组中图分类号R3942文献标识码A7随着人类社会的老龄化以及交通事业的迅织的生物力学性能不佳,易退变。文章编号167382252009210414504猛发展,骨关节疾病的发病率也在不断提高,近些年研究较多的生长因子虽被证实能够促收稿日期20090224作为核心问题的关节软骨生物愈合与再生研究进软骨的形成,但由于其作用的广泛性和复杂性尚修回日期2009030720090211004/WJY成为关节外科基础与临床研究的热点。未清楚,一定程度上限制了它们的应用。如有人研HISSN16738225CN211539/RCODENZLKHAH4145/周强,等可注射性透明质酸苄基酯凝胶在软骨组织工程中的应用究发现关节内注射转化生长因子刺激形成的骨赘无论程化组织构建技术是关键问题。1骨髓基质干细胞是多潜能细胞,根据环境而有不同从形态学还是部位均与骨关节炎的骨赘相似,转化生长因子单次注射可刺激软骨内蛋白多糖的合成与含量持续的分化途径,在各自的解剖位置,分别形成透明软骨、18增加,而反复注射则可诱发广泛的滑膜炎和滑膜增生。软骨下骨等,必须在诱导因子的作用下才能完成向成软1213骨细胞的定向分化。但与正常软骨细胞相比,细胞为了使生长因子或其他生物活性剂能有效地在局部发挥所合成和分泌的蛋白多糖、型胶原仍有明显的差异,效能,有人提出利用载体植入的设想,初步的研究已显示910骨髓干细胞组少于对照组。骨髓基质干细胞定向软骨分出很大的发展潜力。THANAKA等经实验证实该技术可化是一个复杂的过程,目前尚无方法使其分化的细胞稳刺激软骨下骨的长入并提供软骨愈合面。但由于载体内激定在软骨细胞阶段,不继续分化为其终末表型。应用软素或生物活性剂溶解和吸收过快,如何控制激素或生物活骨细胞作为种子细胞来修复软骨缺损是一种重要方法,性剂在整个软骨愈合过程中的溶解和吸收是未来一段时虽然正常的软骨细胞无增殖能力,但经体外单层培养的间内研究的重点。软骨细胞因去分化而可大量扩增。这些细胞可作为种子细胞来复合载体或直接进行移植,在体外或体内再分化2目的14为成熟的软骨细胞且合成、分泌软骨基质。15PASSARETTI等将原代、仅传1代的单层培养细胞加总结透明质酸苄基酯凝胶作为软骨细胞移植载体载纤维蛋白后注入裸鼠体内,能形成软骨结节。从第2在软骨组织工程中的研究进展。代以后的细胞不论有无载体,均不能形成软骨结节,而单纯的原代或第1代软骨细胞无载体时亦不能形成软骨3资料和方法结节。正是因为在体外单层培养失去其原有的表型,许多学者主张软骨细胞在体外应行三维培养,一方面可以31文献检索1517扩增细胞,另一方面可以保持其原有的表型。单位检索人相关内容第一作者。面积内细胞数目应高于正常软骨内细胞数目,因为关节检索时间范围199401/200812。软骨内细胞密度与组织内在的生长和修复能力相平行,检索词中文检索词为“软骨,组织工程,透明质胎儿关节软骨内的软骨细胞密度相对较高。酸”英文检索词为“TISSUEENGINEERING,101实验证明,种子细胞浓度小于210L时,新生ARTICULARCARTILAGE,HYALURONICACID”。111组织为纤维组织,但细胞浓度为021010L时,检索数据库中国医院数字图书馆数据库18有透明软骨产生,无纤维组织生成。快速高效地获得/INETMEDLINE数据库数量多、分化好、功能高的种子细胞另一个途径是肽类/NIHGOV。因子和某些化学药物的作用。研究表明,许多肽类因子、检索文献量共检索到文献59篇。化学药物对体外培养的关节软骨细胞分裂增殖有明显32检索方法的促进作用,主要包括胰岛素样生长因子1、转化生纳入标准具有原创性,论点论据可靠的试验文章。长因子、碱性成纤维细胞生长因子、骨形态发生蛋1观点明确,分析全面的文章。文献主题内容与此课白维生素C、软骨生长因子。底物的机械特性也决定题联系紧密的文章。了所培养的软骨细胞是增殖还是分化坚硬底物诱导增排除标准重复文献。19殖,而柔韧底物诱导分化。文献类型及资料分析阅读标题和摘要进行初筛,共在对软骨的长期研究中,人们也注意到应力对软骨保留39篇文献做进一步分析。文献110探讨了软骨损伤的发生、发展、软骨厚度的维持及软骨退变至关重要,修复研究的概况,文献1127探讨了软骨组织工程研究尤其是周期性负荷。生物力学研究表明,生物体的器官的现状,文献2839探讨了透明质酸苄基酯凝胶在软骨和组织都是在一定应力状态下实现其功能的,如果要使组织工程中的应用。所培养的组织具有与体内组织相似的结构和功能,就应在该组织体内相似的力学环境下进行培养,体外培养系4文献证据综合提炼统必须尽量模拟这一力学环境,这是软骨细胞间歇性生理液态压力培养的理论依据之一。体外研究表明,未在41软骨组织工程研究的现状软骨组织工程是将关节正常应力环境条件下培养的关节软骨细胞,细胞排列不软骨酶解后,游离出原代软骨细胞,种植于可吸收降解规则,基质产生较少,且胶原纤维较细,羟脯氨酸含量的聚合物上,如聚乳酸,聚乙醇酸或天然载体如胶原纤只有正常软骨的1/4。将未经压力环境培养的兔软骨细维等,经过体外培养一段时间后再移植到动物体内,继11胞所形成的透明软骨样组织与正常兔关节软骨相比,完续生成新的软骨。在此过程中种子细胞的来源与体外20全证实了上述论点。培养、细胞外基质替代物生物材料的研究以及组织工POBOX1200,SHENYANG/周强,等可注射性透明质酸苄基酯凝胶在软骨组织工程中的应用体内研究发现,关节制动会使关节软骨发生变性,14OD葡糖醛酸的双糖重复单位所组成的一种21特别对蛋白多糖的合成有影响。相反,一定的机械聚合物,其分子量具有不均一性,一般平均为50万200应力则能促进损伤关节软骨的修复。关节软骨细胞在万。透明质酸具有许多黏多糖共有的性质,为白色絮状或生理条件下所承受最重要的力即间歇性生理液态压无定型固体,无嗅无味,具有吸湿性。溶于水不溶于有机30力,人们尝试模拟间歇性生理液态压力条件下对软骨溶剂,分子量越高,其特性黏度值越大。因而它已成为31细胞的培养,发现间歇性生理液态压力不仅能够明显一种临床上用途十分广泛的生物医学制剂。促进细胞外基质的分泌,而且还可使细胞外基质的构关节或滑膜表面的透明质酸对维持软骨完整性和22建更趋合理。营养软骨及屏障细菌、毒素和免疫复合物等的扩散也有32控制培养组织分化被视为所有组织工程的核心步重要作用。骤。细胞的附着以及人工支架的组织相容性都对再生软大量研究证实外源性透明质酸可补充、提高滑液中骨组织的典型特性表达有影响。在细胞培养前二三周,透明质酸含量,增加关节液的黏稠性和润滑性,发挥其软骨细胞可形成足够的细胞外基质,为植入物提供机械保护和润滑关节的作用,同时加大关节的活动范围,可上的完整性。此后支架应自行逐渐降解以减少体内因植使关节软骨间断地接受一定压力,这种间断性的压力能入异物而发生继发性炎症的危险,并为再生的软骨组织促进滑液中某些营养物质进入软骨,有利于软骨的修提供充分的空间。支架降解率应与靶细胞组织的再生率复。部分透明质酸可在软骨表面和滑膜表面积聚,重新相一致。为了改进细胞附着可在所用生物基质表面涂抹形成已破坏的自然屏障,阻止炎性递质或软骨基质降解233334合成聚合体、肽类或细胞外基质蛋白,如多聚赖氨酸、酶与软骨的接触,防止软骨基质进一步破坏。部分24纤维连接素、软骨连接素、粘连蛋白等。透明质酸还可进入软骨基质与黏蛋白形成聚合物,有利35在体外,细胞与支架结合后,随后的培养主要是支于损伤软骨的修复。补充的透明质酸还可促使滑膜细持细胞分化对软骨细胞而言,在三维培养环境中,软胞产生内源性高分子透明质酸。透明质酸作为细胞外基骨细胞呈圆形能够启动软骨细胞再分化,刺激软骨组织质的重要组成成分,可以调节细胞与细胞之间的相互作特异性型胶原的合成。接下来就是将这种三维支架结用。同时透明质酸还具有较强的吸水性和高度的黏滞构通过手术的方式植入软骨缺损部位,这样就不可避免性,可以防止生长因子过快地扩散和降解,使生长因子地会遇到开放性关节手术术后常见的一些并发症,如关在受损处保持一定浓度缓慢释放,促进损伤修复。因透节粘连、表浅感染、增生性滑膜炎、术后血肿、滑囊炎明质酸有效地改善了软骨细胞的周围环境,从而使透明等。同时这种方法还存在着移植物与基底层或周边软骨质酸的合成功能恢复正常并能维持一段较长的时间。结合不紧密等情况,这样就会对损伤软骨的修复效果产43软骨细胞复合透明质酸苄基酯凝胶的可行性及优势2536生影响。尽管如此,这种三维支架结构目前仍然是修1998年AIGNER等研究了透明质酸苄基酯,它是一种新复大面积软骨缺损的主要方法。对于面积较小或是形状近开发的半合成可吸收性生物材料,是将透明质酸溶液非常复杂的软骨损伤很难应用这种方法。在葡糖醛酸的游离羧基中与苄基乙醇进行酯化,导致聚37同特定成型的聚合物材料相比,可注射性材料用于合链上疏水成分增多而形成。它的主要特点是脂溶性软骨缺损修复的优势在于材料与修复组织之间嵌合连增强,水溶性降低,生物作用的半衰期明显延长。AIGNER36接好,塑形容易