摘要: 【关键词】 基质诱导 自体软骨细胞移植 软骨缺损 修复 关节软骨缺损的修复，是与皮肤及牙科领域的修复一起问世的，但直到1997年，美国食品药物管理局(FDA)才认可了自体软骨细胞移植治疗软骨缺损的技术(ACl)。10多年来，全世界大约已施行了2万多例，但关于其治疗软骨缺损效果的争论仍在继续。基质诱导自体软骨细......
【关键词】  基质诱导 自体软骨细胞移植 软骨缺损 修复
关节软骨缺损的修复，是与皮肤及牙科领域的修复 起问世的，但直到1997年，美国食品药物管理局(FDA)才认可了自体软骨细胞移植治疗软骨缺损的技术(ACl) 10 年来，全世界 约已施行了2万多例，但关于其治疗软骨缺损效果的争论仍在继续。面对 些争论，ACI的改进方法——基质诱导自体软骨细胞移植(MACl)出现了。本文就MACI与软骨缺损的修复进行综述。
    1  关节软骨
    关节软骨弹性较好，具有很好的抗压性能，能够传递负荷，缓冲振荡；软骨光滑的表面还可以在运动时把摩擦和磨损降低到最小限度，减少骨与骨之间的冲击，进而保护机体免受损伤。关节软骨由软骨细胞和丰富的软骨基质组成，组织学称 透明软骨。关节软骨没有血管、神经、淋巴，含水量丰富，大约70%为水分。关节软骨吸取关节液中的营养而存活，关节软骨受到外力负荷时，压缩变形，促使关节液流动，关节软骨得以吸收营养物质。关节软骨的修复能力非常弱，软骨细胞几乎不能自己修复损伤［1］。
    2  关节软骨损伤
    成人关节软骨无血供，无淋巴液，也没有神经支配。关节软骨营养主要来自滑液，其次为软骨下骨组织血液和骨膜下血管。关节软骨本身损伤未伤及软骨下骨质时，损伤的软骨细胞只刺激邻近软骨细胞轻微反应，很少引起软骨细胞的再生。来自骨髓的修复细胞，形成新的纤维组织充填缺损。自我修复能力主要取决于患者年龄、 族以及关节软骨缺损的大小和部位等因素［2］。
    3  关节软骨修复方法
    到现在为止的修复关节软骨缺损的方法，包括同种骨软骨移植，骨髓刺激法，及自体软骨移植。然而，各种各样的问题仍然没有得到很好的解决。1990年，自体骨软骨移植的改良方法-马赛克法出现了。然后，根据组织工程学，自体软骨细胞移植出现了，并在全世界实施了2万多例。但软骨缺损修复仍存在一些问题，学者们寻求 为优越的修复软骨损伤的方法。现将上述各种方法介绍如下。
    3.1  骨髓刺激法
    从约半世纪 开始进行骨髓刺激法治疗关节软骨缺损。这 方法破坏软骨缺损部位的软骨下骨的连续性，来自骨髓的基质干细胞及生长因子促进软骨修复。具体实施方法有：磨削关节成形术、软骨下骨钻孔术、微骨折术［3］。其中微骨折法较为容易实施，因此实行最为广泛。但修复结果并不理想，多 为纤维软骨修复，而不是透明软骨修复。动物实验模型已证实，纤维软骨的修复在后期极易引起骨关节炎的发生［4］。
    3.2  同种骨软骨移植
    骨软骨移植是一种将非负重区及非重要关节部分的骨或软骨植入软骨缺损表面以达到修复目的的技术，具有保持软骨生物化学和生物机械特性的优点。可是低温冷冻保存的软骨极易出现坏死。有报告，软骨移植可出现严重的感染症状［5］。而且当出现大面积软骨缺损时，很难找到合适的供体软骨。从1997年开始，同种软骨移植法的改良方法：马赛克法出现并取得了良好修复结果。该方法将缺损区域清创，从非负重关节区域取相应大小的柱状软骨移植到缺损区域。同样本方法仍无法修复大面积软骨缺损，同时，移植物脱落的情况也有报道。
    3.3  同种软骨细胞移植法
    1968年，首例同种软骨细胞移植的报道问世了，是将分离培养的软骨细胞直接注射到软骨缺损部位，但修复效果不能令人满意，主要是由于移植软骨细胞无法在移植部位固定和生长。此后纤维蛋白胶的利用，大大促进了固定的效果，修复效果也因此得到提高［6］。但同种软骨移植可能引起免疫排斥反应及感染或引起疾病传播。
    3.4  自体软骨细胞移植(ACl)
    1989年Grande创造了ACirtl技术。1994年Brittberg等进行了临床应用。现已成为一种较为成熟的技术。该方法是从关节软骨活体组织中分离软骨细胞并进行扩增，然后将扩增的自体软骨细胞注射到缺损区域并用骨膜瓣覆盖。1997年，ACI得到美国食品医药品局的认可，目前已经在世界上实施了大约2万多例。这些方法的优点是不存在免疫排斥反应及感染问题，临床上应用比较容易。缺点是因采集软骨而对正常软骨产生了损伤，且软骨细胞的分布部不均匀等。1994年早期临床应用报告自体软骨细胞移植后临床症状得到明显改善。2000年以后，Bentley对ACI与其他软骨修复方法进行比较研究报道。显示ACI修复效果比马赛克法好［8］，与微骨折法比较，修复效果并没有明显的差异。但微骨折法经济上较为便宜，因此引起了很大的争论。2005年又对ACI与磨削关节成形术相比较，证实前者修复效果更好［9］。目前有关ACI的优与劣的争论仍在继续。
    3.5  组织工程修复关节软骨缺损
    软骨组织工程是在体外培养、扩增软骨种子细胞，并且以较高浓度将其种植于具有良好的生物相容性和降解性的合适支架材料上构建组织工程软骨，然后，植入组织缺损部位，完成组织的修复和重建。软骨组织工程有3个要素：一定数量的种子细胞、合适的支架材料和体外培养条件的优化。近几年复合材料成为研究热点，即在人工合成材料表面复合生物高分子，如胶原蛋白，琼脂糖凝胶，藻酸盐，壳聚糖等，使其兼具生物和人工合成材料的优点。构建与正常软骨相近的人造软骨和骨组织，是当前组织工程学的研究重点之一，仍存在许多需要解决的问题，如种子细胞的选择以及体外培养体系不成熟，构建的支架材料不理想，体内吸收过快，机械性能尚不够理想，形成的软骨组织力学性能差，后期容易退化，对修复的分子机制还不清楚等［10］，需要进一步研究，解决这些问题。
    4  MACI在关节软骨损伤修复中的作用
    如前述，在ACI技术成熟之前，曾经采用过多种方法治疗软骨缺损［11］，但是上述方法仍存在各种各样的问题，而且修复效果并不明确。传统ACI的修复大多采用自体骨膜瓣，因此容易形成骨膜肥大，往往需要二次手术，行关节镜再次切除。ACI生成的透明软骨样组织的生物力学性能、耐磨持久性不佳，易退变，整个手术过程操作也非常复杂。目前基质诱导的自体软骨细胞移植技术(MACl)已经研制成功，是一种治疗软骨损伤的组织工程方法。MACI膜为附着软骨细胞的猪I／Ⅲ型胶原双分子层结构。一面具有相对较高密度的胶原纤维，表面摩擦较低，另外一面为粗糙的表面，上面空隙较大，利于软骨细胞附着其中。通过纤维蛋白胶，该MACI膜可以直接贴附于准备修复的软骨缺损区域［12］，这种手术治疗方法比传统的ACI治疗软骨损伤的方法更为优越。
    4.1  修复方法
    4.1.1  关节镜下活检及MACI膜制备
    在硬膜外麻醉下施行关节镜检查，采集非负重区健康关节软骨作为种子细胞，体外分离培养，转化生长因子(TGF-p)，胰岛素样生长因子1(1GF-1)，胰岛素等多种材料诱导软骨细胞后种植到双层结构的胶原膜上，即为MACI膜。
    4.1.2  MACI膜植入术
    关节镜术后5～6周，施行MACI手术。手术在硬膜外麻醉下进行。根据缺损位置选择合适切口，进入关节腔，刮除剥脱软骨，修整软骨缺损创面，在软骨缺损区用一试模，测出缺损面积，再以试模为样板剪出大小形状相似的MACI膜，在修整好的缺损部位上涂生物胶后，将MACI膜贴于软骨缺损区并用拇指按压1 min。渐伸直活动患膝关节，确认MACI膜无松动，关节活动无异常，冲洗关节腔，逐层缝合切口，加压包扎［13］。
    4.2   MACI对关节软骨损伤修复的优点及疗效
    MACI与传统ACI技术相比具有术后恢复时间短、操作简便、创伤小、生成更多透明软骨等优点。这一技术并不需要像ACI那样骨膜缝合，没有软骨细胞泄漏和分布不均匀的风险。而且MACI的关节镜手术采用传统的手术入路，具有很好的视野，不损伤关节的肌腱及韧带［14］。Bartlett等采用MACI膜镶嵌技术治疗78例软骨损伤患者，结果显示所有病人6个月内症状均得到改善，术后1年得到进一步改善，且无明显并发症发生。故认为MAn治疗软骨缺损的结果是让人振奋的，但仍需大规模的临床实践去进一步证明［15］。Bartlett对ACI复合胶原膜(ACI-C)和MACI治疗软骨缺损效果进行比较研究。膝关节软骨损伤患者共91例，分两组，其中44例实行ACI-C，47例为实行MACI。1年后对两种治疗结果进行评分，ACI-C为17.6；MACI为19.6(P：0.32)。关节镜评估：1年内修复状况良好，以国际软骨修复分数为标准进行评分，结果ACI-C为79.2%的；MACI移植为66.6%。活组织切片检查，ACI-C的透明状软骨或纤维样透明状软骨率为43.9%和MACI为36.4%。ACI-C组肥厚率为9%(4／44)：在MACI组为6%(3／47)。两组二次手术率是9%。故认为这两种方法在关节镜和组织学的结果上差别不大。而MACI在技术上更具有吸引力［16］。Behrens对38例局部软骨缺损用MACI治疗5年后进行随访。行四种不同的评分(Meyers的评分，tegner-lysholm活动评分，lysholm-gillquist评分，icrs评分)，以及关节镜检查和活检。3个评分较术前明显改善。tegner-lysholm评分略有改善［17］。有学者报道对20例MACI术后患者，在4，12，24和52周行MRI检查。结果：10名患者修复良好，4名修复效果略差。3例骨膜肥厚患者一年后恢复正常，修复软骨完全融合10例，改善但不完全融合的发现3例，从第4至第52周，评分改善的有17例［18］。Trattnig对23例MACI术后患者，分别于4，12，24，52和104周行MRI检查。结果：完整修复为18例，2例发现适中的肥大，3例不完全修复。18名患者软骨面修复平整［19］。ZhengMH对MACI术后患者行组织学评估和活组织切片检查，结果显示早在21 d内形成软骨样组织。6个月的术后结果表明：临床症状改善，磁共振成像显示75%再生为透明状软骨，没有合并症发生［20］。综上所述，MACI较其他修复方法能够很好的修复关节软骨缺损。
    纤维蛋白胶的应用是MACI独具特色的地方，但关于其能否牢固黏附胶原膜及其在软骨修复过程中的作用还存在争论。Marlovits报道了MACI用来治疗股骨髁全层软骨缺损16例。使用高分辨磁共振成像(MRl)评价术后MACI膜的贴附率，结果：34.7 d后，在14／16例(87.5%)完全附着在关节软骨缺损处，表现为较高贴附率［21］。纤维蛋白胶的稳定性目前仍有争议，早期脱落的MACI膜较少，这表明纤维蛋白胶黏附性较好。关于它对软骨细胞迁移作用尚有争端，Brittberg等发现软骨细胞不能迁移到纤维蛋白胶，认为该材料不适合用于治疗骨软骨缺损［22］。然而，另有学者研究报告，12 h内，MACI膜上的软骨细胞从膜上迁移到纤维蛋白胶中，24 h表现明显的迁移活性。BrdU标记纤维蛋白胶的活性成分凝血酶，发现在刺激后的48 h(1-10单位／毫升)能以最大效果刺激软骨细胞扩散。为了阐明这些凝血酶诱导影响的分子机制，检查了蛋白酶激活受体的表达及活化，确定了凝血酶受体，RT-PCR和免疫组化，发现四个蛋白酶激活受体在人类的软骨细胞中发现，PAR-1为主要表达的亚型。此外，凝血酶和一个PAR-1，发现于人体软骨细胞钙动员系统中诱发快速细胞内钙离子反应。这些数据表明，纤维蛋白胶支持人软骨细胞的迁移和增殖。认为这些反应至少局部是由PAR-1介导的信号系统完成的［23］。这样的结果认为，纤维蛋白胶是MACI的一个不可分割的组成部分［24］。活检研究显示，MACI修复的关节软骨被很好地融入软骨下骨。而这意味着纤维蛋白胶对软骨细胞移植的危害可能是很小的。
    5  存在的问题展望。
    虽然MACI手术目前被证实临床效果很好，但仍存在以下不足：(1)需要活检方式采集种子细胞，增加患者痛苦；(2)软骨细胞来源有限；(3)目前手术费用较为昂贵，不易于推广；(4)远期效果不确定，修复的软骨易退变，纤维化；(5)缺乏长期的随访结果，有待进一步临床实践研究。但可以肯定，随着组织工程学的不断进展，MACI技术必将具有良好的发展前景。
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