关节软骨损伤与修复是骨科运动医学与关节镜外科面临的重大挑战。截止目前，仍然没有一种完美和被公认的技术，可以成为关节透明软骨修复的“金标准”。而临床上关节软骨损伤与退变又是极其常见的关节病损，不及时处理会导致后期不可避免的骨关节炎。近年来，微骨折技术、自体骨-软骨移植、自体骨-骨膜移植、同种异体骨-软骨移植、富血小板血浆注射技术以及组织工程修复技术等在临床上获得了较多的应用，虽然已发表的文献对各种方法的疗效报告不一，但毕竟对临床治疗关节软骨缺损提供了研究方向。
微骨折技术
微骨折是在传统的软骨钻孔技术上发展而来的一项骨髓刺激技术，也是目前临床上广泛采用的修复关节软骨损伤的技术，原理是微骨折孔道最初的渗血中含有丰富的骨髓间充质干细胞，渗血在软骨缺损处形成血凝块，其中的干细胞启动软骨修复机制，最终分化形成的纤维软骨充填缺损处。适应症为2~4cm2、国际软骨修复协会( International Cartilage Repair Society，ICRS) 评分Ⅲ ～Ⅳ级软骨损伤并且不伴有软骨下骨缺损的患者。该技术较为简单，并发症低且性价比高，并能取得一定临床效果，已成为一线技术首选。但目前存在的问题是微骨折术后形成的是以Ⅰ型胶原为主的纤维软骨，其生物力学强度较正常的透明软骨组织差。
具体操作为先去除损伤区域周边不稳定的软骨，并要求余下的正常软骨边缘是垂直的。用刮匙清除缺损区的钙化软骨层，但注意不能破坏软骨下骨板。接着用微骨折凿从靠近边缘正常软骨的缺损区开始进行在软骨下骨板上的凿孔，要求有足够的深度以确保骨髓从骨孔中流出，理想的孔间距离为3~4mm，这可以避免骨孔间的塌陷贯穿，也可避免软骨下骨板的不稳。
自体骨-软骨移植
自体骨软骨移植技术或称马赛克技术是将自身非负重区的骨软骨移植于骨软骨缺损部位。这种技术的优势在于：缺损区可以获得生物学性质与原来一样的透明软骨，移植物可以获得I 期骨愈合，术后恢复较快。但也存在来源有限，供区受损等缺点。其主要用于小于2cm2 的全厚层骨软骨缺损病例并且软骨下骨深度最好不超过6 mm。
具体操作为选择合适的非负重区以最适大小的取材器垂直于供区关节面获取长度为10~15mm的柱状骨软骨块。再用另一个直径稍小的取材器在受区制造一个圆柱形的骨软骨孔洞，要求与供区柱状骨软骨块的长度、直径和角度相匹配。在移植入受区时，移植物骨块要稍低于周围关节面。高于周围关节面或者低于周围关节面超过2mm 是均不利于移植物的愈合。
自体骨-骨膜移植
临床中对于骨软骨缺损较深的病例尚难以用单纯的骨膜移植来修复，我们的实验研究证实了骨膜生发层的间质细胞在关节内合适的环境中具有成软骨的潜能，电镜观察显示其软骨细胞能分泌II型胶原纤维。基于这一结果，长征医院关节外科自1994年起即采用骨膜‐骨复合移植修复较深的骨软骨缺损，利用缺损区基底血供使骨‐骨愈合或爬行替代，消灭骨缺损；利用关节滑液的营养使骨膜存活，加之术后的持续被动活动，以利骨膜向关节软骨的转化。我们以关节镜或关节镜辅助的小切口技术对软骨缺损区采用自体软骨移植的手术器械（ORTS）进行钻孔，于胫骨近段采用相同器械获取带骨膜的相同直径的骨膜‐骨圆柱状移植物，将其嵌入准备完成的软骨缺损区，使移植物骨膜略低于周围关节面1~2mm。该技术共施行26例手术，随访时间1~10年，其中20例获得2年以上随访，包括临场评估，X片，6例获得MRI 随访，2例因其它原因获得二次关节镜观察。结果X片显示有3例出现移植物部分吸收，但无症状加重主诉。6例MRI 显示移植区信号改变，但关节面无明显缺损。2例关节镜再观察病例显示局部有类软骨样组织覆盖。基于上述结果我们认为自体骨‐骨膜移植可能为软骨修复技术提供一种简单、有效和创伤较小的可选择方案之一。
同种异体骨软骨移植
同种异体骨软骨移植的历史可以追溯到20 世纪初，其目的是在软骨缺损区移植一整块大小、外形匹配，且完全成熟能承受正常范围压力的软骨组织。典型适应症为2cm2 以上大面积创伤性或退变性的软骨或者骨软骨缺损，特别是同时合并骨丢失>6mm。也可用于软骨修复术失败后的翻修手术。
同种异体骨软骨移植物具有成熟的基质，其软骨下骨保留完整，与软骨在软骨‐骨交界处紧密相连。
研究发现细胞外基质和软骨细胞可以长期存活。而且同种异体软骨细胞还具有免疫豁免性，软骨组织没有血管，且软骨细胞都被致密的细胞外基质包绕，从而形成免疫屏障作用。研究发现，移植失败并不是软骨移植物的免疫反应造成的，而可能是由于移植的骨组织愈合失败引起。移植的骨组织与受区骨组织的成功愈合是移植物存活的关键。但是骨块移植物会产生免疫反应，这主要是因其含有供体留下的血液成分。与人类白细胞抗原检测阴性的患者相比，阳性患者在进行同种异体骨软骨移植术后，骨周围水肿更严重，所含异常移植物骨髓成分也更多。因此，移植时应尽可能减少移植物的骨组织成分，并通过灌洗尽可能多的清除供体的骨髓细胞。
另外，同种异体软骨移植物最佳的保存方式是新鲜冷藏，冷冻或冻干的软骨都没有足够活性的软骨细胞。而冰箱新鲜冷藏的软骨细胞在7 天内的活性率为98%，到28 天时降到70%。细胞活性的降低与细胞密度的降低和代谢活动的减少有关，所以移植手术的时间窗大约为检疫后的10~14 天。
具体操作为首先将导引针钻入缺损区中央，然后使用钻孔器清除残留的软骨组织及软骨下骨，直到正常的松质骨。对单纯的软骨缺损，清除3~5mm的骨组织即可，而对于深层损伤或者存在剥脱性骨软骨炎引起的骨坏死则须清除8~10mm的骨组织。同种异体骨软骨移植物应在相对应的异体部位取材。注意移植物的边缘宜切成斜角，从而有利于移植物的嵌入。脉冲式冲洗移植物骨质上残留的骨髓成分。移植时直接用手将移植物嵌入缺损区，以避免嵌入器可能破坏表面的软骨细胞。
组织工程修复技术
自体软骨细胞移植（autologous chondrocyte implantation，ACI），也称第一代组织工程软骨修复技术，是以细胞为基础的软骨修复技术，包括获取自体软骨细胞，体外单层扩增培养，骨膜或胶原膜覆盖封闭软骨缺损区，软骨细胞悬液注入缺损区域等步骤，最后体内生成的为透明软骨和纤维软骨的混合物。适用于中等和大面积全层缺陷（>3~4cm2）软骨缺损。理想状态下，软骨缺损的周围应该是由正常完整软骨组成的稳定边缘（如边界整齐），因为这样才有利于覆盖膜的缝合。当软骨下骨缺损深达8~10mm时，应该预先或者同时进行骨移植。1997年，FDA通过了ACI 的临床准入申请，并进行了一项多中心临床应用研究，19个医疗中心的50例膝关节软骨损伤患者接受了ACI 治疗，平均年龄为36岁，ICRS 评分Ⅲ～Ⅳ度，平均缺损面积为4. 2cm2，经过3 年以上随访，手术成功率达94%。
但第一代技术存在的问题有：1、采用体外单层二维培养的软骨细胞易于去分化为成纤维细胞，透明软骨基质的主要成分Ⅱ型胶原蛋白基因表达减少，而纤维软骨的主要成分Ⅰ型胶原纤维基因表达增加，从而导致软骨生物性状的改变；2、缺损覆盖有两种常用的方法。一种是骨膜覆盖，这是FDA 唯一批准认证的方法，但由于骨膜有过度生长变肥大的倾向，这种方法在欧洲已经不再使用。
研究发现采用骨膜覆盖的患者中，有20%~50%需要再次行关节镜手术以清理肥厚的骨膜区域。另外一种方法是胶原膜覆盖。研究发现其临床效果比较好，而且再手术率比骨膜低。但因其不是标准的认证操作，需征求患者同意后才能使用。3、传统ACI 技术单纯使用软骨细胞悬液注射，无法保证缺损软骨三维结构的完整填充和构建。
为解决上述问题，研究人员采用了第二代组织工程软骨修复技术，即采用生物相容性和生物降解能力较好的人工合成材料或生物材料制成的三维支架进行自体软骨细胞培养技术，此项技术在欧洲和澳大利亚进行了较多的临床应用，并取得了良好的近期随访结果。目前第二代技术的组织工程支架有以下几种（见表1）。第二代技术虽然近期效果较为乐观，但是大部分的文献报道样本数量偏少，随访年限较短，远期疗效尚不明确。同时，多中心随机对照研究的报道结果较少，缺少与传统修复技术的随机对照研究证据。
第三代组织工程软骨修复技术，包括采用同种异体细胞，改进软骨诱导基质材料，体外特殊条件下细胞培养、一站式手术等。DeNovo ET 技术( Zimmer) 利用胚胎来源的软骨细胞，在体外扩增培养后，结合软骨诱导基质，制成现成的软骨修复产品，用于软骨缺损修复，可望用于一期手术治疗，但目前还处于临床前期试验阶段。Histogenics NeoCart 技术，在非负重区获取软骨细胞并扩增后，接种于I 型胶原构建的蜂巢样基质中，在带生物力学刺激的生物反应器中培养。然后经小关节切口植入缺损区，采用生物粘合剂固定。FDA一期安全实验做了7 例ICRS 3级患者，两年随访VAS，IKDC 评分明显提高，关节活动度改善，未发现关节纤维化。MRI 显示6 例软骨缺损修复优良，另1例达到中等修复，MRI 显示2 例于一年后出现透明软骨，4 例于两年后出现透明软骨。
上述组织工程软骨修复技术虽然在一定程度上部分解决了软骨损伤的组织修复问题，但是新生成的软骨组织仍未完全恢复关节透明软骨特有的空间结构和组织成分。为此，有研究者提出了第四代组织工程软骨修复技术，包括支架材料的三维打印，基因治疗，MSC 干细胞与组织工程技术结合等，从种子细胞、支架材料、细胞因子各个层面加以改进。如采用自身血清或者无血清培养技术，种子细胞选取与软骨细胞基因同源性较好且增殖能力更强的滑膜间充质干细胞，采用例如循环载荷刺激的微动力环境培养系统促进Ⅱ型胶原和蛋白多糖的合成，采用生物材料表面修饰（化学接枝、等离子体、光接枝）的方法改进支架表面特性，采用三维打印技术改善支架的仿生空间结构，通过转基因技术提高成软骨细胞因子的表达等等。以上组织工程领域的技术突破将为软骨损伤的修复提出新的解决方案。