同种异体幼年软骨微粒移植修复关节软骨缺损的可行性

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.1574

中国组织工程研究 ›› 2019, Vol. 23 ›› Issue (10): 1520-1525.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.1574

• 组织工程骨及软骨材料 tissue-engineered bone and cartilage materials • 上一篇下一篇

同种异体幼年软骨微粒移植修复关节软骨缺损的可行性

尤奇¹，段小军²，张骏¹，金瑛¹，彭旭¹，葛振¹，刘毅¹

¹遵义医学院附属医院关节外科，贵州省遵义市 563000；²陆军军医大学西南医院关节外科，重庆市 400038

收稿日期:2018-10-15 出版日期:2019-04-08 发布日期:2019-04-08
通讯作者: 刘毅，教授，遵义医学院附属医院关节外科，贵州省遵义市 563000
作者简介:尤奇，男，1989年生，安徽省阜阳市人，汉族，遵义医学院在读硕士，主要从事软骨组织工程研究。
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(81071484)，项目负责人：段小军；贵州省科技厅联合基金(黔科合LH字[2017]7015号)

Feasibility of repairing articular cartilage defects with particulated juvenile cartilage allograft

You Qi¹, Duan Xiaojun², Zhang Jun¹, Jin Ying¹, Peng Xu¹, Ge Zhen¹, Liu Yi¹

¹Department of Joint Surgery, the Affiliated Hospital of Zunyi Medical University, Zunyi 563000, Guizhou Province, China; ²Department of Joint Surgery, Southwest Hospital, Army Medical University, Chongqing 400038, China

Received:2018-10-15 Online:2019-04-08 Published:2019-04-08
Contact: Liu Yi, Professor, Department of Joint Surgery, the Affiliated Hospital of Zunyi Medical University, Zunyi 563000, Guizhou Province, China.
About author:You Qi, Master candidate, Department of Joint Surgery, the Affiliated Hospital of Zunyi Medical University, Zunyi 563000, Guizhou Province, China
Supported by:
the National Natural Science Foundation of China, No. 81071484 (to DXJ); the Combined Foundation of Science & Technology Department of Guizhou Province, No. LH[2017]7015

摘要/Abstract

摘要：

文章快速阅读：

文题释义：

同种异体移植：同一物种内不同基因型的个体间器官、组织、细胞的移植，是临床最常见的移植类型，也是移植免疫学研究的重点。

幼年软骨微粒：是将取得的幼年关节软骨组织，切成大小为1 mm×1 mm×1 mm的软骨微粒。在美国，同种异体幼年软骨微粒已经进入临床研究阶段，目前中国还没有相关技术的报道。

背景：同种异体幼年软骨微粒制备简单，获取容易，该技术在美国已经进入临床研究阶段，但临床上还处于“黑箱”操作阶段，对于移植的幼年软骨微粒是如何通过生物化学机制和基因信号转导发挥生物学效应，目前还不清楚。目前，中国还没有相关技术的报道。

目的：探索同种异体幼年软骨微粒移植修复关节软骨缺损的可行性。

方法：从幼年贵州小香猪(陆军军医大学实验动物中心提供)膝关节获取同种异体幼年软骨微粒，体外培养1，3，7 d进行Brdu免疫荧光检测。将同种异体幼年软骨微粒/纤维蛋白凝胶复合物移植于SCID大鼠(陆军军医大学实验动物中心提供)皮下，1个月后取材，进行苏木精-伊红染色、番红染色、免疫组织化学检测。在10只成年贵州小香猪(陆军军医大学实验动物中心提供)膝关节髌骨面制作直径8 mm的软骨缺损，随机分2组干预，实验组软骨缺损处移植同种异体幼年软骨微粒/纤维蛋白凝胶复合物，空白组不移植任何材料，3个月后取材，对修复组织进行苏木精-伊红、番红-固绿、甲苯胺蓝、免疫组织化学检测。

结果与结论：①在同种异体幼年软骨微粒的体外培养中，第1天见到极少的软骨细胞脱落与增殖；第3天可见少量的软骨细胞脱落与增殖；第7天见到有明显的细胞脱落与增殖，且增殖的细胞分布在切缘周围；②皮下移植1个月后，移植的同种异体幼年软骨微粒仍然存活且周围有少量的软骨细胞增殖；③软骨缺损修复3个月后，空白组未见明显修复组织；实验组可见明显的修复组织，新生的软骨组织颜色与正常软骨组织颜色相似，且与周围正常软骨组织界面整合良好，细胞分布较均匀；④结果表明，同种异体幼年软骨微粒修复关节软骨缺损可取得良好的效果。

ORCID: 0000-0002-9081-1805(尤奇)

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

关键词: 同种异体, 关节软骨缺损, 幼年软骨微粒, 增殖, 修复, 生物材料

Abstract:

BACKGROUND: Particulated juvenile cartilage allograft is simple and easy to obtain, and relevant clinical studies are underway in the USA. However, how the transplanted juvenile cartilage fragments exert biological effects through biochemical mechanisms and genetic signal transduction is still unclear. There is as yet no report on this technology in China.

OBJECTIVE: To explore the feasibility of articular cartilage defects repaired with particulated juvenile cartilage allograft.

METHODS: The cartilage fragments were obtained from juvenile Pitman-Moore strains (provided by the Laboratory Animal Center of the Army Medical University in China) and cultured in vitro. Brdu immunofluorescence assay was performed at 1, 3, and 7 days of culture. The particulated juvenile cartilage allograft/fibrin gel composites were subcutaneously transplanted into the SCID rats (provided by the Laboratory Animal Center of the Army Medical University). The specimens were taken for hematoxylin-eosin staining, safranin O staining and immunohistochemistry after 1 month. Cartilage defects of 8 mm in diameter were made in the knee joint of 10 adult Pitman-Moore strains (Laboratory Animal Center of the Army Medical University), and were randomized into two groups, which were then transplanted with the particulated juvenile cartilage allograft/fibrin gel composites (experimental group) or nothing (control group). The specimens were taken for hematoxylin-eosin staining, safranin O fast green staining, toluidine blue and immunohistochemistry at 3 months after transplantation.

RESULTS AND CONCLUSION: Little Brdu incorporation was detected in juvenile cartilage fragments at 1 day of culture, some Brdu incorporation was defected at 3 days of culture. At 7 days of culture, a progressive increase in the Brdu signal was detected in chondrocytes within the cultured cartilage fragments, which seemed to localize along the tissue edge. At 1 month after subcutaneous transplantation, the particulated juvenile cartilage allograft still survived and were surrounded by few proliferative chondrocytes. There was no obvious tissue repair in the control group at 3 months after transplantation. In the experimental group, there was obvious tissue repair, the color of the newly formed tissues was similar to the normal cartilage tissue, which integrated well with the surrounding normal cartilage tissue, and the cells distributed evenly. These results imply that particulated juvenile cartilage allograft can achieve good results in repairing articular cartilage defects.

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

Key words: Cartilage, Articular, Fibrin, Tissue Engineering

中图分类号:

R459.9

[R318.06]

尤奇，段小军，张骏，金瑛，彭旭，葛振，刘毅. 同种异体幼年软骨微粒移植修复关节软骨缺损的可行性[J]. 中国组织工程研究, 2019, 23(10): 1520-1525.

You Qi, Duan Xiaojun, Zhang Jun, Jin Ying, Peng Xu, Ge Zhen, Liu Yi. Feasibility of repairing articular cartilage defects with particulated juvenile cartilage allograft[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2019, 23(10): 1520-1525.

图/表（结果） 5

2.1 幼年软骨微粒体外增殖情况检测倒置荧光显微镜观察显示，幼年软骨微粒体外培养第1天仅见到极少的Brdu结合到软骨微粒中，第3天可见到少量的软骨细胞的脱落与增殖，第7天见到有明显的细胞脱落与增殖，而且增殖的细胞在切缘周围，见图1。

2.2 皮下移植幼年软骨微粒的相关检测石蜡切片苏木精-伊红染色结果示，幼年软骨微粒能够存活，且幼年软骨微粒周围有少量的软骨细胞增殖，见图2A。番红染色结果示，移植的幼年软骨微粒染色阳性，幼年软骨微粒仍存活，见图2B。Ⅱ型胶原免疫组织化学结果示，移植的幼年软骨微粒染色阳性，幼年软骨微粒具有增殖活性，见图2C。

2.3 膝关节软骨缺损修复效果

2.3.1 大体观察所有动物伤口愈合良好，膝关节活动良好，关节液清亮，关节腔未见粘连。空白组缺损区域可见明显凹陷，无明显填充物，或仅有少量纤维组织样物填充；实验组缺损区域被乳白色组织填充，表面光滑平整，缺损边缘整合良好，见图3。

2.3.2 大体评分及组织学评分空白组、实验组大体形态评分分别为6.2±1.2，17.4±0.9，两组评分比较差异有显著性意义(P < 0.05)。空白组、实验组组织学评分分别为4.8±0.8，15.8±0.8，两组评分比较差异有显著性意义(P < 0.05)，见图4。

2.3.3 组织学观察苏木精-伊红染色结果显示，空白组无明显填充物，仅有少量纤维组织样物填充；实验组缺损被软骨样组织填充，与周围正常软骨整合良好。甲苯胺蓝染色结果显示，空白组缺损未见明显着色的修复组织；实验组缺损可见蓝染的修复组织填充，着色强度与周围正常软骨组织类似，界面整合良好。番红-固绿染色结果显示，空白组缺损中修复组织着色不明显；实验组缺损中可见红染的修复组织填充，且着色强度与周围正常软骨类似，潮线结构完整，软骨与骨界面整合良好。Ⅱ型胶原免疫组织化学染色结果显示，空白组缺损中未见明显着色的Ⅱ型胶原；实验组缺损中可见着色阳性的Ⅱ型胶原，且着色强度与周围正常软骨组织类似。实验组与对照组关节软骨缺损组织学观察结果，见图5。

参考文献

[1] Schindler OS.Current concepts of articular cartilage repair. Acta orthop Belg. 2011;77(6):709-726.

[2] Min BH,Choi WH,Lee YS,et al.Effect of different bone marrow stimulation techniques (BSTs) on MSCs mobilization.J Orthop Res. 2013;31(11):1814-1819.

[3] Bedi A,Feeley BT,Williams RJ.Management of Articular Cartilage Defects of the Knee. J Bone Joint Surg Am. 2010; 92(4):994-1009.

[4] Perterson L,Minas T,Brittberg M,et al.Two-to-9-year outcome after autologous chondrocyte transplantation of the knee.Clin Orthop Relat Res.2000;374:212-214.

[5] Haddo O,Mahroof S,Higgs D,et al.The use of chondrogide membrane in autologous chondrocyte implantation.The knee. 2004;(11)1:51-55.

[6] Filardo G,Kon E,Di Martino A,et al.Second-generation arthroscopic autologous chondrocyte implantation for the treatment of degenerative cartilage lesions.Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc. 2012;20(9):1704-1713.

[7] Kon E,Delcogliano M,Filardo G,et al.A novel nano-composite multi-layered biomaterial for treatment of osteochondral lesion:technique note and an early stability pilot clinical trial. Injury. 2010;41(7):693-701.

[8] Gille J,Behrens P,Schulz AP,et al.Matrix-Associated Autologous Chondrocyte Implantation: A Clinical Follow-Up at 15 Years. Cartilage.2016;7(4):309-315.

[9] Karoubi G, Ormiston ML,Stewart DJ,et al. Single-cell hydrogel encapsulation for enhanced survival of human marrow stromal cells. Biomaterials.2009;30(29):5445-5455.

[10] Shimizu H,Ohashi K,Utoh R,et al.Bioengineering of a functional sheet of islet cells for the treatment of diabetes mellitus. Biomaterials. 2009;30(30):5943-5949.

[11] Hayashi S,Kamei N,Ikuta Y,et al.Chondrocyte cell-sheet transplantation for treating monoiodoacetate-induced arthritis in rats. Tissue Eng Part C Methods.2017;23(6):346-356.

[12] Xu X,Shi D,Liu Y,et al.Synovium-derived mesenchymal stem cell sheet enhance autologous osteochondral transplantation in a rabbit momdel. Int J Clin Exp Med. 2016;9(6):10322-10332.

[13] Shaari CM,Farber D,Brandwein MS,et al.Chracterizing the antigenic profile of the human trachea:Implications for tracheal transplantation.Head Neck.1998;20(6):522-527

[14] Liu K,Zhou GD,Liu W,et al.The dependence of in vivo stable ectopic chondrogenesis by human mesenchymal stem cells on chondrogenic differentiation in vitro. Biomaterials. 2008;29(14): 2183-2192.

[15] Ge Y, Gong YY,Xu Z,et al.The application of sheet technology in cartilage tissue engineering.Tissue Eng Part B Rev. 2016; 22(2):114-124.

[16] Mouthuy PA,Elsherbini Y,Cui Z,et al.Layering PLGA-based electrospum membranes and cell sheets for engineering cartilage-bone transition.Tissue Eng Regen Med. 2016;10(4): 263-274.

[17] Verdonk P,Dhollander A,Almqvist KF,et al.Treatment of osteochondral lesions in the knee using a cell-free scaffold. Bone Joint J. 2015;97-B(3):318-323.

[18] Brix M,Kaipel M,Kellner R,et al. Successful osteoconduction but limited cartilage tissue quality following osteochondral repair by a cell-free multilayered nano-composite scaffold at the knee. Int Orthop. 2016;40(3):625-632.

[19] Filardo G,Kon E,Di MA,et al.Treatment of knee osteochondritis dissecans with a cell-free biomimetic osteochondral scaffold: clinical and imaging evaluation at 2-year follow up.am J Sports Med. 2013;41(8):1786-1793.

[20] Albrecht F,Roessner A,Zimmermann E.Closure of osteochondral lesions using chondral fragments and fibrin adhesive. Arch Orthop Trauma Surg.1983;101(3):213-217.

[21] Riboh JC,Cole BJ,Farr J.Particulated articular cartilage for symptomatic chondral defects of the knee.Curr Rev Musculoskelet Med.2015;11(1):21-34.

[22] Bonasia DE,Marmotti A,Rosso F,et al.Use of chondral fragments for one stage caitilage repair:a systematic review. World J Orthop. 2015;6(11):1006.

[23] 宁志刚,杨柳,王富友,等.保留钙化层结构的猪股骨滑车全厚软骨缺损模型建立[J].中国修复重建外科杂志,2012,26(5):527-531.

[24] Brittberg M,Aglietti P,Gambardella R,et al.ICRS Cartilage Injury Evaluation Package. 2002:16-18. https://www.secot.es/ uploads/descargas/formacion/escalas_valoracion/ICRS._TRAUMA_CARTaILAGO.pdf

[25] Mainil-Varlet P,Aigner T,Brittberg M,et al.Histological assessment of cartilage repair: a report by the Histology Endpoint Committee of the International Cartilage Repair Society (ICRS). J Bone Joint Surg Am. 2003;85-A 2(1):45-57.

[26] Kontturi LS,Jarvinen E,Muhonen V,et al.An injectable,insitu forming type IIcollagen/hyaluronic acid hydrogel vehicle for chondrocyte delivery in cartilage tissue engineering.Drug Deliv Transl Res. 2014;4(2):149-158.

[27] Cole BJ,Farr J,Winalski CS,et al.Outcomes after a single-stage procedure for cell-based cartilage repair: a prospective clinical safety trial with 2-year follow-up.Am J Sports Med. 2011;39(6): 1170-1179.

[28] Kon E,Filardo G,Zaffagnini S,et al.Biodegradable polyurethane meniscal scaffold for isolated partial lesions or as combined procedure for knees with multiple comorbidities: clinical results at 2 years. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc. 2014;22(1): 128-134.

[29] Farr J,Yao JQ.Chondral Defect Repair with Particulated Juvenile Cartilage Allograft. Cartilage. 2011;2(4):346-353.

[30] Farr J,Tabet SK,Margerrison E,et al.Clinical,Radiographic,and histological outcomes after cartilage repair with particulated juvenile articular cartilage:a 2-year prospective study.Am J Sports Med. 2014:42(6):1417.

[31] Mcmillan S,Light GT, Brtz C.All-arthroscopic implantation of minced juvenile chondral allograft for an isolated, full-thickness chondral lesion in the trochlea of an adult knee. Arthrosc Tech. 2016;5(2):397-401.

[32] Arshi A,Wang D,Jones KJ.Combined particulated juvenile cartilage allograft transplantation and medial patellofemoral ligament reconstruction for symptomatic chondral defects in the setting of recurrent patellar instability.Arthrosc Tech. 2016;5(5): 1149-1154.

[33] Buckwalter JA,Bowman GN,Albright JP,et al.Clinical outcomes of patellar chondral lesions treated with juvenile particulated cartilage allografts.lowa Orthop J. 2013;34(1)44-49.

[34] Kruse DL,Ng A,Paden M,et al.Athroscopic De Novo NT(R) juvenile allograft cartilage implantation in the talus: a case presentation.J Foot Ankle Surg.2012;51(2):218.

[35] Dunn JC,kusnezov N,Orr J,et al.Ostochondral defects of the upper extremity treated with particulated juvenile cartilage transfer. HAND. 2015;10(4):683-687.

[36] Pascual-Garrido C,Hao J,Schrock J,et al.Arthroscopic juvenile allograft cartilage implantation for cartilage lesions of the hip. Arthrosc Tech. 2016;5(4)929-933.

[37] Adkisson HD,Martin JA,Amendola RL,et al.The potential of human allogeneic juvenile chondrocytes for restoration of articular cartilage. Am J Sports Med.2010;38(7):1324-1333.

[38] Smeriglio P,Lai JH,Dhulipala L,et al.Comparative potential of juvenile and adult human articular chondrocytes for cartilage tissue formation in three-dimensional biomimetic hydrogels. Tissue Eng Part A. 2015;21(1-2)147-155.

[39] Skaalure SC,Milligan IL,Bryant SJ.Age impacts extracellular matrix metabolism in chondrocytes encapsulated in degradable hydrogels. Biomed Mater.2012;7(2):024111.

[40] Bonasia DE,Martin JA,Marmotti A,et al.Cocultures of adult and juvenile chondrocytes compared with adult and juvenile chondral fragments: in vitro matrix production.Am J Sports Med. 2011;39(11):2355-2361.

[41] Marmotti A,Bonasia DE,Bruzzone M,et al.Human cartilage fragments in a composite scaffold for single-stage cartilage repair:an in vitro study of the chondrocyte migration and the influence of TGF-beta1 and G-CSF.Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc.2013;21(8):1819-1833.

[42] Adkisson HD,Milliman C,Zhang X,et al.Immune evasion by neocartilage-derived chondrocytes: Implications for biologic repair of joint articular cartilage.Stem Cell Res. 2010;4(1): 57-68.

[43] Tompkins M,Adkisson HD, Bonner KF. DeNovo NT Allograft. Oper Tech Sports Med. 2013;21(2):82-89.

引言

材料方法

1.1 设计体外及体内观察性实验。

1.2 时间及地点实验于2017年11月至2018年6月在遵义医学院实验动物中心和免疫实验室完成。

1.3 材料

实验动物：2月龄贵州小香猪2只，平均体质量9 kg；6月龄贵州小香猪10只，体质量(22±2) kg，雌雄不拘，由陆军军医大学实验动物中心提供，动物使用许可证号：SYXK (军)2012-0030。6只成年SCID鼠，平均体质量290 g，雌雄不拘，由陆军军医大学实验动物中心提供。

实验主要试剂、仪器：H-DMEM培养基、FBS(GIBCO公司，美国)；Brdu(SIGMA，美国)；鼠抗Brdu抗体、山羊抗鼠IgG(Abcom，美国)；DAPI(SIGMA，美国)；EDTA脱钙液(索莱宝，北京)；甲苯胺蓝、番红-固绿(索莱宝，北京)；兔抗猪Ⅱ型胶原抗体(Abcom，美国)；山羊抗兔IgG(中杉金桥，北京)；纤维蛋白凝胶(由20 g/L的纤维蛋白原溶液(SIGMA，美国)和50 U/mL的凝血酶(SIGMA，美国)及 50 mmol/L的CaCl₂溶液混合而成；超净工作台(TDGC2J-0.5，上海先锋，中国)；低温离心机(Centrifuge 5417R，Eppendorf，德国)；CO₂恒温细胞培养箱(41311/R，Thermo scientific，美国)；倒置荧光显微镜(DMIRB，Leica，德国)。

1.4 实验方法

1.4.1 体外实验

幼年软骨微粒的制备：以3%戊巴比妥钠按0.5 mL/kg对幼年小香猪进行耳缘静脉麻醉，常规消毒铺巾，逐层切开暴露关节腔，用手术刀削取大小为1 mm×1 mm×1 mm的软骨微粒，将软骨微粒接种于12孔板中(200 mg/孔)，每孔中加入2 mL H-DMEM，每隔2 d换液1次。

幼年软骨微粒体外增殖免疫荧光检测：将体外培养的1，3，7 d的幼年软骨微粒，加入Brdu培养过夜，甲醇固定；2 mol/L盐酸室温变性DNA；封闭液封闭；加入大鼠抗Brdu一抗过夜，加入荧光二抗，加入DAPI；荧光显微镜观察。

1.4.2 体内实验

幼年软骨微粒皮下移植及相关检测：以10%水合氯醛按5 mL/kg对SCID大鼠行腹腔注射麻醉，将获取的幼年贵州小香猪膝关节软骨微粒复合纤维蛋白凝胶移植于SCID大鼠皮下。术后1个月取出软骨微粒-纤维蛋白凝胶复合物，40 g/L多聚甲醛固定，石蜡包埋切片，进行苏木精-伊红染色、番红染色、Ⅱ型胶原免疫组化检测，观察软骨微粒的存活及细胞增殖情况。

同种异体幼年软骨微粒复合纤维蛋白凝胶修复膝关节软骨缺损及相关检测：常规将成年小香猪麻醉，消毒铺巾，逐层切开，暴露膝关节腔，外侧髌骨脱位，用直径8 mm的空心环钻在髌骨关节面做一个直径为8 mm的软骨缺损，确保缺损底部无明显渗血^[23]。将小香猪随机分为2组，每组5只，空白组对缺损不做特殊处理；实验组将获得的幼年软骨微粒与纤维蛋白凝胶复合，制成软骨微粒纤维蛋白凝胶复合体(将幼年软骨微粒与20 g/L的纤维蛋白原500 µL混合，再向其中加入50 U/mL的凝血酶500 µL及50 mmol/L的氯化钙溶液20 µL)，移植到成年小香猪的软骨缺损处，髌骨复位，逐层缝合切口，切口碘伏消毒。术后统一圈养，不限制活动，连续7 d肌注头孢噻肟钠60×10⁴ U/只。术后3个月处死动物，取下膝关节软骨缺损修复标本，大体观察关节软骨缺损修复区域，按照国际关节软骨修复协会大体形态评分方法进行评分^[24]，评分越高形态越好；将取下的膝关节标本用40 g/L多聚甲醛固定24 h，EDTA脱钙液进行脱钙，石蜡包埋切片，对修复组织进行苏木精-伊红、甲苯胺蓝、番红-固绿、Ⅱ型胶原免疫组织化学检测，并按照O’Driscoll评分法进行评分^[25]，评分越高修复效果越好。

1.5 主要观察指标 ①幼年软骨微粒体外培养软骨细胞脱落及增殖情况；②幼年软骨微粒皮下移植存活情况及细胞增殖情况；③异体幼年软骨微粒移植修复关节软骨缺损的效果。

1.6 统计学分析应用SPSS 17.0统计软件对数据进行分析处理，数据以x(_)±s表示，空白组与实验组采用配对t 检验，采用单因素方差分析，以α=0.05为检验水准，P < 0.05为差异有显著性意义。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

讨论

关节软骨损伤一直是医学界亟待解决的难题，传统的修复方法很多，虽然在短期的随访中具有较好的临床疗效，能够改善患者的运动功能和缓解疼痛，但最终会导致软骨的退行性变和骨关节炎的发生^[26]。1983年Albrecht等^[20]开创了运用自体软骨微粒移植修复关节软骨缺损的技术。虽然该技术避免了细胞的体外分离培养且临床效果较为稳定，但面临着供区移植组织受限、供区并发症、费用高等问题^[27-28]。2011年美籍华人Yao及其团队创建了同种异体幼年软骨微粒移植技术修复关节软骨缺损^[29]。Farr等^[30]、Mcmillan等^[31]报道了应用幼年软骨微粒移植修复膝关节软骨缺损，结果显示术后患者膝关节疼痛减轻、运动功能明显改善。Arshi等^[32]、Buckwalter等^[33]报道了应用幼年软骨微粒修复髌骨缺损具有良好的修复效果。近年来，也有研究报道了应用幼年软骨微粒修复踝、肘、髋关节软骨损伤^[34-36]。虽然该技术在美国已经进入临床研究阶段，但临床上还处于“黑箱”操作阶段，对于移植的幼年软骨微粒是如何通过生物化学机制和基因信号转导发挥生物学效应的，目前还不清楚。

Adkisson等^[37]报道相较于成熟的软骨细胞，体外培养的幼年软骨细胞能够产生更多的新生软骨蛋白，其中糖胺聚糖的含量是成熟软骨细胞的100倍，Ⅱ型胶原和Ⅸ型胶原的表达量分别是成熟软骨细胞的100倍和700倍，而且新生的Ⅱ型胶原和Ⅸ型胶原分布和自体软骨组织分布相似。Smeriglio等^[38]也得出相类似的结论。Skaalure等^[39]研究发现幼年软骨细胞不仅形成的胶原蛋白比成熟软骨细胞多，而且幼年软骨细胞蛋白聚糖的降解速度比成熟软骨细胞低。Bonasia等^[40]也证明相较于成熟软骨细胞，幼年软骨细胞的增殖能力和体外形成组织工程软骨的能力更强。Marmotti等^[41]也证实幼年软骨微粒增殖能力要强于成年软骨微粒，而且实验中还证实转化生长因子β和集落刺激因子能够促进幼年软骨微粒中细胞的迁移和增殖。此次研究将幼年软骨微粒体外培养，发现软骨细胞能够脱落增殖，且随着培养时间的延长增殖细胞逐渐增多，同时发现增殖的细胞在软骨微粒切缘周围均匀分布。

此次研究将猪的幼年软骨微粒移植到SD大鼠皮下，1个月后取材，结果显示：移植的幼年软骨微粒能够存活且周围有脱落增殖的软骨细胞。Adkisson等^[42]报道了幼年软骨细胞不会引起T细胞增殖，也不会表达引起T细胞免疫反应的细胞分子，如组织相容性复合体Ⅱ类抗原和共刺激分子B7-1和B7-2。此外幼年软骨细胞能够表达抑制T细胞增殖的多种负性调节因子，如B7家族分子、软骨调节素。Farr等^[29]发现幼年软骨细胞不仅能够低表达引起免疫排斥反应的刺激分子(如CD80、CD60)，还能够表达抑制淋巴细胞增殖的表面蛋白分子。在组织结构上，软骨组织缺乏血管、淋巴系统而且又具有致密、坚硬的细胞外基质，可在一定程度上避免宿主免疫细胞的攻击，这也可能是其低免疫原性的原因之一^[43]。此次研究结果与以上结论相符合，说明幼年软骨微粒的抗原性较弱，体内移植能够存活且不会引起强烈的免疫排斥反应。

体内实验结果显示，同种异体幼年软骨微粒复合纤维蛋白凝胶修复膝关节软骨缺损具有良好的效果。同空白组相比，实验组缺损被透明软骨样组织填充，通过苏木精-伊红染色、甲苯胺蓝染色、番红-固绿染色、Ⅱ型胶原免疫组织化学检测显示修复组织与周围正常的软骨组织类似，且修复组织与周围正常软骨界面整合良好。但作者也发现在修复组织中存在一定小间隙，这可能与幼年软骨微粒和支架材料的接种密度及支架材料的结构和生化性能有关。因此，优化组织工程支架材料，联合应用更多的创新技术成果可能是未来软骨组织工程研究的一个方向。

综上所述，幼年软骨微粒具有良好的增殖潜能且不会产生明显的免疫排斥，应用同种异体幼年软骨微粒修复关节软骨缺损具有良好的修复效果。因此，未来将异体幼年软骨微粒作为种子细胞应用于软骨组织工程，将具有良好的发展前景。然而移植的幼年软骨微粒是如何通过生物化学机制和基因信号转导发挥修复作用的，实验并未进行过多研究，因此在后续的研究中，课题组将加大对同种异体幼年软骨微粒移植修复关节软骨缺损的通路机制研究。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

同种异体幼年软骨微粒移植修复关节软骨缺损的可行性

Feasibility of repairing articular cartilage defects with particulated juvenile cartilage allograft

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表（结果） 5

参考文献

相关文章 15

引言

材料方法

讨论

文章快阅

延伸阅读

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	吴训, 孟娟红, 张建运, 王亮. 浓缩生长因子修复兔髁突全层软骨损伤[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(8): 1166-1171.
[2]	刘聪, 刘肃. miR-17-5p调控低氧诱导因子1α介导脂肪细胞分化及血管生成的分子机制[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(7): 1069-1074.
[3]	汪显耀, 关亚琳, 刘忠山. 提高间充质干细胞治疗难愈性创面的策略[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(7): 1081-1087.
[4]	王诗琦, 张金生. 中医药调控缺血缺氧微环境对骨髓间充质干细胞增殖、分化及衰老的影响[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(7): 1129-1134.
[5]	李偲, 赵婷, 谭戈, 郑雨林, 张若男, 吴艳, 唐俊明. 血小板源生长因子BB可促进骨骼肌成肌细胞增殖、分化与迁移[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(7): 1050-1055.
[6]	马泽涛, 曾晖, 王德利, 翁鉴, 冯松. 微小RNA-138-5p与软骨细胞增殖和自噬的关系[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(5): 674-678.
[7]	王玉姣, 刘丹, 孙嵩, 孙勇. 改良型富血小板纤维蛋白复合双相磷酸钙可促进兔骨髓间充质干细胞的活性[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(4): 504-509.
[8]	孙启, 周亚男, 董鑫, 李宁, 颜家振, 石浩江, 许胜, 张幖. 激光选区熔化钴铬烤瓷合金金瓷结合界面的特性[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(4): 521-525.
[9]	周继辉, 姚猛, 王岩松, 李新志, 周游, 黄卫, 陈文瑶. 新型纳米支架对神经干细胞生物行为及相关基因表达的影响[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(4): 532-536.
[10]	刘江锋. 纳米羟基磷灰石/聚酰胺66复合材料联合锁定钢板治疗股骨骨纤维异常增殖症[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(4): 542-547.
[11]	李黎, 马力. 磁性壳聚糖微球固定化乳糖酶及其酶学性质[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(4): 576-581.
[12]	常文辽, 赵杰, 孙晓亮, 王锟, 吴国锋, 周剑, 李树祥, 孙晗. 人工骨膜的材料选择、理论设计及生物仿生功能[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(4): 600-606.
[13]	刘旒, 周箐竹, 龚桌, 刘博言, 杨斌, 赵娴. 胶原/无机材料构建组织工程骨的特点及制造技术[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(4): 607-613.
[14]	叶海民, 丁凌华, 孔维豪, 黄祖泰, 熊龙. 多级微管结构骨支架载体促进成骨成血管作用及机制[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(4): 621-625.
[15]	宋凯凯, 张锴, 贾龙. 周围神经系统损伤的微环境与修复方式[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(4): 651-656.