间充质干细胞促进关节软骨的修复与再生

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2015.50.028

摘要/Abstract

摘要：

背景：关节软骨损伤后，软骨组织几乎没有修复能力，关节软骨损伤的修复一直是临床工作的难点。
目的：探讨修复关节软骨损伤的干细胞种类及其生物学特性，明确干细胞在修复关节软骨损伤中的作用及优缺点。
方法：由第一作者检索1998至2015年PubMed数据及CNKI中国期刊全文数据库，英文检索词“Articular cartilage injury，Mesenchymal stem cells ，regeneration”；中文检索词“关节软骨损伤，间充质干细胞，再生”，纳入47篇文献进行分析。
结果与结论：关节软骨损伤最有效的修复方案是以细胞为基础的治疗方法，来源于骨髓、脂肪及脐血的间充质干细胞均有较强的成软骨特性和克隆能力。骨髓间充质干细胞具有更高的分化潜能，对软骨缺损有修复作用，来源于脐血的间充质干细胞致瘤性低，脂肪源性干细胞的生长增殖速度更快。干细胞复合天然载体材料如胶原、明胶、纤维蛋白和藻酸盐等可促进细胞黏附、分化和增殖，以此构建组织工程软骨将有效修复关节软骨缺损。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：干细胞；骨髓干细胞；造血干细胞；脂肪干细胞；肿瘤干细胞；胚胎干细胞；脐带脐血干细胞；干细胞诱导；干细胞分化；组织工程

关键词: 干细胞, 移植, 关节软骨, 干细胞移植, 软骨损伤

Abstract:

BACKGROUND: After articular cartilage injury, the injured cartilage almost has no self-healing ability. Articular cartilage injury repair has been always a difficulty in clinical work.
OBJECTIVE: To explore the types and biological characteristics of stem cells for articular cartilage repair and to ensure the role and relative merits of stem cell transplantation in articular cartilage repair.
METHODS: PubMed and CNKI were retrieved by the first author for relevant articles published from 1998 to 2015 using the keywords of “articular cartilage injury, mesenchymal stem cells, regeneration” in English and Chinese, respectively. Finally, 47 articles were included in result analysis.
RESULTS AND CONCLUSION: Stem cell therapy is the most effective method for repair of articular cartilage injury. Mesenchymal stem cells from bone marrow, adipose and umbilical cord have strong chondrogenic and cloning capacities. Bone marrow mesenchymal stem cells have a stronger differentiation potential, and can be used for repair of cartilage injury. Umbilical cord-derived mesenchymal stem cells have a low tumorigenicity. Adipose-derived stem cells can proliferate and grow faster. Stem cells combined with natural carrier materials, such as collagen, gelatin, fibrin and alginate, can promote cell adhesion, differentiation and proliferation, in order to build an effective tissue engineered cartilage for repair of articular cartilage defects.

中图分类号:

R394.2

朱瑜琪，王金荣，王智耀. 间充质干细胞促进关节软骨的修复与再生[J]. 中国组织工程研究, 2015, 19(50): 8195-8200.

Zhu Yu-qi, Wang Jin-rong, Wang Zhi-yao. Mesenchymal stem cells promote articular cartilage repair and regeneration[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2015, 19(50): 8195-8200.

图/表（结果） 1

2.1 骨髓间充质干细胞
2.1.1 骨髓间充质干细胞的生物学特性自体软骨细胞作为软骨组织的惟一细胞成分被用来修复损伤的关节软骨有一定的疗效。有许多动物实验证实软骨细胞移植是促进关节软骨损伤修复的有效治疗方法^[11]。临床上也已成功利用自体软骨细胞进行缺损软骨组织的再生治疗，并在全世界实施了2万多例^[12]。随着研究的深入，也发现存在着诸多缺点和一些难以解决的问题，如组织供应局限，本身稀少的自体软骨细胞不能满足大面积软骨损伤所需要的较多细胞、取自自体将造成供区不健全及获得的组织分类不清等限制了这项技术在临床的广泛应用^[13]。另外，软骨细胞在体外培养时逐渐失去原有形态学特性和特殊功能而向去分化发展，因此需要寻找更为理想的种子细胞。
骨髓间充质干细胞主要存在于骨髓中并具有自我更新、分化成多种细胞的多项分化潜能，而且取材方便，可取自自体骨髓，近年来倍受关注^[14]。丁晓飞等^[15]抽取大鼠四肢骨髓，Percoll梯度分离液离心分离结合贴壁筛选法得到骨髓间充质干细胞，在含体积分数为15%胎牛血清的低糖DMEM培养液中培养10-14 d，传代后以体积分数为15%胎牛血清的高糖DMEM培养液对其进行诱导培养，观察体外培养条件下骨髓间充质干细胞的形态、生长特点和诱导培养后软骨特异性基质的表达情况。结果发现骨髓间充质干细胞原代培养呈均匀分布的集落样生长，呈长梭形；传代培养中形态特性无明显变化，细胞增殖周期缩短，细胞均质性明显提高；诱导后的细胞由梭形向多角形转变。徐友高等^[16]研究结果发现在体外培养条件下，骨髓间充质干细胞贴壁生长，为成纤维细胞样，CD34/CD45阴性、生长曲线呈S型。研究证明采用密度梯度离心法获得的骨髓间充质干细胞纯度较高，形态单一，生长稳定、增殖能力较强，具有独特的生物学特征。
骨髓间充质干细胞终身存在于骨髓和其他组织器官中，负责组织的修复和更新。骨髓间充质干细胞已在人、小鼠、大鼠、兔、猪、牛和羊等物种进行了研究，证明该类细胞在一定条件下能分化为软骨细胞^[17]。因其细胞本身的特性，由它诱导而来的软骨细胞在进行移植时不发生移植排斥反应，已经被应用于治疗如创伤、风湿性疾病引起的软骨损伤^[18] 。
2.1.2 骨髓间充质干细胞向软骨细胞的诱导分化目前，骨髓间充质干细胞在关节软骨损伤修复方面的研究比较深入，关节软骨损伤的修复已跨入了临床应用干细胞治疗的时代^[19]。向软骨细胞分化是个非常复杂的过程，许多学者在实验中证实多种细胞因子具有诱导骨髓间充质干细胞向软骨细胞分化的能力^[20]。大体说来，骨髓间充质干细胞向软骨细胞分化的主要因子有地塞米松、转化生长因子、维生素C、胰岛素样生长因子及成纤维细胞生长因子等。这些因子能增强骨髓间充质干细胞在体外向软骨表型的表达，还对基于骨髓间充质干细胞来源的软骨修复有着积极的促进作用^[21]。诸多实验表明，细胞因子对体外培养的骨髓间充质干细胞有着强大的诱导分化能力，其中尤以转化生长因子效能最强^[22]。但是一些因子的作用机制及细胞在分子水平的诱导机制还不明确，需要进一步的研究与验证。如何有效的组配各种诱导因子，促使骨髓间充质干细胞在体外大量扩增尚需进一步摸索^[23] 。
郑朝晖等^[24]由健康成人骨髓中分离出骨髓间充质干细胞，取第3代细胞进行实验。在转化生长因子β1、地塞米松及维生素C等诱导下向软骨细胞定向分化，并对分化后的细胞进行鉴定，结果显示，诱导分化后的骨髓间充质干细胞有Col Ⅱ和前Col ⅡmRNA的表达，说明骨髓间充质干细胞在转化生长因子β1、地塞米松及维生素C等诱导条件可分化为软骨细胞。尹战海等^[25]抽取兔骨髓，经密度梯度离心和黏附分离得到骨髓间充质干细胞，用生长因子诱导，观察细胞的增殖情况和软骨特异性基质的表达水平。结果发现纤维粘连蛋白促进骨髓间充质干细胞贴壁，可提高细胞分离率；转化生长因子β1、胰岛素样生长因子和维生素C结合可促进骨髓间充质干细胞增殖，表达软骨特异性的Ⅱ型前胶原mRNA和基质蛋白多糖。因此，认为密度梯度离心结合黏附分离可提高骨髓间充质干细胞的分离效率；转化生长因子β1、胰岛素样生长因子和维生素C结合诱导可促进骨髓间充质干细胞增殖，表达软骨细胞表型，而不产生诱导成骨效应。
骨髓间充质干细胞在体内定向成软骨的能力早已被证明，可通过取自自体且体外扩增的骨髓间充质干细胞植入体内修复重建软骨组织损伤^[26]。基于骨髓间充质干细胞向软骨分化的特点，骨髓间充质干细胞既可修复关节软骨面的损伤，也可修复包括软骨下骨的关节软骨损伤^[27]。人们利用动物模型相继开展了用该种细胞修复关节软骨损伤的体内实验，将骨髓间充质干细胞应用于软骨组织工程已成趋势^[28] 。
许杨等^[29]研究发现，碱性成纤维生长因子是调控骨髓间充质干细胞生长分化的重要细胞因子，对于骨髓间充质干细胞的促增殖作用显著，在体内可以促进软骨组织形成。张钦等^[30]取青紫蓝兔股骨骨髓分离间充质干细胞进行培养，采用变性处理及透明质酸盐修饰后的吸收性明胶海绵为载体，实验组用骨髓间充质干细胞修复自体股骨髁关节软骨缺损，对照组进行单纯吸收性明胶海绵移植，移植24周后，光镜下修复组织类似周围正常软骨组织结构，甲苯胺蓝异染与正常软骨组织无区别，为透明软骨组织，对照组关节软骨缺损区被纤维软骨样组织修复，说明自体骨髓间质干细胞移植于受损关节软骨处，可促进关节缺损的修复，恢复软骨组织的结构功能。
2.2 脂肪源性干细胞和脐血间充质干细胞修复软骨损伤近年来许多研究对脂肪间充质干细胞的生物学特性和可塑性进行了初步的研究，脂肪间充质干细胞的特性及其分化调控机制成为研究热点之一^[31]。脂肪组织来源间充质干细胞不但具有独特生物学特征，还具有向软骨细胞分化确切的优势，与其他间充质干细胞的区别明显^[32]。近年研究发现，可从人、小鼠、大鼠、兔和猪等物种脂肪组织中分离获得脂肪间充质干细胞^[33]，具有与骨髓间充质干细胞相似的表型和向软骨细胞分化的能力^[34]。
郭常敏等^[35]取人脂肪组织，机械法与酶消化法分离、培养脂肪间充质干细胞，观察细胞形态及增殖活力，检测表型、表达特异性蛋白及第9代脂肪间充质干细胞向成软骨细胞诱导分化能力。结果可见原代细胞贴壁后多呈多角形，传代后呈均一梭形。免疫细胞化学结果显示脂肪间充质干细胞不表达CK19，而波形蛋白阳性表达，间充质干细胞表面标志CD105、CD90、CD44、CD73均高表达，第9代生长状态好，仍保持良好干性，经诱导可多向分化，表明脂肪间充质干细胞可作为良好的细胞治疗或组织工程种子细胞的来源，且有潜在广泛应用前景。马洪斌等^[36]取兔皮下脂肪组织分离培养脂肪干细胞，用腺病毒真核表达载体转染脂肪干细胞(图1)。Ⅰ型胶原海绵支架搭载转染后的脂肪干细胞，待细胞吸附后对兔膝关节全层软骨缺损进行修复。实验证明12周后支架复合经骨形态发生蛋白14转染的脂肪干细胞组软骨组织修复良好，平整光滑，光洁度、质地及颜色良好，交界区整合良好。腺病毒携带骨形态发生蛋白14基因转染后脂肪干细胞修复软骨缺损的能力有大幅提升。
研究人员早已发现婴儿脐带中有非常多的干细胞，越是在血管周围，干细胞的浓度就越高，而且分化能力、增殖能力也越强，即使在体外，此类干细胞也具有增殖成软骨的能力，同时它分泌的细胞因子是骨髓细胞的百倍以上^[37]。也有研究人员通过有限的病例结果发现，与骨髓间充质干细胞相比，脐血来源间充质干细胞移植后的低移植物抗宿主病发病率、低移植相关死亡率及疾病复发率具有明显优势，易获得性及免疫耐受等特性使其越来越受到人们的关注^[38-39]。杨涛等^[40]将人脐血间充质干细胞与兔软骨细胞按照2∶1比例共培养，并用含有不同浓度甲状腺素的培养基分组刺激，共培养14 d后分别观察各组细胞形态，探讨不同浓度甲状腺素在人脐血间充质干细胞向兔软骨细胞分化中的作用。加入不同浓度甲状腺素干预后，聚集蛋白多糖、Ⅱ型胶原mRNA和蛋白的表达水平均随甲状腺素浓度增加而增强，与单纯共培养组比较差异有显著性意义。实验证明高浓度甲状腺素可增强人脐血间充质干细胞与兔软骨细胞共培养后向软骨细胞分化的能力。
2.3 干细胞复合组织工程支架材料修复关节软骨损伤应用于关节软骨损伤修复的载体很多，它们对种子细胞黏附、分化和增殖起重要的影响，为组织形成提供足够的三维立体结构空间，在促进组织形成方面也起着关键作用[41]。理想的载体材料应具备更好的力学性能和可控的降解速率^[42]。目前，载体材料包括天然载体材料、人工合成材料和复合材料等。天然载体材料具有良好的生物相容性，无毒、不致畸，有利于细胞的黏附和增殖^[43]。天然载体材料主要有胶原、明胶、纤维蛋白和藻酸盐等，不足在于力学性能及机械性能较差。人工合成材料不受来源的限制，容易加工成形，主要包括有机和无机合成支架材料，常用的聚合物有聚乳酸、聚羟基乙酸及其共聚物等，用于软骨修复的载体材料主要是高分子材料^[44]，但人工合成材料存在亲水性不够、有一定的免疫原性、对细胞吸附不足、导致细胞中毒等缺点。
有研究选用健康的新西兰大白兔27只，每只抽取自体骨髓3.0-4.0 mL，体外分离培养后以5.5×1011 L-1细胞浓度种植于胶原膜支架上体外培养48 h，制成自体骨髓间充质干细胞/胶原膜复合物[^45]，将以上27只实验动物手术制成双膝关节、股骨内髁负重区及滑车全层软骨缺损模型后，自体骨髓间充质干细胞/胶原膜复合物植入到双侧股骨内髁负重区、滑车软骨缺损处。研究显示植入自体骨髓间充质干细胞/胶原膜复合物后可重建关节骨软骨缺损，修复软骨在观察期内逐渐变厚，在12周内始终保持关节面及软骨下骨结构完整，为透明软骨样修复，表面光整，与周围软骨色泽相近；研究证实自体骨髓间充质干细胞复合胶原膜在体内环境下可形成透明软骨修复兔膝关节全层软骨缺损，胶原膜符合组织工程软骨基质材料的基本要求，有望成为一种理想的用于关节全层软骨缺损修复的软骨组织工程载体材料。
石业华等^[46]实验显示脂肪间充质干细胞-藻酸盐微珠成软骨诱导2周后，释放出的细胞贴壁后逐渐聚集，形成一定体积的质硬组织块，免疫组化检测显示，新生组织块细胞胞质中软骨特异性Ⅱ型胶原蛋白呈阳性表达，表明大鼠脂肪间充质干细胞向软骨细胞分化，可见藻酸盐凝胶中高密度培养大鼠脂肪间充质干细胞成软骨细胞诱导后的细胞再培养可形成新的软骨组织。
王兆杰等^[47]将新西兰大白兔的脂肪干细胞与软骨脱细胞基质支架复合，于软骨细胞方向诱导培养基中培养2周，构建组织工程软骨。于关节软骨缺损处置入经诱导的脂肪源干细胞复合软骨基质支架，结果显示12周后软骨缺损处被类软骨组织填充，修复区表面光滑；Ⅱ型胶原免疫组化染色和甲苯胺蓝染色阳性；电镜下可见软骨陷窝内有细胞结构存在，且有大量均匀颗粒状细胞分泌基质成分存在，细胞周围大量胶原纤维，说明脂肪干细胞与软骨脱细胞基质复合并向软骨诱导后可良好地修复关节软骨缺损，具有替代正常软骨的潜力，证明实验构建的组织工程软骨能有效修复关节软骨缺损。

参考文献

[1] Decker RS, Koyama E, Pacifici M. Articular Cartilage: Structural and Developmental Intricacies and Questions. Curr Osteoporos Rep. 2015;13(6):407-414.
[2] Wakitani S, Goto T, Pineda SJ, et al. Mesenchymal cell-based repair of large, full-thickness defects of articular cartilage. J Bone Joint Surg Am. 1994;76(4):579-592.
[3] Chen R, Mian M, Fu M, et al. Attenuation of the Progression of Articular Cartilage Degeneration by Inhibition of TGF-β1 Signaling in a Mouse Model of Osteoarthritis.Am J Pathol. 2015;185(11):2875-2885.
[4] Robinson PD. Histologic study of articular cartilage repair in the marmoset condyle. J Oral Maxillofac Surg. 1993;51(10): 1088-1094.
[5] Kuiper NJ, Sharma A. A detailed quantitative outcome measure of glycosaminoglycans in human articular cartilage for cell therapy and tissue engineering strategies. Osteoarthritis Cartilage. 2015 Jul 26. [Epub ahead of print]
[6] Caplan AI, Elyaderani M, Mochizuki Y, et al. Principles of cartilage repair and regeneration. Clin Orthop Relat Res. 1997;(342):254-269.
[7] Nover AB, Stefani RM, Lee SL, et al. Long-term storage and preservation of tissue engineered articular cartilage. J Orthop Res. 2015 Aug 21. [Epub ahead of print]
[8] Diduch DR, Jordan LC, Mierisch CM, et al. Marrow stromal cells embedded in alginate for repair of osteochondral defects. Arthroscopy. 2000;16(6):571-577.
[9] Ferrari G, Cusella-De Angelis G, Coletta M, et al. Muscle regeneration by bone marrow-derived myogenic progenitors. Science. 1998;279(5356):1528-1530.
[10] Wang W, He N, Feng C, et al. Human adipose-derived mesenchymal progenitor cells engraft into rabbit articular cartilage. Int J Mol Sci. 2015;16(6):12076-12091.
[11] Kang N, Liu X, Cao Y, et al. Comparison study of tissue engineered cartilage constructed with chondrocytes derived from porcine auricular and articular cartilage. Zhonghua Zheng Xing Wai Ke Za Zhi. 2014;30(1):33-40.
[12] Mason JM, Breitbart AS, Barcia M, et al. Cartilage and bone regeneration using gene-enhanced tissue engineering. Clin Orthop Relat Res. 2000;(379 Suppl):S171-178.
[13] Guillén-García P, Rodríguez-Iñigo E, Guillén-Vicente I, et al. Increasing the Dose of Autologous Chondrocytes Improves Articular Cartilage Repair: Histological and Molecular Study in the Sheep Animal Model. Cartilage. 2014;5(2):114-122.
[14] Worster AA, Nixon AJ, Brower-Toland BD, et al. Effect of transforming growth factor beta1 on chondrogenic differentiation of cultured equine mesenchymal stem cells. Am J Vet Res. 2000;61(9):1003-1010.
[15] 丁晓飞,赵劲民,陈维平,等.大鼠骨髓间充质干细胞分离、体外培养和向软骨细胞表型定向分化的实验研究[J].广西医科大学学报,2004,21(2):179-182.
[16] 徐友高,韦晓谋,吴振.人骨髓间充质干细胞体外培养及其生物学特性研究[J].右江民族医学院学报,2011,33(2):137-138.
[17] Yoo JU, Barthel TS, Nishimura K, et al. The chondrogenic potential of human bone-marrow-derived mesenchymal progenitor cells. J Bone Joint Surg Am. 1998;80(12): 1745-1757.
[18] Goomer RS, Maris TM, Gelberman R, et al. Nonviral in vivo gene therapy for tissue engineering of articular cartilage and tendon repair. Clin Orthop Relat Res. 2000;(379 Suppl): S189-200.
[19] Martin I, Padera RF, Vunjak-Novakovic G, et al. In vitro differentiation of chick embryo bone marrow stromal cells into cartilaginous and bone-like tissues. J Orthop Res. 1998;16(2): 181-189.
[20] Liu C, Ma X, Li T, et al. Kartogenin, transforming growth factor-β1 and bone morphogenetic protein-7 coordinately enhance lubricin accumulation in bone-derived mesenchymal stem cells. Cell Biol Int. 2015;39(9):1026-1035.
[21] Ponticiello MS, Schinagl RM, Kadiyala S, et al. Gelatin-based resorbable sponge as a carrier matrix for human mesenchymal stem cells in cartilage regeneration therapy. J Biomed Mater Res. 2000;52(2):246-255.
[22] Hara ES, Ono M, Pham HT, et al. Fluocinolone Acetonide Is a Potent Synergistic Factor of TGF-β3-Associated Chondrogenesis of Bone Marrow-Derived Mesenchymal Stem Cells for Articular Surface Regeneration. J Bone Miner Res. 2015;30(9):1585-1596.
[23] Majumdar MK, Banks V, Peluso DP, et al. Isolation, characterization, and chondrogenic potential of human bone marrow-derived multipotential stromal cells. J Cell Physiol. 2000;185(1):98-106.
[24] 郑朝晖,朱平,王彦宏,等.体外诱导骨髓间充质干细胞向软骨细胞的定向分化及其鉴定[J].细胞与分子免疫学杂志,2005,21(1): 79-82.
[25] 尹战海,曹峻岭,刘淼,等.生长因子诱导骨髓间充质干细胞成软骨分化的研究[J].西安医科大学学报,2002,23(2):117-120.
[26] Xu S, Liu H, Xie Y, et al. Effect of mesenchymal stromal cells for articular cartilage degeneration treatment: a meta-analysis. Cytotherapy. 2015;17(10):1342-1352.
[27] Karimi T, Barati D, Karaman O, et al. A developmentally inspired combined mechanical and biochemical signaling approach on zonal lineage commitment of mesenchymal stem cells in articular cartilage regeneration. Integr Biol (Camb). 2015;7(1):112-127.
[28] Johnstone B, Hering TM, Caplan AI, et al. In vitro chondrogenesis of bone marrow-derived mesenchymal progenitor cells. Exp Cell Res. 1998;238(1):265-272.
[29] 许杨.骨髓间充质干细胞修复兔膝关节软骨缺损的实验研究[D]. 徐州:徐州医学院, 2009:1-61.
[30] 张钦,孙正义,吴萌.自体骨髓间充质干细胞修复兔关节软骨缺损的实验研究[J].中国临床康复,2003,7(17):2410-2411.
[31] Wang W, He N, Feng C, et al. Human adipose-derived mesenchymal progenitor cells engraft into rabbit articular cartilage. Int J Mol Sci. 2015;16(6):12076-12091.
[32] Wu L, Cai X, Zhang S, et al. Regeneration of articular cartilage by adipose tissue derived mesenchymal stem cells: perspectives from stem cell biology and molecular medicine. J Cell Physiol. 2013;228(5):938-944.
[33] Van Pham P, Bui KH, Ngo DQ, et al. Activated platelet-rich plasma improves adipose-derived stem cell transplantation efficiency in injured articular cartilage. Stem Cell Res Ther. 2013;4(4):91.
[34] Shi J, Zhang X, Zhu J, et al. Nanoparticle delivery of the bone morphogenetic protein 4 gene to adipose-derived stem cells promotes articular cartilage repair in vitro and in vivo. Arthroscopy. 2013;29(12):2001-2011.
[35] 郭常敏,王达利,魏在荣,等.人脂肪间充质干细胞体外培养鉴定与诱导分化的初步研究[J].遵义医学院学报,2013,36(1):32-36.

[36] 马洪斌,李运祥,王铭伦.腺病毒携带骨形态发生蛋白14基因转染脂肪干细胞修复损伤关节软骨[J].中国组织工程研究,2015, 19(1):54-60.
[37] Ponticiello MS, Schinagl RM, Kadiyala S,et al. Gelatin-based resorbable sponge as a carrier matrix for human mesenchymal stem cells in cartilage regeneration therapy. J Biomed Mater Res. 2000;52(2):246-255.
[38] Chung JY, Song M, Ha CW, et al. Comparison of articular cartilage repair with different hydrogel-human umbilical cord blood-derived mesenchymal stem cell composites in a rat model. Stem Cell Res Ther. 2014;5(2):39.
[39] Hou L, Cao H, Wang D,et al. Induction of umbilical cord blood mesenchymal stem cells into neuron-like cells in vitro. Int J Hematol. 2003;78(3):256-261.
[40] 杨涛,江波,徐鹏,等.甲状腺素诱导人脐血间充质干细胞向软骨细胞分化中的作用[J].中国组织工程研究,2015,19(1):7-11.
[41] Zhang K, Zhang Y, Yan S, et al. Repair of an articular cartilage defect using adipose-derived stem cells loaded on a polyelectrolyte complex scaffold based on poly(l-glutamic acid) and chitosan. Acta Biomater. 2013;9(7):7276-7288.
[42] Vikingsson L, Gómez-Tejedor JA, Gallego Ferrer G, et al. An experimental fatigue study of a porous scaffold for the regeneration of articular cartilage. J Biomech. 2015;48(7): 1310-1317.
[43] Sridhar BV, Brock JL, Silver JS, et al. Development of a cellularly degradable PEG hydrogel to promote articular cartilage extracellular matrix deposition. Adv Healthc Mater. 2015;4(5):702-713.
[44] Caminal M, Moll X, Codina D, et al. Transitory improvement of articular cartilage characteristics after implantation of polylactide:polyglycolic acid (PLGA) scaffolds seeded with autologous mesenchymal stromal cells in a sheep model of critical-sized chondral defect. Biotechnol Lett. 2014;36(10): 2143-2153.
[45] 林建华,王日雄,陈雷,等.自体骨髓间充质干细胞复合胶原膜修复兔膝关节全层软骨缺损的实验研究[J].中国修复重建外科杂志, 2006,20(12):1229-1234.
[46] 石业华,陈志鹏,马启奎,等.脂肪间充质干细胞成软骨细胞诱导后的再培养[J].山东大学学报:医学版,2014, 52(12):45-49.
[47] 王兆杰,安荣泽, 张强,等.利用脂肪干细胞构建软骨修复兔膝关节软骨缺损的初步研究[J].中国骨质疏松杂志,2009,15(7): 501-505.

引言

关节软骨是构成滑膜关节的重要组成部分，具有低摩擦、富弹性和高渗透性的特性，其主要功能特征为缓冲承受人体压力，为软骨组织提供抗压和减少关节运动时的摩擦阻力，对维持关节运动具有重要意义^[1]。关节软骨微弱的再生潜能已被公认为是外科修复治疗最大的障碍^[2]，主要由于关节软骨具有无直接的血液供应、无神经支配及淋巴组织的解剖结构特征，关节腔又是一个缺血缺氧的环境，只能依靠关节液营养，所以一旦损伤，关节软骨很难自身修复，甚至发生严重的功能障碍，导致骨关节炎的发生，严重影响生活质量^[3]。目前，因创伤或炎症造成的关节软骨损伤在临床骨伤科中十分常见，有学者报道普通人从40岁开始便会出现软骨损伤，60-70岁人群中，关节软骨损伤程度将达到80%左右，运动员尤为常见，发生率可高达22%-50%^[4]。近年来，在软骨损伤修复再生方面开展了大量研究，关节软骨的实验研究取得了多方面的进展^[5] 。
目前国内外较为成熟的软骨修复技术主要有关节镜下关节腔冲洗、骨膜移植、软骨清理成形、自体或异体骨软骨移植、钻孔微骨折、软骨细胞移植、关节成形及关节融合等。这些治疗方案虽然各有不同，但在一定程度上拓展了关节软骨损伤的治疗途径^[6]。各种治疗方法都存在优缺点，自体移植首要问题是来源有限，适合于小面积缺损，可造成供区局部软骨缺损，组织结构的耐受力又十分有限；异体移植存在免疫排斥反应问题；软骨细胞移植对大面积的软骨缺损显得无能为力^[7]。因此，这些传统的治疗手段都存在一定的缺陷，有效持续时间短暂，远期疗效大多未能令人满意，到目前为止尚无一种方法能产生结构和功能与正常软骨相似的透明软骨组织^[8]。临床和基础研究中迫切需要采用一些有效新方法来促进受损关节软骨的自身修复，以挽救关节功能。
随着组织工程技术的迅速发展，组织工程学成为一门将生命科学和工程学原理相结合的新兴学科，软骨组织工程的基本原理是将种子细胞分离，经过体外培养扩增诱导后，将种子细胞接种到合适的载体上，移植到体内修复软骨缺损，随着载体的吸收，细胞增殖而形成新的有生命力的软骨组织，从而达到修复重建的目的^[9]。国际多个研究机构早已证明干细胞具有很强的促进软骨再生的能力，可以让一个完全没有软骨的患者，重新长出软骨，恢复关节正常功能^[10]。如何选择合适的种子细胞是修复软骨损伤需首要解决的问题，本文将对干细胞的来源、特性、软骨损伤修复实验研究及临床应用进行探讨。