2.2.2骨髓 骨髓成骨能力来自于骨髓基质细胞中的纤维细胞集落形成单位,它具有多向分化潜能,可分化为成骨系细胞、成纤维系细胞、脂肪细胞和网状细胞。在诱导因子作用下,可使其向成骨细胞系分化的数量大大增加,表明骨髓基质具有很强的成骨潜能[16,17]。MartinⅠ等取鸡胚骨髓基质细胞在体外培养,分化出软骨及骨样组织[18]。
优点:取材容易,损伤较小,传代能力强。缺点:因基质细胞具有多种分化潜能,应选择适当培养条件,保证其向成骨细胞分化。
2.2.3骨 胚胎与新生动物骨及人胚胎骨经培养得到成纤维细胞样细胞,适当条件可进一步分化为成骨细胞。Riccio v等将从人胚胎颅盖骨所取得的成纤维细胞样细胞在体外培养,发现细胞聚有很强的传代能力,34小时可传代一次。经分析,所得细胞是聚有很强分化能力的成骨细胞,且能与生物材料复合继续生长分化,生成新骨[19]。优点:易定向分化为成骨细胞。缺点:供区损伤及来源的局限性。
2.2.4骨外组织 起源于胚胎时期间充质的骨外部位的骨祖细胞,在诱导因子的持续作用下可维持其成骨的功能。如周皮细胞、C212成肌细胞、成纤维细胞等。家兔皮肤的成纤维细胞在体外培养,不仅能产生粘多糖和胶原等基质成分,还有钙盐沉积,有新生骨组织形成,证明皮肤成纤维细胞在体外有成骨的潜能[20]。优点:取材容易、创伤小,传代繁殖快。但其适应受区环境的能力较差。
综上所述,种子细胞应具备以下特点:①体外培养易定向分化为成骨细胞,传代繁殖快;②适应受区环境能力强;③取材容易,损伤小。根据四种来源的优点和不足,骨外膜和骨髓是比较理想的种子细胞来源,很有研究的意义。
2.3 组织工程化骨的组织还原
目前组织工程化骨修补缺损的实验过程,从取材、体外培养、细胞一聚合物复合体形成得到了成功。Breitbart aS等运用体外培养的骨膜细胞种植于PGA无纺网支架,移入体内修复颅骨缺损,证明了组织工程化骨可用于修补骨缺损[21]。国内有用羟基磷灰石水泥、珊瑚人工骨、BGC等修复颅面部缺损,效果良好。
2.4 生长因子与骨组织工程
随着分子生物学、生物化学的深入研究,生长因子在骨形成中的作用的日益受到重视。多种生长因子参与骨形成过程。生长因子通过调节细胞增殖。分化过程并改变细胞产物的合成而作用于成骨过程,因此,在骨组织工程中有广泛的应用前景[22,23]。常用的生长因子有:成纤维细胞生长因子(FGF)、转化生长因子-β(TGF-β)、胰岛素样生长因子(IGF)、血小板衍化生长因子(PDGF)、骨形态发生蛋白(BMP)等。它们不仅可单独作用,相互之间也存在着密切的关系,可复合使用。生长因子的作用是一个复杂的过程:如TGF-β、BMP的作用具有时间依赖性、剂量依赖性,针对不同分化阶段的靶细胞起不同的作用[24,25]。生长因子在骨组织工程中的应用,还需更深入的研究,以期取得最好的效果。
2.5 骨组织工程发展前景及所存在的问题
随着科学技术的发展、骨组织工程将成为一个项非常有前途的研究项目。近二十年来的研究成果已经给整形外科、口腔颌面外科、手外科医师提供了治疗骨缺损的新希望,尽管体外合成的骨组织在动物实验中可在动物体内存活,但日前尚不能应用于临床。主要原因有:①还原组织不能完全替代病损的功能,特别是负重部位的功能替换,涉及生物力学,移植效果尚难确定;②体外培养的组织能否适应体内环境继续生长还未得到确实的证明,体外培养液是一种优化培养环境,不受其它因素干扰,而体内骨的愈合需受神经、体液、周围环境的影响。③用于临床治疗,手术费用较高,患者难以承受[1]。
骨组织工程在近几年中需深入研究的问题:①继续完善动物实验机制,得到确实可靠的证据,为临床实验铺平道路;②骨生成和形态发生的影响因子的研究,与其它基础学科相联系,以确定哪些因子能有效促进新骨形成及影响其发挥最佳作用的因素。③深入ECM和种子细胞的开发,寻求更为理想的替代物和细胞来源。
组织工程学是医学科学发展的前沿学科,作为其中组成部分的骨组织工程有发展的潜力。随着研究的深入,相关科学技术的发展、进步,骨组织工程会更加完善,给医学领域特别是整形外科、口腔颌面外科带来巨大的变化。
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