椎间盘再生组织工程的研究进展

椎间盘再生组织工程是以种子细胞为核心、组织工程支架为载体及生物活性因子为诱导催化剂,修复、逆转椎间盘退行性变的一种新的策略。其种子细胞主要包括髓核细胞、纤维环细胞、软骨细胞、间充质干细胞,组织工程支架主要为天然材料、人工合成材料和复合材料支架,生物活性因子主要有生长因子、骨诱导形成因子等。

组织工程学方法培养的同种异体纤维环细胞移植与椎间盘再生的实验研究

椎间盘是人体中最缺乏血供的组织,它的再生能力与关节软骨一样低下。在行髓核摘除术后,纤维环的再生很少,其结果导致椎间盘的变性将不可避免。该实验采用组织工程学方法。利用薄膜封闭的蜂窝状发育不全的胶原基质支架(ACHMS支架)作为纤维环细胞的载体,将纤维环细胞移植于经激光气化切除的椎间盘内。研究移植的纤维环细胞对兔椎间盘的再生能力。从20只日本白兔上分离出纤维环细胞。用PKH-26萤光染色标记后将其种植于蜂窝状发育不全的胶原基质支架内,支架周围用薄膜包绕封闭。纤维环细胞在薄膜封闭的蜂窝状发育不全的胶原基质支架内培养1周后移植于受体白兔的椎间盘空隙内。这些受体白兔的椎间盘髓核组织已被吲哚花青绿染料加强的激光所气化。分别于术后2、4、8、12周对白兔麻醉后摄腰椎软组织X线片,测量椎间盘高度,并取出腰椎标本。对移植同种异体纤维环细胞的兔椎间盘组织进行连续冰冻切片、番红精-O染色后组织学检查,观察PKH-26荧光标记的同种异体纤维环细胞的增殖情况。结果显示,同种异体纤维环细胞能存活,并具有增殖能力。

间质干细胞在椎间盘再生中的潜在性应用

目前，慢性腰痛成为我国主要的公共卫生问题之一。椎间盘退变（intervertebral dise degeneration，IDD）是因细胞外基质（extracellular matrix，EcM）合成减少、椎间盘细胞逐渐衰老和凋亡而牵连引发腰痛的一个主要病理过程，发病普遍，长期存在可导致腰椎管狭窄、腰椎间盘突出及椎体滑脱等。IDD的治疗主要根据腰痛性质进行治疗性干预，这虽然对缓解椎间盘源性腰痛可能有益，但不能从根本上治愈IDD。因此，如何彻底地临床靶向治愈IDD成为迫切解决的科学问题。间质干细胞（mesenchymal stem cells，MSCs）是多能干细胞，具有自我更新能力，能分化成不同的细胞类型，包括软骨细胞谱系，促进ECM形成，免疫调节椎间盘组织炎症反应，分泌相关的生长因子，可间接促进椎间盘组织修复，为椎间盘再生提供可能。本文通过查阅近几年相关MSCs移植在椎间盘再生中应用的文献并进行综合分析，从不同角度阐述IDD的分子机制、病理、治疗现状以及MSCs治疗IDD中存在的问题和前景，旨在突破退变椎间盘不能再生的禁锢，解开传统治疗观念的枷锁，将MSCs治愈IDD的理念引至科学前沿。

椎间盘再生的外科治疗策略

人体很多组织都具有再生功能，以此来抵御衰老，椎间盘也不例外。寻求椎间盘再生的策略和方法，将给椎间盘退变性疾病的治疗带来新的希望。椎间盘再生疗法在一定范围内可以取代目前切除、融合和固定的传统治疗，使椎间盘退行性变的“不可逆性”变为“可逆性”，从而延缓或阻止椎间盘退行性变的进一步发展，促进椎间盘恢复正常生物力学功能。

椎间盘再生的治疗策略

目的对椎间盘再生的种子细胞、支架材料、生长因子及应用前景进行综述。方法广泛查阅近年有关以生物学修复重建为基础的椎间盘再生策略,包括细胞治疗和组织工程的相关文献,并对新进展进行综述。结果以MSCs为基础的种子细胞和多重仿生支架材料的设计是研究热点,如何有效结合种子细胞、支架材料和生长因子的相互作用及其调控尚需进一步研究。结论椎间盘的生物学再生手段具有广阔的临床应用前景。

椎间盘退变机制研究现状及生物治疗展望

椎间盘退变性疾病的发病率与复发率较高，严重影响患者的工作及日常生活。目前的治疗方法主要是缓解疼痛症状或神经受压症状，却无法阻止退变进程，这也是导致高复发的主要原因之一。目前的研究认为，椎间盘退变是一个与细胞外基质数量减少、细胞老化凋亡、炎性介质刺激和血管增生等相关的复杂程序。大量实验研究提示，椎间盘再生活性物质、干细胞移植、自体软骨细胞移植、基因治疗等方法可以不同程度地增加椎间盘细胞和基质数量，促进椎间盘再生或修复，从而逆转退变进程。

腰椎间盘退变的机制及基因治疗

腰椎间盘退变及其继发的相关组织异常改变所致下腰痛是临床极为常见的病症，每年要消耗大量的人力、物力和财力。治疗方法有非手术治疗、手术治疗和介入治疗等。手术治疗会破坏脊柱运动单位的生理完整性，而且不能从根本上阻止椎间盘退变的发生和发展。因此如何在保持脊柱力学结构和生理完整性的前提下进行椎间盘退变的治疗，即在早期阻止或逆转椎间盘退变，促进椎间盘再生，是医务工作者目前集中研究的课题之一。随着分子生物学的飞速发展，采用基因治疗阻止或逆转椎间盘退变已成为有应用前景的治疗方法。

新西兰兔间盘再生机制探讨

目的观察并分析新西兰白兔椎间盘老化进程。方法选择取32只雌雄各半新西兰白兔,按年龄分为2组:A组均为3月龄新西兰白兔;B组均为9月龄新西兰白兔。用抗Brd U单标抗体以及其它代表分化的标记物抗体进行双标免疫组化反应检测。结果不同年龄组新西兰白兔均检测到细胞增殖从niche区域向纤维环和椎间盘内部逐渐迁移。niche位干细胞似乎在椎间盘区域发挥了一定的作用,不止在幼年的新西兰白兔模型上可以发现,在成年的新西兰白兔模型上也可以发现。结论本研究结果表明支持祖细胞从干细胞niche位向椎间盘区域迁移,祖细胞可能对成年哺乳动物椎间盘再生起到一定的作用。

SDF-1/CXCR4在椎间盘退变中的作用研究进展

下腰痛已成为全球公共健康问题,椎间盘退变(IDD)是引发腰痛的最主要原因,然而IDD的分子机制仍未完全阐明。基质细胞源性因子-1(SDF-1)及其受体CXCR4在退变的椎间盘组织中高表达,被认为可介导IDD的发生和发展,如间盘血管再生、炎症反应、基质细胞代谢、细胞凋亡等病理过程,近年来还被应用于椎间盘再生等组织工程研究中。因此,积极探索SDF-1/CXCR4在IDD中的作用对于阐明IDD的分子机制及探寻治疗IDD的新策略具有重要意义。该文就近年来SDF-1/CXCR4在IDD及椎间盘再生中的作用研究进展进行综述,以期为深入了解IDD的分子机制提供依据,同时为早期靶向治疗IDD提供新的思路。

骨形态发生蛋白7抑制椎间盘髓核细胞的凋亡

背景:椎间盘退变是引起下腰痛的主要原因之一,目前临床的手术治疗可以缓解疼痛症状,但会牺牲椎间盘的功能,无法完全治愈椎间盘退变,开发新的生物学治疗方法对于遏制早期椎间盘退变的进展,或再生退变的椎间盘组织是非常重要的。目的:探讨骨形态发生蛋白7能否减轻人椎间盘髓核细胞在传代培养过程的细胞衰老及其可能机制。方法:以行椎间盘摘除术的患者为研究对象,手术过程中获取椎间盘组织并提取人椎间盘髓核细胞体外传代培养6次。在培养基中外源性加入骨形态发生蛋白7或磷酯酰肌醇-3激酶特异性抑制剂LY294002,分别检测细胞增殖能力、端粒酶活性、β-半乳糖苷酶活性,以及细胞凋亡相关基因和磷酯酰肌醇-3激酶/蛋白激酶B信号通路分子的表达情况。结果与结论:(1)细胞培养基中添加骨形态发生蛋白7后可以显著提高髓核细胞增殖能力和端粒酶活性,降低细胞β-半乳糖苷酶活性,并下调p16和p53的表达,激活磷酯酰肌醇-3激酶/蛋白激酶B信号通路;(2)此外通过磷酯酰肌醇-3激酶特异性抑制剂LY294002能够明显逆转骨形态发生蛋白7对髓核细胞的抗凋亡作用;(3)提示骨形态发生蛋白7通过激活磷酯酰肌醇-3激酶/蛋白激酶B途径发挥髓核细胞的抗凋亡作用,可为异体椎间盘髓核细胞的体外培养和组织工程学研究提供新思路。

细胞生物学治疗方法在椎间盘退行性病变方面的研究

在最近几年几种以细胞为基础的治疗来刺激椎间盘再生过程得到倡议：造血干细胞（ haematopoietic stem cells HSC ）、胎儿脊柱细胞（ fetal spine cells ）、永生性髓核细胞系（ immor-talized NP－cell lines ）、自体椎间盘软骨细胞（ autologous IVD chondrocytes ）、胚胎干细胞（ embryonic stem cells SC ），诱导性多能行胚胎干细胞（ induced pluripotent SC ）、嗅觉胚胎干细胞（ olfactory SC ）和来源于骨髓或脐带血的细胞的MSC已经被证明具有促进椎间盘再生／修复的潜力。髓核祖细胞（从髓核中单独分离得到的大约具有1％的比率）可分化为软骨形成细胞和神经源性细胞系，表明具有促进椎间盘再生的潜力［1］。除了椎间盘再生之外，祖细胞可能起到保护性作用。在调节椎间盘的炎症方面，在体外共同培养的纤维环细胞与巨噬细胞中研究发现家兔髓核祖细胞被证明可降低促炎性细胞：IL－6、IL－8以及iNOS的表达水平［99］。对于椎间盘再生而言，MSC为最主要的具有吸引力的替代细胞类型，部分是因为它们能够做为自体移植物。在犬类动物模型的研究中，MSCs能够增加Ⅱ型胶原的表达同时降低椎间盘内细胞凋亡的数量。在家兔模型中， MSCs能够在椎间盘中保持24周左右。但是移植性MSCs的数量最为关键。犬类动物模型中，每个椎间盘含有的MSCs细胞数量非常关键，每个椎间盘中会有106个MSCs最为理想，因为105个MSCs可导致细胞的生存能力下降，而107个MSCs可诱导细胞凋亡。除了MSCs的多种分化能力之外其与免疫调节相关的作用已经得到证明。 MSCs在炎症中的作用是建立在它们作为细胞因子释放工厂直接与损伤细胞相互作用的积极作用［2］。在一项小鼠的肺损伤模型中研究中，MSCs被发现可分泌IL－1Ra或在小鼠梗死模型中产生有能力的抗炎症蛋白：TNF－α刺激基因／蛋白6（ TNF－αstimulated gene／protein 6 TSG－6）。有趣的是在全身性应用MSCs之后，TSG－6也被鉴定为大鼠角膜损伤模型中的关键因子。将MSCs移植入小猪、兔、犬椎间盘后，在FaS配体（其他的免疫特免位点发现的一种蛋白质）表达重新恢复，表明MSCs可能分化为细胞表达FasL，也可能刺激新生的髓核细胞产生这种FasL，这样会促成在退变性椎间盘中免疫特免位点的恢复。

椎间盘退变的再生修复治疗

椎间盘退变是引起腰背部疼痛的主要原因,遗传、年龄、营养状态、长期负重所致的组织弱化是造成椎间盘退变的基本因素。目前对于椎间盘退行性疾病的治疗可分为三类:保守治疗、手术治疗、修复和再生策略。保守和手术治疗只能缓解腰背部疼痛症状,不能从根本上治疗引起退变的原因。同时,手术治疗不能逆转椎间盘退变,甚至会进一步加重现有的损伤。椎间盘的修复和再生策略通过重塑椎间盘正常的生理结构和功能来治疗椎间盘退行性疾病,并且不会增加椎间盘损伤,其主要方式有细胞治疗、组织工程学等。目前针对椎间盘再生的研究主要集中在髓核再生。尽管纤维环修复和再生是髓核及椎间盘修复的关键,这方面的研究却相对较少。近来,椎间盘再生策略已经越来越注重同时修复受损的纤维环和髓核,以防止或推迟单独修复髓核所致的退行性改变。本文将讨论椎间盘修复和再生的治疗策略和成就,并提出未来的研究方向。