中药诱导干细胞在骨组织工程学中应用的研究概况

随着组织工程学的飞速发展以及科研人员的不断深入研究发现,用中药诱导干细胞在组织工程学中修复骨缺损具有一定的优势。骨组织工程学因具有良好的组织相容性、生物降解材料降解性而成为了研究的热点。近年来,骨组织工程技术的不断发展为修复骨缺损带来了希望,而干细胞移植是组织工程学中非常重要的环节之一,因其具有能够在特定条件下分化为不同类型细胞的能力,所以对于组织器官的损伤修复具有重要意义。而单纯利用干细胞治疗骨缺损疾病则存在治疗周期延长、靶向性不高等缺陷。中药参与治疗可促进干细胞增殖、诱导干细胞定向分化、促进移植后的干细胞定向迁移,从而缩短治疗周期并增强靶向性,可大大提高临床治疗效果。基于此,文章以中药诱导干细胞在骨组织工程学中应用的最新研究进展为契入点进行综述,探讨中药诱导干细胞在骨组织工程学中发挥的重要作用。

肩袖腱骨愈合中组织工程学再生的机制及问题

背景:近年来关节镜下进行肩袖修补术已经成为临床治疗肩袖损伤的“金标准”,但经肩袖修补术治疗后的术后再撕裂率却居高不下,其主要原因在于肩袖原有结构无法恢复,因此仅通过手术方法进行解剖学愈合是远远不够的。随着组织工程学的发展,越来越多的学者发现其对肩袖愈合有着巨大的优势,可以有助于激发腱骨界面有序再生,随着研究的不断深入,各类支架、种子细胞、生长因子层出不穷,具有广阔前景。但目前国内外相关综述较少,不便临床医生及相关领域学者总体了解研究近况。目的:对近年来肩袖腱骨愈合领域研究中的组织工程学相关支架材料、种子细胞及细胞因子做一总结,以期对肩袖腱骨愈合的基础研究和临床进展起到一定的启示作用。方法:通过计算机检索中国知网及PubMed数据库,中、英文检索词为“肩袖损伤,组织工程;rotator cuff,tissue engineering”等。对检索出的10年内文献进行筛选,排除与文题无关及质量低或重复文献,并手动纳入其他相关文献,最终对纳入的69篇文献进行结果分析。结果与结论:组织工程在腱骨结合部位的再生领域中有着巨大的潜力。(1)目前的支架材料可大体分为天然材料支架、人工合成材料支架及复合材料支架3种类型,其各有优势,但复合材料支架似乎可以更好地仿生腱骨界面原有的梯度结构因此具备更大前景。(2)各类干细胞和生物因子的搭载也被证实可以激发损伤区域的修复潜能。然而干细胞种类的选择和各类生物因子内在分子信号通路的研究仍需进一步深入,进而明确具体的生物因子的介入时间节点及层次,达到精准诱导原有4层结构再生的目的。

临界骨缺损动物模型评估骨组织工程支架成骨效能的价值

背景:临界骨缺损的修复一直是创伤骨科医师面临的临床难题。随着临床技术与生物材料的发展,Ilizarov,Masquelet以及骨组织工程等技术正逐步取代传统自体骨及同种异体骨移植术成为骨修复领域的研究热点。其中尤以骨组织工程支架最具发展潜力,但在骨组织工程支架正式应用于临床前,进行大量基础研究必不可少,而动物实验意义最大,因此选择合适的临界骨缺损动物实验模型对验证骨组织工程支架成骨效能非常重要。目的:系统总结不同种类临界骨缺损动物模型的优缺点,评估各类骨组织工程支架在临界骨缺损动物模型中的成骨效能。方法:检索中国知网、万方、Web of Science、Cochrane Library和PubMed数据库,中文检索词为“骨缺损,动物模型,骨组织工程,支架,骨修复,骨再生”,英文检索词为“Bone defects,Animal models,Bone tissue engineering,scaffolds,Bone repair,Bone regeneration”,最终将临界骨缺损动物模型和其应用于评估骨组织工程支架成骨效能的相关实验研究文献62篇进行综述。结果与结论:①目前关于临界骨缺损的具体定义仍不明确,各类骨缺损动物模型如何建立临界缺损尚未取得共识。②检索迄今发表建立的小鼠、大鼠、兔、猪、犬和羊临界骨缺损动物模型文章,发现国内外学者在建立临界骨缺损模型时基本遵循骨缺损大小为实验期间内无法自愈的原则,但在具体数值上则存在不一。③大鼠颅骨、股骨和兔股骨髁为较合适的临界骨缺损模型部位选择,二者具有来源广泛、实验环境要求低、容易饲养、造模成本低和可操作性强等优点,适合大规模造模。但与绵羊和猪等大动物相比,存在骨骼偏小、骨组织成分与人体骨存在一定差异性、难以完全模拟人体骨愈合过程的缺点。④骨组织工程支架在进行细胞实验评估生物相容性及成骨活性后,可借助稳定的临界骨缺损动物模型证实其体内成骨效能及生物安全性,大鼠颅骨、股骨和兔股骨髁临界骨缺损模型分别适合于膜内成骨和软骨内成骨的初步评估,而绵羊、猪胫骨临界骨缺损为较理想的大动物模型,推荐用于临床前评价。⑤未来研究将深入探讨骨组织工程支架成骨的分子机制,有望帮助研发出可媲美自体骨成骨效能的人工支架材料,对攻克大段骨缺损这一临床棘手问题具有重要意义。

纳米珍珠粉在骨组织工程中的应用研究进展

纳米级材料具有很多优点,将纳米技术应用于珍珠粉制备形成纳米珍珠粉,既具有纳米材料的优点,又保留了珍珠粉的特性,可成为一种理想的骨缺损修复材料。纳米珍珠粉以较为优越的性能作为骨缺损修复材料显示出广阔的应用前景,受到了广泛的关注。

3D打印技术与骨组织工程研究文献计量及研究热点可视化分析

背景:随着3D打印技术和骨组织工程的不断发展,越来越多研究将3D打印技术运用到骨组织工程研究中,但主要研究现状、热点和发展趋势还不够明确。目的:通过对3D打印与骨组织工程研究的相关文献进行文献计量和研究热点可视化分析,探索该领域当前研究现状、热点及发展趋势。方法:以"3D打印与骨组织工程研究"为主题检索中国知网数据库,基于CNKI文献计量可视化分析方法对3D打印技术在骨组织工程中应用的发文数量趋势、发文机构、发文期刊等进行统计分析。利用VOSviewer软件分析文献的作者合作和关键词共现网络,并结合文献对热点研究主题进行解读。结果与结论:①检索到3D打印与骨组织工程研究的相关有效文献469篇,从2014年来3D打印与骨组织工程研究的发文开始出现稳定增长的趋势,《中国组织工程研究》杂志和吉林大学是该领域发文最多的杂志和机构,文献作者形成5大团体,但各团体间的合作很少;②关键词共现网络显示,关键词共同聚类成的4个研究主题(骨组织工程支架材料、3D打印技术及其在骨科的应用、3D打印与关节置换、其他)和排名前10的关键词(3D打印技术、计算机辅助技术、骨组织工程、组织工程、骨折、骨缺损、羟基磷灰石、三维、置换、钛合金)所揭示的内容,真实反映了当前3D打印与骨组织工程研究的现状与热点,可为该领域研究者在选择研究方向时提供参考。

种子细胞在骨组织工程中的研究现状(综述)

骨组织工程是目前医学科学发展的前沿学科,亦是一门涉及多个医学领域的交叉学科,种子细胞又在其中起着关键作用。该文对目前各类常用种子细胞的优缺点进行了概述比较。

骨组织工程中促进血管化策略的研究进展

随着骨组织工程的不断发展,各种新型的骨移植材料为骨缺损的治疗提供了新的选择。目前骨组织工程技术面临的主要难点是保证骨移植材料在植入后早期、快速地实现材料内部的血运重建,即血管化问题。血管长入为骨组织的再生和重建提供必要的营养支持,因此血管化一直是骨组织工程领域研究的焦点。然而目前还没有一种促血管化的金标准策略。支架材料、种子细胞和生长因子作为组织工程3个要素仍是目前各种促血管化策略努力的基本方向,其中多种生长因子、多种细胞复合支架材料联合构建组织工程骨等方法取得了良好的血管化效果,是近来研究的热点。

骨组织工程研究进展

组织工程学是应用生命科学和工程学的原理及技术,构建、培育活组织,研制生物替代物,以修复或重建组织器官的结构,维持或改善功能的一门新兴学科。目前组织工程学研究的主要问题是:①种子细胞的体内、体外培养;②支架材料的研究与开发;③种子细胞与基质材料相互作用的调控等。骨创伤、肿瘤和炎症等导致的骨缺损是目前骨科临床的常见病和难治病,惟一的方法是通过骨移植进行修复。利用骨组织工程培养的人工骨不仅可修复大面积的骨缺损,而且可按需塑形及大量制备,是一种理想的创伤修复及功能重建的材料。

骨组织工程支架材料的研究进展及临床应用

背景:骨组织工程研究的中心环节是研制能够作为细胞移植与引导新骨生长的支架材料,以作为细胞外基质的替代物。目的:总结骨组织工程支架材料的研究进展,并展望其发展趋势。方法:由第一作者检索1995-01-12/2011-01PubMed数据、中国知网数据库及维普数据库有关人工合成材料及天然支架材料相关文献。英文检索词为"bone tissue engineering,scaffold material,DBM,chitosan,HA,β-TCP";中文检索词为:"骨组织工程,支架材料,细胞外基质,脱钙骨基质,壳聚糖,羟基磷灰石,β-磷酸三钙"。根据纳入标准排除重复性研究,保留30篇文献进行归纳总结。结果及结论:支架材料是构建组织工程骨的主体,行使细胞外基质的功能,包括为组织细胞的修复活动提供适宜的微环境,抵挡来自周围组织的压力,用于承重部位暂时行使部分功能等。目前人工合成材料和天然材料各有优缺点,人工合成材料现存问题主要在于材料的细胞黏附率低,难以完全降解,致畸性和致癌性有待明确;天然材料则需要更好地解决材料的抗原性和机械性能的关系,降解速度的调控问题。充分了解现有材料的特点为寻找新方法及新材料提供理论依据。

磷酸钙及硫酸钙支架在骨组织工程中的研究进展

背景:以磷酸钙和硫酸钙为主要成分,复合其他一种或多种材料来改善或增加骨组织工程支架性能是目前的研究热点。目的:介绍两种支架在组织工程中的研究进展。方法:以"骨组织工程,复合支架,磷酸钙,硫酸钙,血管化;bone tissue engineering、composite scaffold,calcium phosphate,calcium sulphate,vascularization"为检索词,应用计算机分别在检索中国期刊全文数据库和Pub Med数据库检索2000年1月至2015年6月与骨组织工程相关的文章。结果与结论:磷酸钙和硫酸钙具备良好的生物相容性、可降解性、骨传导性和完全骨替代性等特性,但单一成分的磷酸钙及硫酸钙均存在一定的缺点,难以完全满足骨缺损修复的要求,通过与不同材料复合,可改进支架的机械强度、可注射性、降解性,优化载药性能和促血管生成等,在基础与临床研究中,应根据治疗的目的来开发理想支架材料。目前绝大多数支架材料还处于体外试验和动物实验阶段,关于不同复合型支架材料的对比研究、复合支架的最佳配比等方面仍待进一步深入研究。

骨形态发生蛋白2和成纤维细胞生长因子2在骨组织工程中的应用

背景:1995年Crane GM系统提出了骨组织工程的概念、研究方法、研究现状及发展前景后,骨组织工程日益成为学者们研究的重点。目的:通过对1995年以来骨组织工程研究的进展的检索,探寻BMP-2和FGF-2在骨组织工程研究中的应用价值。方法:以"bone tissue engineering,BMP,FGF,cytokine"为检索词,应用计算机检索中国知网和pubmed数据库相关文章,排除重复性研究,保留36篇文章做进一步分析。结果与结论:骨组织工程的研究主要包括3个方面的内容:①种子细胞。②能引导组织再生的生物活性因子。③能够支持细胞黏附、增殖和分化以及释放生物活性因子的支架材料。细胞因子在骨组织工程中也拥有着不容忽视的重要地位,主要有有骨形态发生蛋白、骨转化生长因子、血管内皮生长因子、成纤维细胞生长因子,胰岛素样生长因子、血小板衍生生长因子等。其中骨形态发生蛋白2和成纤维细胞生长因子2在骨组织工程领域中应用最为广泛。

壳聚糖及其衍生物在骨组织工程中的应用

壳聚糖是天然多糖类高分子化合物甲壳素的脱乙酰产物,具有来源丰富、生物相容性好、可生物降解等优点,在骨组织工程中可以加工成用于细胞移植和组织再生的多孔支架、生长因子的缓释载体及外源基因的递送载体,也可加工成微球或水凝胶等形式用作骨组织工程的可注射性支架,在骨组织工程研究领域壳聚糖及其衍生物具有广阔的应用前景。但由于壳聚糖复合支架的机械性能较弱、在体内的降解时间难以精确控制、壳聚糖用作基因载体转率效率偏低等原因,目前大多研究只处于体外和动物体内实验阶段,随着材料科学与生命科学的发展,壳聚糖将广泛用于骨组织缺损的临床治疗实践中。

海藻酸盐在软骨组织工程中的应用

学术背景:以生物材料作为细胞生长的三维支架,利用组织工程技术生产用于移植治疗的软骨组织是当前研究的重点。目的:对海藻酸盐在软骨组织工程中的应用情况作简述。检索策略:应用计算机检索PUBMED数据库1966-10/2007-07的相关文章,检索词为"Tissue engineering,Cartilage tissue engineering,Alginate",并限定文章语言种类为English。同时计算机检索万方及CNKI数据库1979-10/2005-10的相关文章,检索词为"组织工程、软骨、海藻酸盐",并限定文章语言种类为中文。对资料进行初审,并查看每篇文献后的引文。纳入标准:文章所述内容应与海藻酸盐在软骨组织工程中的应用情况相关。排除标准:重复研究或不相干文章。共收集到314篇相关文献,258篇文献符合纳入标准,排除的56篇文献为内容陈旧或重复。符合纳入标准的文献中,精选其中55篇用作研究分析。文献评价:文献的来源主要是海藻酸盐在软骨组织工程中的应用情况的研究。55篇符合纳入标准的文献中,中文23篇,英文32篇,其中动物实验和在体、离体、细胞学实验50篇,综述、述评类文献5篇。资料综合:通过对藻酸盐的生物学特性、不同组织来源的种子细胞与藻酸盐载体、不同塑形形式的藻酸盐载体及相关生物刺激因子(素)在以藻酸盐为载体的软骨组织工程中的应用等方面作了综述分析。结论:藻酸盐载体来源丰富,具有易塑形、易于细胞吸附、营养物质易于渗透等特点;但藻酸钙也存在体内吸收差和有一定抗原性等缺点。海藻酸盐构建的组织工程化软骨在力学性能、组织结构等方面与正常软骨相比还有一定的差距,有待进一步研究提高。

骨形态发生蛋白在骨组织工程中的临床应用

目的:总结近年来骨形态发生蛋白在骨组织工程中应用研究的文献,阐明骨形态发生蛋白在骨科的临床应用前景及尚待解决的问题。资料来源:应用计算机检索Medline 1997-01/2005-12期间与骨形态发生蛋白在骨科临床试验研究有关的文章,检索词“BMP,fracture,bone”,并限定文章语言种类为“English”。同时检索清华同方中文系列数据库2000-01/2005-12期间相关文章,检索词“骨形态发生蛋白”。资料选择:对资料进行初筛,选取近年发表的针对性强的文献,同一领域的文献则选择近期发表或权威杂志的文章,排除较陈旧的和重复研究的文章。资料提炼:收集到54篇相关文章,其中35篇属于重复性研究文献,对其余19篇进行分类整理用于综述。资料综合:①骨形态发生蛋白具有促成骨活性:骨形态发生蛋白具有强大的促成骨活性,能够诱导间充质细胞不可逆地分化为骨、软骨组织。②骨形态发生蛋白用于治疗新鲜骨折、骨不连、股骨头坏死及脊柱融合的临床试验:美国食品和药物管理局于2004年认可骨形态发生蛋白2与可吸收胶原海绵复合物用于临床治疗开放性胫骨骨折,2001年正式批准骨形态发生蛋白7植入物(3.5mg骨形态发生蛋白7与1g胶原载体复合)上市用于治疗长骨骨不连,2002年批准美敦力公司的INFUSE/LT-CAGE腰椎融合装置用于前路腰椎融合。③骨形态发生蛋白的载体材料及基因治疗:目前骨形态发生蛋白仍没有最理想的载体,需要根据临床要求选择合适的材料,并对载体材料进行大量的试验研究以不断改进;基因治疗与直接应用骨形态发生蛋白同样具有促进骨缺损修复的能力,且前者具有后者所不具备的一些特点。结论:骨形态发生蛋白在一些国家已进入大规模的临床实验阶段,展现出良好的应用前景。骨形态发生蛋白的载体尚需不断改进。骨形态发生蛋白的基因治疗方法在动物实验阶段已初显成效,用于临床还需研究的进一步深入。

膝关节软骨损伤的组织工程学治疗

应用计算机检索Medline 1990-01/2000-12相关软骨修复的文献,检索词“knee,cartilaage injury,tissue engineering”,并限定文献语言种类为English。对资料进行初审,选取组织工程学方法修复膝关节软骨损伤方面的文献,查找全文。纳入标准:①软骨移植。②镶嵌成形术。③炭纤维基质支撑假体植入术。排除标准:综述文献、重复研究、Meta分析类文章。共收集到25篇相关文献,纳入18篇符合标准的文献,10篇文献对组织工程学方法修复膝关节软骨损伤进行评价。组织工程学方法修复膝关节软骨损伤,已经动物实验证实并广泛应用于临床,取得了良好的效果,主要用以缓解症状和防止骨性关节炎的发生。组织工程学方法修复膝关节软骨损伤是肯定可行的,但需要进一步的实验研究作基础。

脐带间充质干细胞在骨组织工程中的应用进展

背景:在骨组织工程领域,对新型种子细胞脐带间充质干细胞的研究逐渐增多。目的:针对脐带间充质干细胞的分离培养、生物学特征及其在骨组织中所用载体进行综述。方法:由第一作者应用计算机检索1999-01/2011-03PubMed数据库及中国期刊全文数据库中有关脐带间充质干细胞分离培养、生物学特征、载体方面的文章。英文检索词为"umbilical cord stem cell,tissue engineering",中文检索词为"脐带间充质干细胞,骨组织工程"。排除重复性研究及无关研究,共保留46篇文章进行综述。结果与结论:脐带间充质干细胞具备胚胎和成体干细胞的多重特点,并且符合国际细胞疗法协会制定的间充质干细胞标准,但是脐带间充质干细胞的分离培养、诱导分化方法等尚不完善,应进一步深入分析。在脐带干细胞的载体方面,单一的材料支架目前研究已很多,对于复合材料载体与可注射性载体的研究可能是今后的热点。

骨与软骨组织工程研究成果的介绍及问题展望

近年来随着组织工程技术的兴起,医务工作者们看到了一种更有效、安全的修复和重建缺损组织的治疗措施。通过国内外大量的动物实验,证实了组织工程化骨与软骨修复组织缺损的可行性、有效性及优越性。组织工程化骨与软骨修复组织缺损、重建组织功能,在动物模型以及初步临床应用研究领域已取得了一定的成果,相较传统手术方法而言,组织工程技术拥有更广阔的临床应用前景,尤其适用于骨科、口腔科、颅面外科、耳鼻喉科等临床科室。然而,通过现有的研究结果,认识到目前构建的组织工程化组织还很不完善,存在组织成分单一、生物活性不足、支架材料及组织再生能力有限、未能实现产业化生产等局限性。

骨组织工程研究中种子细胞、支架材料及其相互关系

近年来随着细胞生物学、分子生物学、免疫学、物理学、生物材料学和临床医学等相关学科的飞速发展,骨组织工程的研究也得到长足的发展,但目前骨组织工程中不同的种子细胞有不同的生物学特性,在骨组织工程的研究中选择不同的种子细胞,在体外构建的组织工程化活性骨的质量也不同,不同的支架材料有不同的理化特性,无论天然材料或是人工材料,各有优缺点,尚缺乏理想的支架材料,在体外构建组织工程化活性骨的过程中,种子细胞与支架材料的有效结合才能提高组织工程化活性骨的质量,目前各种构建方法及应用的支架材料在体外构建的组织工程化活性骨的质量尚不能满足要求,为在骨组织工程研究中合理选择种子细胞、支架材料以及促进种子细胞与支架黏附的方法,就其中种子细胞、支架材料及其相互关系的进展进行综述。