透明关节软骨缺乏血管、淋巴管和神经损伤后的特点是有限的自我修复能力。关节软骨修复和再生的传统技术都有一定的局限性。组织工程技术的发展带来了希望的关节软骨的再生。关节软骨组织工程的策略可分为三种类型:“cell-scaffold构造,胞外,scaffold-free。在“cell-scaffold构造”策略,种子细胞可以自体软骨细胞或干细胞。其中,一些商业产品与自体软骨细胞作为种子细胞,如乙糖®- c和在乎®,一些产品已经投放市场,正在进行临床试验,如NOVOCART®3 d。干细胞是多能干细胞,从不同来源的间充质干细胞。策略间接地利用游离的修复和再生潜能干细胞也被用于临床的设置,如TruFit和MaioRegen。最后,scaffold-free策略也是一个新的发展方向,和相关产品的短期修复结果,如NOVOCART®3 d,是鼓舞人心的。在这篇文章中,常用的手术的关节软骨再生技术进行了综述。 By studying different strategies and different seed cells, the clinical application status of tissue-engineered articular cartilage is described in detail.
透明关节软骨是一个高度专业化的结缔组织,缺乏血管、淋巴管和神经。营养物质扩散到关节软骨的滑液,从而限制了其自愈能力。关节软骨损伤是常见的,软骨缺损的发生率在接受关节镜检查的患者高达61 - 63% (
目前,常用的关节软骨再生的技术包括微裂缝(MF)、骨软骨移植自体(OAT),骨软骨同种异体移植物移植(亚奥理事会),关节软骨微粒植入(奶嘴),和自体软骨细胞移植(ACI)。这些方法都有自己的局限性,使完整的透明软骨再生紧密地绑定到周围正常软骨困难(
MF是骨髓刺激程序的典型代表,在1994年首次报道罗德里戈(
曼氏金融具有以下特点:(1)它可以修复小缺陷比大缺陷
一些研究表明,曼氏金融有很好的影响关节软骨缺损的修复
曼氏金融有一个明确的短期疗效和成本少,比其他方法难以执行,但其长期治疗效果是不确定的。有证据表明,逆行软骨下区域的变化,如囊肿、过度的骨骼生长,和骨赘的形成
关节软骨再生技术。
OAT执行手术的优点是简单,快速愈合,无免疫排斥反应。它可以立即填补与透明软骨缺陷;组成独立的骨软骨表面的列,虽然他们不是真正的相互绑定作为一个整体。燕麦是适合一个小缺陷大小或表皮剥脱的患者骨软骨炎(
燕麦的主要限制是继发性病变施主能级和移植的来源有限,限制了其使用只小缺陷。系统回顾了安德拉德et al。
Krych et al。
血清学和微生物检测新鲜的亚奥理事会工厂大约需要14天(
总之,同种异体移植物保护、亚奥理事会疾病传播的风险,移植失败,为亚奥理事会和高成本的关键问题。
代表关节软骨组织工程产品。
| 分类 | 产品 | 公司 | 应用程序状态 | 种子细胞 | 引用 |
|---|---|---|---|---|---|
| 奶嘴 | 中美国际学校 | Depuy(美国) | 第一阶段临床试验已经完成 | 自体软骨粒子 | ( |
| 从头NT | 齐默(美国) | 在市场上 | 同种异体的少年软骨粒子 | ( |
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| “Cell-scaffold构造”策略 | 乙糖®- c | BioTissue(德国) | 在一些欧洲国家市场上有超过3000的临床应用。 | 自体软骨细胞在体外(扩张) | ( |
| Hyalograft®C | Fidia先进生物聚合物(意大利) | 市场,临床应用超过5000 | 自体软骨细胞在体外(扩张) | ( |
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| 在乎® | Arthro动力学生物技术公司(奥地利) | 在一些欧洲国家,土耳其,伊朗,和中国。 | 自体软骨细胞(初级) | ( |
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| NeoCart® | Histogenics(美国) | 三期临床试验已经完成 | 自体软骨细胞在体外(扩张) | ( |
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| 通过策略 | TruFit | Smith &侄子(美国) | 在市场上 | / | ( |
| MaioRegen | Fin-Ceramica斑鸠SpA(意大利) | 在市场上 | / | ( |
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| Scaffold-free策略 | Chondrosphere®(spherox) | Co.Don AG(德国) | 在市场上 | 自体软骨细胞(球状体) | ( |
与10月相比,理论上需要较少的奶嘴捐赠者软骨,从而导致更少的伤害捐献者。不幸的是,报道软骨缺陷在中美国际学校和从头NT系统很小(< 3.5厘米2)和缺乏长期随访数据。治疗的安全性和有效性尚未得到证实。
ACI(图
与燕麦相比,ACI的优势导致创伤少和简单的执行,并与亚奥理事会,ACI的优势是没有免疫排斥和传播疾病的风险,等等。ACI目前被认为是一种很有前途的透明软骨再生的方法。
尽管上述研究表明,自体软骨细胞软骨再生的潜力,以下缺点仍然限制ACI的应用程序。
需要开刀手术获得软骨细胞
从捐赠站点可用软骨细胞的数量是有限的
施主能级的发病率
脱落的胶原蛋白/骨膜膜导致软骨细胞的损失
软骨细胞的体外扩张是容易去分化,和维护软骨细胞表型是困难的(
自体软骨细胞增殖和分化潜力减少老年患者,这限制了他们的应用程序(
由于一代机械劣质纤维软骨、关节置换手术往往是不可避免的(
据统计,250000年关节软骨修复手术(包括关节成形术、MF、10月,ACI)执行每年在美国。然而,再生组织不能总是保持透明软骨的表型,填满整个缺陷,并紧密集成与周围软骨(
优点和局限性的使用常见的关节软骨再生的细胞类型。
| 细胞类型 | 优势 | 限制 | |
|---|---|---|---|
| 自体软骨细胞 | (1)自然有软骨细胞表型 |
(1)有限数量的细胞 |
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| msc | bmsc / BMDCs | (1)潜力chondrogenic分化 |
(1)侵入性手术需要收获 |
| ADSCs | (1)丰富的来源 |
(1)软骨形成潜力差 |
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| PBPCs / PBMSCs | (1)细胞收获以最小的创伤 |
(1)细胞密度极低 |
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| UCB-MSCs / WJ-MSCs | (1)细胞收获早 |
(1)致瘤性 |
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| smsc / SFMSCs | (1)小侵入性程序获取细胞 |
(1)致瘤性 |
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| ESCs | (1)控制条件下无限的自我更新能力 |
(1)致瘤性 |
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| 万能 | (1)能力分化成三个胚芽层的所有成熟的细胞类型,包括软骨细胞 |
(1)制备过程复杂,技术要求高 |
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组织工程技术基于“cell-scaffold构造”是最常用的策略。领域的关节软骨再生,》(图
一些早期临床前和临床试验的结果证明》优于早期ACI和微裂缝
近年来,众多》商业产品开发,下面列出了其中的一些:
乙糖®- c(表
Hyalograft®C(表
在乎®(表
NeoCart®(表
NOVOCART®3 d(表
这些产品需要体外自体软骨细胞的扩张。然而,没有统一的标准时间的体外增殖和细胞通道使用。只在乎®使用主要的软骨细胞,但是它不可避免地面临问题的低密度和少量的种子细胞。此外,支架材料用于每个产品不同,但主要是水凝胶,它只能提供微环境细胞的生长和增殖和力学性能较差。此外,虽然大多数产品的短期随访结果显示,透明软骨组织再生,上述产品的最长随访期只有5年,大规模的随机对照试验和长期随访数据(相关的)需要证明各种产品的安全性和有效性。最后,ACI》不可避免地面临着类似的限制(看到枚举(a)、(b)、(c), (e)和(f)的部分
几个临床前研究表明,一个地方(关节内的)注入自体和同种异体放大msc可以有效地减少软骨变性和关节炎症的老鼠,猪,马
大量的临床前研究和临床试验证明,bmsc可以修复关节软骨缺损
BMDCs集中从骨髓中获得,通常被认为是含有bmsc [
然而,骨髓穿刺伤口仍大,和研究人员正在寻找更加微创、安全的种子细胞。
然而,它不容忽视,术后组织学评估没有执行任何上述实验。目前尚不清楚是否填充组织组成的透明软骨或纤维软骨,和潜在的ADSCs骨生成和chondrogenic分化已被证明是劣质的bmsc [
上述研究证明PBPCs和PBMSCs是可选的组织工程软骨种子细胞。然而,人们普遍认为,PBPC在外周血和PBMSC数字很低,这限制了它们的临床应用。改善的关键不足数量的PBPCs和PBMSCs在于找到一个更好的方法,干细胞动员。研究人员透露,传统药物粒细胞集落刺激因子动员(包含有一个贫穷的影响PBMSCs的动员和耐多药联合动员可用于未来。
公园等。
组织学检查证实,脐带沃顿的果冻含有大量II型胶原和蛋白多糖,因此关节软骨的成分非常相似。因此,WJ-MSCs已成为一个研究热点领域的关节软骨再生。HLA-I抗原的低表达WJ-MSCs使他们更少的免疫原性,并允许临床异体移植术不会引起宿主免疫排斥反应(
临床研究已经证实,WJ-MSCs可以修复关节软骨缺损动物(
尽管大多数上述MSC-based研究为关节软骨再生提供希望,以下问题需要解决成功的msc的临床应用:
高可变性的软骨分化潜力的msc在不同的个体,以综合为例:bmsc的生物学特性与供体年龄和疾病状况密切相关。bmsc的增殖和分化潜能来源于衰老个体/高级OA患者明显低于年轻/健康个体,这很大程度上限制了应用自体bmsc [
收获从自体骨髓msc或脂肪组织理论捐赠站点的发病率和感染风险,而同种异体msc可能引起疾病传播和免疫排斥反应(
再生软骨组织的特性在不同研究矛盾的。一些结果表明,msc只能再生纤维软骨力学性能较差(
软骨细胞来源于msc很难维持他们的表型,但倾向于接受肥厚性分化,导致细胞凋亡和骨化
某些类型的msc稀缺。作为一个例子,伴着是一种罕见的人口,0.01 - -0.001%的频率(
的变换ESC-related临床前研究成果转化为临床实践面临着以下问题:
伦理争议,这也是最大的问题阻碍ESCs的临床应用
疾病传播和免疫排斥反应的风险
致瘤性
临床前研究表明,细胞则有很大的应用价值领域的关节软骨再生。工艺等。
然而,我们必须认识到以下iPSC缺点,阻碍他们转换到临床应用:
制备过程复杂,技术要求很高
制备成本是昂贵的,这就增加了患者经济负担
重编程效率仍然需要改进
致瘤性的问题还没有解决
游离策略并不是绝对的“颗粒”,通常用间接内源性干细胞。基于MSC关节软骨脱细胞组织工程是一个新兴的概念,是指使用MSC的策略或MSC衍生品没有直接移植MSC软骨再生。它可以分为两类:第一,可以诱导软骨再生原位内生bmsc使用合成可降解支架结合骨髓刺激(图
TruFit脚手架(表
TruFit脚手架由polylactide-coglycolide共聚物,10%的硫酸钙,polyglycolide纤维,表面活性剂。在植入时,有必要明确的软骨下骨软骨缺损区。一些早期临床研究小样本显示,TruFit支架只能再生纤维软骨组织(
值得注意的是,临床研究表明,TruFit支架修复关节软骨的缺损(有良好的长期影响
MaioRegen脚手架(表
MaioRegen脚手架是由胶原蛋白组成的三层仿生支架我和羟磷灰石。研究表明,它有一个可靠的中期影响修复关节软骨缺损(
生物材料支架结合骨髓刺激渗透支架与自体骨髓细胞因子和bmsc诱导软骨原位再生。然而,很少有产品目前在市场上,应用案例的数量很小,和临床评估混合的结果。大规模临床试验和长期随访数据是需要证明的有效性和安全性。此外,切除软骨下骨植入支架使缺陷修复之前更加困难。缺乏软骨下骨的要求生物材料支架能够再生软骨和软骨下骨,确保两个再生组织的集成。
理想的组织工程支架需要适合关节软骨细胞粘附和生长,促进细胞外基质的分泌。脚手架也需要逐渐退化根据软骨再生的速度保持cell-scaffold构造的形状和机械强度
Chondrosphere®包含悬浮由自体软骨细胞球状体。6 - 8周的软骨细胞在体外培养增殖和集中到球状体,然后植入的缺陷。有限公司唐的(
然后,一个叫COWISI的三期临床试验,主要试验的批准Chondrosphere®,执行(
scaffold-free策略可以被视为一种ACI,但软骨细胞不再用于细胞悬浮液的形式在这一战略而是准备成球状体。这种策略避免scaffold-related问题,保持软骨细胞表型,并提供一个自然矩阵组件。与细胞悬液相比,组织工程化软骨scaffold-free可以减少软骨细胞和维护缺陷很长一段时间。然而,战略也面临的问题需要长时间培养和拥有一个复杂的培养过程,从而导致成本的增加。
组织工程软骨被认为是最有前途的战略完全透明软骨的再生。不幸的是,一个最理想的种子细胞和支架材料还没有被发现。许多学者认为msc是关节软骨组织工程的理想种子细胞。然而,目前的临床应用MSC-based关节软骨组织工程缺乏大尺度长期跟踪报道。MSC移植的免疫排斥反应和致瘤性,以及明显的疾病传播的风险,不能忽视(
近年来,再生医学领域有进一步的理解msc在修复和再生的机制。一份报告表明,一些干细胞生存或保持原位注射后(
另一方面,则已经阐明作为再生医学的新的细胞来源。ESCs的伦理问题,长期困扰着立即解决,和技术问题的万能逐渐被解决。同时,还提供的细胞来源的细胞则msc、和他们独特的优势表明他们有能力修复关节软骨缺损。
关注支架和细胞,我们必须明白策略并不是绝对的胞外游离,但没有scaffold-free策略真正涉及脚手架。战略选择应根据病人的具体情况,因为每个策略都有不同的优点和缺点。
策略基于万能或游离MSC衍生品可能是一个潜在的发展方向为临床解决关节软骨再生。在这一领域目前的挑战和可能的解决方案如下:
寻找安全、有效、无创和道德允许的类型的细胞:脐cord-derived msc可能是最优的选择
找到合适的支架材料:理想的支架应该仿生组件和结构。最接近自然的关节软骨材料可能是软骨基质
找到最好的细胞衍生品:细胞外囊泡可能是最理想的MSC衍生品为关节软骨组织工程
探索更好的细胞(或细胞衍生)scaffold-binding方法:冷冻干燥,水凝胶装入和3 d生物打印是可能的发展方向
阐明了关节软骨再生的分子机制通过msc或其衍生品
最后,需要积极转化为临床应用基础研究,为临床治疗提供有力支持的关节软骨缺陷和办公自动化。
作者没有利益冲突的声明。
年代。J参与研究设计和起草了手稿。Q。G和X。L参与的整体编辑和批准。所有作者回顾了和商定的最终版本的手稿。
这项工作得到了中国国家重点研发项目(2018 yfc1105900)和中国国家自然科学基金(81772319)。