颅面外科中的骨形态发生蛋白:目前的技术、临床经验和个性化干细胞治疗的未来

摘要

关键大小的骨缺损不经手术治疗无法愈合，对颅面重建构成重大挑战。自体骨移植是修复的金标准，但受供体部位发病率和自体骨供应不足的限制。自体骨移植的替代方法包括异体和异体材料、间充质干细胞和骨形态发生蛋白的使用。骨形态发生蛋白是骨形成的重要介质，参与骨祖细胞向成骨细胞分化的调控。在这里，我们重点研究了bmp在颅面外科实验模型中的使用，以及bmp在颅骨穹窿、上颚和下颌骨重建中的临床应用，并提出了一个bmp在个性化干细胞治疗中的使用模型。

1.介绍

在没有外科干预的情况下，临界骨质缺陷无法愈合，对感染，创伤，肿瘤或先天性疾病进行颅面重建构成重大挑战。自体骨仍然是当前的金标准供体组织来源，用于临界大小的颅面缺陷的手术修复;然而，这些缺陷的重建通常受到自体移植的骨骼供应可能不足的限制[1-3.］.来自髂嵴，肋骨，胫骨或其他部位的自体移植物在供应中有限，可在8-10％的患者中产生重要的供体现场发病率[2那4.-13］.颅骨骨移植被认为是修复颅面缺陷的黄金标准，并且来自实验动物和临床经验的数据表明，胰膜质骨移植物如来自颅骨骨位点的移植物的吸收较少[14］.此外，颅骨中厚骨移植的收获与极少的供区发病率相关[7.那11-14］.

由于儿童自体骨移植的骨来源特别有限，因此对儿童患者进行颅面重建可能更加困难。在两岁之前，儿童的硬脑膜具有颅骨重骨化的显著能力;两年后，它失去了诱导上覆骨缺损显著重骨化的倾向[15-17］.此外，在儿科患者的情况下，颅骨骨移植不是一个可行的选择，直到孩子六到十岁，当颅骨足够开发以忍受分裂厚度骨移植[2那3.那15-19］.自体移植物最常见的并发症是供骨部位的骨痛，但这些并发症也可能包括血肿、感染、慢性疼痛、神经损伤和意外骨折[1那5.那6.那18］.

外部种植体如脱矿质或尸体骨和所有型骨质骨替代材料，如羟基磷灰石水泥，甲基丙烯酸甲酯，陶瓷，钛和多孔聚乙烯也已被用于颅面缺陷的重建[30.那31]. 在各种骨科、神经外科和颅面外科场景中，通过促进成骨细胞迁移到不同类型的支架中，用异体物质重建骨缺损可促进骨愈合[32那33］.然而，使用同种异体和同种异体骨代用品可能会出现一些并发症和不良后果。这些风险包括移植物感染、免疫反应的诱导和传染病的传播[32那33］.例如，Wong等人发现，使用羟基磷灰石骨水泥进行颅面修复的儿科患者中，59%的患者在术后一年内最终出现了感染并发症[34］.这些药物的一个主要缺点是不能介导骨诱导，不能与周围的正常骨结合(骨结合)。因此，有必要对这些材料的安全性和有效性进行进一步的评估。

单独使用的所有塑料材料并与骨催化剂细胞以及骨形态发生蛋白（BMP）结合使用，以促进骨再生[32］.bmp已被证明是骨形成的重要介质，参与调节骨祖细胞向成骨细胞分化[35-43］.BMP可用于驱动体外，体内，和体外成人源性骨祖细胞向成骨成骨细胞的分化，以及BMP刺激的不同条件的研究，可能为实现最佳有效骨组织生成的方法提供见解[43］.

虽然bmp在颅面重建中有很大的前景，但由于临床显著的颅颌面和脊柱应用手术部位的水肿报告，对目前商业可用的重组人bmp (rhbmp) rhBMP-7和rhBMP-2的安全性产生了重大关注[29那44-50]. 直接应用外源性BMP治疗骨缺损的效果对于临床应用来说也可能过于不可预测。对实验动物的某些研究表明，BMP实际上可能抑制骨形成体内,在某些情况下，将rhBMP应用于人体脊柱修复与椎体吸收有关[51那52]. 因此，未来的治疗包括植入成骨细胞分化体外从间充质干细胞暴露于BMPS可能被证明是最安全，最有效的疗法。

2.骨形态发生蛋白（BMPS）

骨形成蛋白属于转化生长因子β（TGF-β)结构相关二聚二硫连接受体配体超家族[53-57］.TGF -β超家族包括涉及有机体发育，细胞分化，细胞生长和细胞增殖调节的蛋白质[55］.它们由体内的大多数细胞表达，表达的改变不仅涉及正常的生物过程，如器官发生、胚胎发生、骨折愈合和伤口愈合，而且也涉及病理状态，包括癌症、动脉粥样硬化、纤维化疾病和发育性疾病[54那58］.

颅神经嵴细胞负责通过膜内骨化形成颅面骨骼，在这个过程中间充质细胞直接分化成成骨细胞形成膜内扁骨。在轴和四肢骨骼的软骨内骨化中，膜内骨化发生时没有软骨支架的中间发育。与颅面骨骼来源于神经嵴细胞不同的是，轴和肢骨骼在胚胎时期分别来源于近轴中胚层和侧板中胚层细胞。正常发育的颅面神经嵴细胞的成骨分化依赖于与上覆上皮细胞的信号相互作用，包括大量的细胞外基质分子、转录因子和细胞因子，包括骨形态发生蛋白[59那60］.骨形态发生蛋白和其他生长因子的功能和表达的多样性可能是脊椎动物骨骼中不同地点的建筑和骨骼的形态发生和形态发生的差异[61］.

骨形态发生蛋白首次被鉴定为能够诱导新生软骨和骨形成的蛋白体内皮下植入后[61-65］.最初，在早期的实验模型中异位骨的形成被归因于脱钙骨的未知属性。后来这些结果被证明是由脱钙骨基质中bmp的存在引起的[62那66］.bmp已经被证明在脊椎动物发育中发挥许多其他作用，包括原肠形成的形态发生信号，脊椎动物胚胎体沿背-腹轴的模式，肢体模式和发育，以及神经系统、肾脏、肺、心脏、肠道、牙齿、皮肤和性腺的发育[59那67］.

3.骨形态发生蛋白诱导成骨的机制

TGF-中的配体-受体相互作用β异二聚体丝氨酸-苏氨酸激酶受体复合物的形成引发了超家族[68-73.］.BMP信号主要通过与BMP I型受体ALK-2、-3、-4和ALK-6的相互作用而转导[74.那75.)(图1）.在异二聚体BMP受体配体复合物中，构成性活性II型受体激酶与I型受体的紧密接近，允许I型受体激酶磷酸化和激活，产生激活复合物，在细胞中启动信号转导[68那71.］.配体-受体相互作用导致下游至少两个不同的信号转导途径的激活:典型smad介导途径和非典型p38丝裂原活化蛋白激酶途径(MAPK) [76.-79.］.

在典型的Smad介导途径中，激活的I型受体激酶磷酸化受体调节的Smad蛋白(R-Smads) [68那80］.R-Smad与膜结合的BMP受体的相互作用高度特异性，并且通过BMP活化的配体-Ser-Thr激酶受体复合物特别识别和磷酸化R-Smads1,5和8 [71.］.R-Smads的磷酸化导致细胞膜内表面R-Smad蛋白复合物的不稳定，将R-Smads释放到细胞质中[74.那80那81.］.R-Smads释放到细胞质允许它们与共同伴侣Smad (Co-Smad) Smad 4结合[71.那82.］.Smad 4是哺乳动物物种中唯一鉴定的唯一的共隙，用于由TGF的所有成员进行信号转导β家庭;因此，不同的R-Smads与Smad 4的结合对于确定TGF-中不同信号转导途径的特异性至关重要β超家族[74.］.R-Smads和Smad 4可以独立或作为异代组成的转录因子;然而，当R-Smads与异统复合物相结合时，Smads对转录调节的影响最大68那71.那83.]. R-Smad和共Smad蛋白之间的相互作用最大程度地暴露了R-Smad蛋白上存在的核输入序列，导致Smad异聚体在细胞核中的隔离增加[53那71.］.因此，BMP配体-受体信号级联允许激活的R-Smads 1、5或8与Smad4结合，导致异质R-Smad-Smad4复合物的形成，随后被运输到细胞核[69那70那83.］.

Smad异构体一旦进入细胞核，就参与到成骨基因转录的调控中，最重要的是通过成骨主基因Runx2及其转录辅激活因子Dlx5和Osterix的转录[84.-86.］.BMP信号转导增加了成骨细胞分化主要标志物的分化阶段适宜表达水平，包括早期标志物CTGF、早期至中期标志物碱性磷酸酶(ALP)和Runx2，以及晚期标志物骨桥蛋白和骨钙素[39那87.-90］.转录因子Osterix, Dlx5和Msx2在bmp的成骨作用的调节中起着关键作用，在小鼠中Osterix, Msx2和Dlx5的纯合子敲除条件都导致了显著的成骨损伤[86.］.虽然这些转录因子基因是RUNX2信号转导途径的下游靶标，但在runx2中分享许多相同的下游激活效果，它们还可以独立于runx2激活不同的成骨基因[86.］.RunX2（也称为AML3，CBFA1和PEBP2A1）仍然是TGF-的关键最终母基因目标β骨形态发生蛋白信号转导途径[78.那84.］.runx2诱导骨细胞分化，并且是内核骨化，Intramermyrys骨化和牙齿开发所必需的[77.那91］.小鼠Runx2纯合缺失完全抑制骨化，并在出生后立即致命[92那93］.Runx2杂合子突变被认为会导致一些常染色体显性疾病锁骨颅发育不良的病例，这种疾病的特征是大量的骨骼异常[79.］.Runx2对于成骨细胞表型的生成是必不可少的，这可以从Runx2缺乏的颅骨细胞在BMP-2刺激下无法分化成成骨细胞得到证明，而刺激反而会导致肥大软骨细胞的生成[94］.

Runx2也是smad无关的BMP和TGF-的最终靶点β信号转导途径[84.]. 转化生长因子-β激活激酶(TAK1)也被丝氨酸/苏氨酸激酶I型受体亚基磷酸化和激活，启动激酶级联作用通过MKK3和MKK6，介导p38丝裂原活化蛋白激酶的磷酸化和激活[85.］.p38 MAPK的激活最终导致Runx2的转录，这是TGF-中典型smad依赖途径和非典型smad独立途径的一个收敛点β及BMP信号[84.那85.］.

进一步的研究表明，bmp -2诱导的成骨分化标志物的表达不仅是由p38 MAP激酶系统介导的，而且是由细胞外信号调节激酶(ERK)信号转导介导的。这表明BMP信号转导并不仅仅局限于smad依赖和p38 MAPK信号转导途径[84.那95］.进一步的研究也表明bmp信号转导途径与Wnt/信号通路之间存在显著的串音β-catenin和IGF-1，已知的成骨诱导因子[87.］.与Wnt/的交互β特别是-catenin通路通过RANK/OPG轴通过增加骨保护素的表达和降低RANKL的表达来影响成骨，导致破骨形成减少和骨形成增加[96］.

4.骨缺损中的BMP表达

骨折部位的内源性骨形态发生蛋白表达对骨折愈合的开始和进展至关重要体内[97］.相反，天然BMP拮抗剂Noggin和Gremlin的过表达已被证明会损害骨形成和骨折愈合体内和在体外通过降低BMP活性[98-One hundred.］.小鼠Noggin的过度表达损害了骨髓细胞分化标志物的骨细胞分化和表达，并导致骨密度的净丧失，骨形成率降低，并且骨折的​​骨折增加而不会增加骨质骨形成形成[98那One hundred.］.类似的Gremlin过表达研究表明骨体积减少，骨形成细胞对bmp的反应降低，骨折率增加[99］.

在肢体特异性BMP-2缺陷小鼠模型中对肢体骨折愈合的额外研究表明，即使存在额外的成骨因子，BMP-2对于骨折愈合的启动也是必要的[101］.在无合子小鼠四肢完全没有BMP-2表达的情况下，骨完全不能启动骨折的再生反应，在BMP-2杂合子中可以看到骨密度的剂量依赖性降低[101］.

骨形态发生蛋白在颅面骨骼骨折中的表达研究也证实骨形态发生蛋白参与了颅面骨折愈合过程。BMP的活性，以及TGF-的其他成员的活性β通过Smad蛋白的超家族和受体后信号，已被证明在大鼠和绵羊下颌骨牵张成骨期间膜内骨化的天然颅面骨折愈合中升高[102-104］.

以及其他关于BMPS的成骨特性的其他先兆所述研究结果表明，这些结果表明BMP的额外外源性应用可能增加本质上分泌的BMP在裂缝或重建颅面或重建中产生骨肉发生的自然作用。骨骼。许多动物研究探索了这种可能性[102-104］.

5.骨形态发生蛋白在成骨分化中的作用

大多数使用骨形态发生蛋白的成骨研究都集中在BMP-2和BMP-7上，这可能是由于重组人形式(rhBMP-2和rhBMP-7)的商业可用性及其在骨不愈合愈合和脊柱融合中的临床应用[40那88.］.尽管BMP-2和BMP-7通常用于研究和临床应用，但在临床和研究环境中采用BMP-2和BMP-7之前，尚未被证明是BMP家族中最有效的成骨诱导物[105］.14种不同BMPs (AdBMPs)的重组腺病毒(其中许多此前由于缺乏重组或生物活性重组形式而无法用于研究)的创建，使人们更好地了解了不同亚型的成骨潜能[43那105］.

在体外和体内转染adbmp的间充质干细胞的研究证实了bmp - 2,4,6,7和9的成骨潜能[43］.此前，对敲除小鼠BMP-3的研究表明，敲除条件导致骨密度增加，表明其作为骨生成负调控因子的作用[106］.目前的证据表明，BMP家族中BMP 4和7是最弱的骨化成骨诱导物，而BMP 2、6和9是最强的[41那43］.BMP-9是BMP家族中研究最少的成员之一，是最有效的，也是最强大的成骨诱导因子在体外和体内[40那42那88.那107］.

有趣的是，bmp -9诱导的成骨分化与其他成骨bmp(2、4、6和7)诱导的成骨分化不同，已被证明BMP-3的存在未受损害[37那40那43那89.］.这个发现可能表明除了是最有效的诱导骨形成,BMP-9也可能诱导骨生成和成骨分化的间充质干细胞通过一个信号通路,也就是说,重叠,也不同于其他论述bmp信号通路的共享。其他证据支持这一理论，BMP-9已被证明对其他成骨bmp所使用的BMPR-IA受体具有相对较低的亲和力[108那109］.进一步的证据可以解释BMP-9的独特特征，即存在一个保留的n端区域，这在其他分泌的bmp或TGF-的其他成员中没有发现β总科;这一特性被认为可以增加BMP-9分泌后的稳定性[87.那109］.虽然BMP-9在临床和实验场景中有很大的应用前景，但其临床使用的安全性尚未确定。不仅对BMP-9的安全性，而且对BMP-9在成骨过程中的作用机制和正常功能有进一步的研究。

6.bmp在颅面缺损实验模型中的应用

大量关于bmp诱导成骨的临界大小颅骨、牙槽和下颌骨缺损模型的研究已经在各种动物模型中证明了成功的结果。这些主要集中在bmp的递送，通常是rhBMP-2和rhBMP-7，有各种各样的递送系统，包括脱矿骨基质和其他异体化材料以及标准的商用胶原海绵植入物[15那94那110-120］.

Hassanein等人最近的一项研究描述了rhBMP-2、分厚颅骨骨移植物和颅骨颗粒骨移植物修复兔颅骨缺损的对比分析[110］.本研究作者使用这些移植物修复17 × 17 mm的顶骨缺损，发现缺损覆盖范围在实验组之间没有显著差异;然而，rhbmp -2修复的骨缺损比劈开厚颅骨和颅骨颗粒骨移植物产生更薄的骨[110］.在骨再生厚度方面，劈离骨和颗粒状骨移植物之间没有差异[110］.

使用RHBMP-2的突出骨骨再生的骨骨再生在非人的灵长类动物中也已经实现。在Takahashi等人的研究中，可生物降解的水凝胶用于将RHBMP-2递送至在胞蔻猴中产生的缺陷部位，并且发现即使在低剂量下也能够诱导修复。由于天然骨桥梁的间隙，水凝胶降解并释放BMP。骨再生器与自体骨移植物进行比较，但与含有RHBMP-2的不溶性骨基质进行比较，发现可生物降解的水凝胶诱导更大的骨再生[121］.这些发现表明，在骨折愈合过程中使用一种模拟BMP自然释放的传递系统，外源性施用BMP可能会促进骨再生。

特别值得注意的是，在儿童颅骨面部重建中，rhBMP-7植入已经在婴儿小猪临界大小颅骨缺损的生长骨模型中进行了评估[118］.实验后4个月，对照组(自体骨移植)和实验组(rhBMP-7)的骨再生的组织学质量相当，再生的骨在缺损区域保持了预期的原生颅骨的结构、密度和生长。这些发现表明，bmp可能为正在生长的儿童骨骼的颅面缺陷提供一个很好的解决方案。

一项值得注意的研究也检查了bmp在辐照组织的不利环境下再生骨的能力。头颈癌患者需要下颌骨切除术，通常面临额外的挑战，重建由愈合和组织再生的治疗辐照场所设置。BMP-2和BMP-4的表达水平已被证明在实验辐照的骨中降低[122］.随后的实验将BMP-2应用于照射骨模型大鼠的下颌骨，结果表明，在下颌骨切除后，可提供与未照射组织相同的再生[123］.这些结果表明，受照射部位骨组织再生的一个重要障碍可能是局部BMP表达和分泌水平的降低，提示BMP治疗在头颈部肿瘤放疗后患者中的可能作用。

7.bmp诱导的炎症实验模型

除了BMP种植体相关水肿的人类临床报告外，BMP诱导的炎症也在外源性BMP应用所致的软组织炎症的啮齿动物模型中观察到[46那47］.高剂量rhBMP-7和rhBMP-2给药后组织水肿体积的MRI测量显示，在相同条件下，rhBMP-7比rhBMP-2植入物产生炎症反应[46那47］.当在骨形态发生蛋白结合肽的存在下传递rhbmp时，组织炎症也被证明减少了，在实验模型中，骨形态发生蛋白结合肽作为bmp的缓释载体[46]. 这些发现表明，在适当的BMP递送条件下，不良的炎症反应可能会减轻。

8.bmp在人体中的临床应用颅面骨骼

一些最早报告的临床用途BMP的临床用途从牛骨中纯化的BMP描述了这些BMP的成功应用以及钛植入物或冻干软骨在各种颅面畸形的重建中发现了Apert和Crouzon综合征[124那125]. 市售rhBMP-2是FDA唯一批准用于颅面骨骼口内应用的产品；然而，在某些情况下，已尝试使用rhBMP-2和rhBMP-7来解决颅颌面骨骼中其他特别重要的重建挑战[29那48那126那127］.值得注意的颅颌面骨骼病例包括颅穹窿重建、牙槽嵴裂畸形重建和下颌骨缺损重建。

9.rhBMP-2用于人类颅穹窿重建

在医学文献中，第一个也是唯一一个使用rhBMP-2进行颅骨穹窿重建的非标签使用是圣路易斯华盛顿大学的一份病例报告，该报告描述了在儿科患者中使用rhBMP-2进行颅骨穹窿重建的情况，以及随后一个需要手术治疗的头皮和面部不良水肿的显著病例停止移植[48］.作者描述了在超过18个月的儿童中偶尔使用注入rhbmp -2的胶原蛋白海绵植入物，这些儿童在颅骨重建过程中产生了严重的颅骨缺损，否则需要通过自体骨组织移植进行修复。手术颅缝早闭矫正术后头皮、眶周和面部水肿通常在术后第一周结束时得到解决[48］.在本病例中，一位因异位颅缝早闭而接受颅面重建的患者经历了明显的头皮、眶周和面部水肿，并延伸到颈椎前区，而患者的气道没有受到损害。使用一周的糖皮质激素逐渐减少肿胀，直到患者出院;然而，在术后第7天停止类固醇疗程后，患者头皮和面部再次出现水肿。术后第10天手术移除患者的胶原海绵rhBMP-2植入物，肿胀迅速缓解且未复发。这些结果证实了先前有文献记载的颈椎使用rhBMP-2的病例报告中与组织肿胀和水肿相关的不良事件的发现，其中与潜在致命的气道水肿相关的不良患者结果的区域解剖风险明显大于颅面区域[49那50］.

10. RHBMPS为人类裂缝重建

大量临床研究和随机对照试验表明，外源性应用rhBMP可有效修复先天性牙槽裂，有关该课题的文献综述如下[20.-25那128)(表1）.

圣路易斯大学Carstens et al.和Chin et al.最早报道了rhBMP应用于骨裂修复的病例，记录了使用rhBMP-2成功修复先天性面裂。在Chin等人的病例系列中，43例患者使用rhBMP-2修复了50个裂隙，临床评估50个裂隙中49个成功实现了重建;然而，本研究没有提供修复的影像学证据，一些严重的病例加用牵张成骨术治疗[20.］.Carstens等人的研究描述了一个更复杂的病例，完全性唇裂和下颌骨缺损通过牵张辅助原位成骨(DISO)和rhBMP-2修复;DISO后植入饱和rhBMP-2的胶原海绵，生成新骨，用于修复裂隙，形成新骨移植到变形的下颌骨上[21］.随后，2009年，同样来自圣路易斯大学的一项回顾性队列研究，利用螺旋CT评估了17例术后6个月的裂隙中rhBMP-2的非适应症使用[24］.经螺旋CT评估，17例腭裂修复术中16例在6个月时发现上颌腭裂有垂直和横向的新生骨填充[24］.

2007年Herford等人报道了12例腭裂修复患者的回顾性研究，其中10例患者接受rhBMP-2胶原海绵，2例患者接受自体髂骨移植[22］.在4个月时，通过计算机断层扫描(CT)进行了放射学评估，结果显示实验组10名患者中有8名患者的骨发育显著，其中8名患者的骨形成明显少于实验组平均水平[22］.平均而言，在rhBMP-2处理组中发现骨卷产生略低于（7％），而不是ABG组。作者在RHBMP-2实验组中注意到了显着的术后肿胀[22］.

Dickinson等人在2009年的一项研究中描述了将具有牙槽缺损的骨成熟单侧腭裂患者随机分为实验组，在术前正畸上颌扩张后使用自体髂骨移植或rhBMP-2制备的可吸收胶原基质。12个月时两组骨形成的CT评估显示，与自体髂骨移植组(63%)相比，rhBMP-2组有更大的缺损填充体积(93%)[23］.ABG对照组的住院时间、费用、伤口愈合问题和疼痛增加的情况也显著增加[23］.这些研究结果对本研究是独一无二的，并表明经历裂缝修复的骨骼成熟患者可能具有比自体骨移植的rhBMP-2更好的结果;这些调查结果由于本研究的示例规模小而进一步调查。

2011年，Alonso等人报道了在一项随机对照试验中使用可吸收胶原基质和rhBMP-2或髂骨嵴ABG修复术前正畸上颌扩展术后骨骼发育不成熟的8-12岁患者的单侧唇裂和腭裂[25］.CT测量的平均骨量发现，与ABG组相比，rhBMP-2治疗组略低(5.8%)，但两组均取得良好效果[25］.仅实验组术后出现明显肿胀，37.5%的患者出现这种效果[25］.

11.rhBMPs用于人下颌重建

在过去的十年中，有几个描述使用rhbmp重建人类下颌缺损的临床病例被报道[4.那26那29那44那126那129-131)(表2）.

首次报道骨形态发生蛋白用于重建下颌骨的人类临床应用是通过应用一种含从同种异体骨样本中分离和部分纯化的骨形态发生蛋白的泊洛沙姆凝胶成功重建了一个6厘米的下颌骨缺损[26］.在3个月和9个月时进行了骨形成的影像学检查，9个月时进行了骨活检，组织学上证实了含有健康骨细胞的骨形成。

在2002年,同一机构的临床医生对13名患者进行了一项随机对照试验，使用钛网补充来自髂骨的自体骨移植物(ABGs)或由脱钙骨基质重建骨的成骨装置从异体骨中提取和部分纯化的形态发生蛋白[27］.在三个月的活检中，6名接受成骨装置治疗的患者中有2名有骨形成的组织学证据，7名接受abg治疗的患者中有5名有骨形成的组织学证据。

来自德国的独特的2004年案例报告文件在患者的利用之前，使用在患者的Latissimus背部肌肉中使用外源制备的定制下颌骨移植物，以重建大颌骨缺损[28］.通过用涂有RhBMP-7和自体骨髓间充质干细胞的氨基磷灰石嵌段的羟基磷灰石嵌段氨基胺来制备移植物。随后将该制剂植入患者的Latissimus背肌中七周，以便在重建下颌骨之前允许血管化，骨化和骨质重塑。将移植物植入到Latissimus中，有效地使肌肉作为人生物反应器在随后的自由翼片转移到下颌缺陷之前。患者的术后课程通过脚手架附近的脚手架骨折骨折复杂于近端下颌骨树桩。骨折引起植入物暴露于口服植物群，导致颌骨内部骨骼区域的感染。手术中除去坏死区域，植入物的剩余健康骨部分仍然存在于患者身上，直到他从3个月后死亡。放射治疗在植入物的位置，患者的拒绝戒烟，以及硬质糖果和繁重的膳食的消费可能影响了病理的发展。

两个病例系列记录了在下颌重建中使用rhbmp，一个使用含有rhBMP-2的胶原海绵，另一个使用rhBMP-7重建的脱矿骨基质[4.那29］.

上述利用rhBMP-2的研究中有一项能够证明接受rhBMP-2植入物的五分之三的患者成功地恢复了下颌骨的连续性。本研究的研究者报告说，五分之四的患者面部肿胀严重，远远超过自体骨移植重建的预期[29]. Herford等人也报道了使用rhBMP-2成功恢复下颌骨连续性的病例报告，其中包括三名不同的患者[45那127那129那131那132］.

在Clokie和Sándor的研究中，所有十个患者使用RHBMP-7重构的脱矿质骨基质和刚性重建板在所有10名患者中成功地恢复了颌骨连续性。在整个十个案例中报告了植入部位的肿胀和紧缩，但术后4周解决了[4.］.

总的来说，这些临床病例提供了强有力的证据，表明rhbmp能够诱导下颌骨缺损的成骨，尽管它们不如自体骨移植的金标准可靠或有效。一篇综述性文章总结了这些临床研究，报道了除Herford等人所描述的外植体外，rhBMP下颌重建的总体失败率为13.5% [45］.

12.成体间充质干细胞的分离、纯化和培养

人骨髓间充质干细胞(BM-MSCs)的鉴定、分离、纯化和传代技术已经在许多研究中建立[133那134那134-136］.人骨髓间充质干细胞可培养、低温保存、维持祖细胞状态，并可扩增10亿倍以上体外[133那137]. 骨髓间充质干细胞是多潜能的，能够随后通过分化途径分化为骨、软骨、脂肪和结缔组织[133那138-140]. 除骨髓间充质干细胞外，成人脂肪源性干细胞也被证明具有成骨潜能，并已成功用于合成支架修复小鼠模型中的临界大小颅骨缺损[141那141-147］.临床上，骨细胞前体的使用可能受到这些细胞中这些细胞的寿命的限制，并且在植入中植入患者。已经开发出并成功地开发出与人端粒酶逆转录酶的腺病毒基因治疗如腺病毒基因治疗的策略，并成功地用于弥合动物模型中的临界大小缺陷;然而，永生化细胞群的肿瘤发生的可能性对患者构成了显着的风险[147那148］.虽然已经描述了通过收集骨髓来分离这些细胞的方案，以及通过在各种培养基中粘附培养板来分离MSCs的方案，但该过程尚未标准化，目前可能还没有优化[135那138那139那149］.尽管在分离和扩大人类成骨细胞前体方面缺乏一个明确的规程，但这些多能干细胞为骨形态发生蛋白在发育成骨组织方面的应用提供了肥沃的土壤体外．

13.骨髓间充质干细胞成骨分化的范式

组织工程策略体外在颅面修复中，通过bmp暴露分离、扩增和分化成体间充质干细胞是一种很有前途的替代自体移植、同种异体移植和同种异体骨基质材料的方法。将这些个性化和修饰的骨祖细胞转移到临界大小的骨缺损中，对于修复成人和儿童患者因创伤、肿瘤、感染或先天性疾病造成的颅面畸形具有很高的治疗潜力。使用来自患者自身组织的间充质干细胞的一个显著优势是，这些修饰过的细胞可以在使用时不受许多与同种异体移植和异变异体材料相关的并发症和发病率的潜在来源的威胁，例如，使用间充质干细胞来源的成骨细胞，可在很大程度上避免与异变材料生物相容性不足以及异变材料和同种异体移植物的无菌性相关的发病率。个性化的体外与异变材料不同，分化成骨细胞还可以满足对稳定生物基质的需求，这种基质可以随着时间的推移生长和适应，这是成人和儿童重建的一个关键特征。

植入成骨细胞分化体外可提供优于直接植入BMP或腺病毒递送的BMP的基质。外源性应用BMP可导致许多临床疾病，包括但不限于异位骨结节的持续形成、高度加速的、不受调控的骨生长，超过周围组织提供血管和营养支持的能力以及局部炎症反应[32那33那48那128］.此外，间充质干细胞分化的缺陷和失控已被证明是人骨和软组织癌症(如骨肉瘤)的形成的原因[150那151]. 不幸的是，暴露于外源性BMP的细胞群无法监测体内用于开发瘤形成。具有重组蛋白和病毒的应用存在肿瘤发生的危险;然而，在没有调谐的BMP剂量的基因治疗的设置中特别明显（即，没有“关闭”开关）。因此，对外源递送的BMP的治疗施用的显着障碍是缺乏对暴露细胞群的肿瘤血的控制。鉴于这些危险，应在显着谨慎的情况下接近外源性BMP疗法。

个体化骨形成细胞的应用可以防止与骨缺损直接外源性或腺病毒传递bmp相关的不良结果。一个重要的优势体外组织工程策略是控制扩大细胞群的肿瘤发生;可以检测从间充质干细胞分化的成骨细胞，以确保癌细胞不会转移回患者体内。然而，将间充质干细胞用于颅面修复的策略也并非没有困难，因为目前的细胞分离和扩展技术既昂贵又耗时。此外，应用体外间充质干细胞和成骨细胞的寿命可能会限制工程化细胞群和骨组织体内。进一步研究这些技术的改进，可能使个性化干细胞成为未来颅面重建患者有效可行的方法。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

承认

作者向调查人员道歉，因为篇幅限制，他们的原著没有被引用。

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