文摘
只选择组织和器官疾病或创伤后能够自发再生,再生能力随着时间减少了。人类干细胞研究探索治疗再生方法治疗各种条件。间充质干细胞(msc)来源于成体干细胞;他们是多功能和发挥抗炎和免疫调节作用。他们可以分化成多种细胞类型的间质,例如,内皮细胞、成骨细胞、软骨细胞、成纤维细胞,tenocytes,血管平滑肌细胞,肌节肌肉细胞。msc很容易获得,可以在体外培养和扩大;因此,他们代表着承诺,鼓励在整形外科手术治疗方法。在这里,我们审查的应用msc各种骨科条件,即骨科创伤;肌肉损伤;关节软骨缺损,骨关节炎; meniscal injuries; bone disease; nerve, tendon, and ligament injuries; spinal cord injuries; intervertebral disc problems; pediatrics; and rotator cuff repair. The use of MSCs in orthopedics may transition the practice in the field from predominately surgical replacement and reconstruction to bioregeneration and prevention. However, additional research is necessary to explore the safety and effectiveness of MSC treatment in orthopedics, as well as applications in other medical specialties.
1。介绍
很少组织和器官疾病或创伤后,可以自发再生,再生能力减少在一生。因此,科学家正在开发技术在组织工程领域,细胞疗法,再生医学援助肌肉骨骼系统的再生。干细胞(SC)用于骨科手术有可能改变从一个由整形外科手术领域的替代和重建bioregeneration之一和预防1]。
在1960年代,一群独特的骨髓细胞被发现能够分化成其他细胞(2,3]。然而,我们现在知道,几种类型的SCs存在,每个都有不同的特征和胚胎干细胞(ESCs),胎儿干细胞(fsc),婴儿的干细胞,成体干细胞,间充质干细胞(msc)获得4]。成人和胎儿SCs被认为是未分化的;他们可以找到在成人组织和胎儿,分别为(4]。各种法律、伦理、生理和免疫与使用相关联的ESCs和fsc的担忧,这限制了它们的应用程序(5]。然而,大多数医学专业可以受益于SC研究和再生医学的进步。超过3000个试验对SC在肌肉骨骼疾病的研究正在进行中(5]。有多个临床SCs整形手术的机会,从组织再生和免疫功能的调制,建模的罕见疾病(5]。
可以从脐带获得msc,羊水、胎盘,脂肪组织,关节滑膜,滑液,牙髓,骨内膜,骨膜(2- - - - - -4,6,7]。Steinert et al。8)最近也发现了msc在囊subacromialis成人(8]。SCs的不同位置的一个理论是,这些细胞来自周(9- - - - - -11]。此外,msc是多功能的,这意味着它们可以分化成多种间充质细胞类型包括内皮细胞、成骨细胞、软骨细胞、成纤维细胞,tenocytes,血管平滑肌细胞,成肌细胞和神经细胞(图1)。最近的出版物报道,msc还可以分化成nonmesodermal细胞(神经元、星形胶质细胞和hepatocytes-in体外(3,12,13]。进一步,通过水库修复细胞,发挥免疫调节和抗炎作用,内生msc有助于保护健康组织(14]。
如前所述,msc可以获得几乎任何组织在体内。再生医学和组织工程的目的,从骨髓MSC通常获得的,大概的MSC内容1:1041:105骨髓单核细胞(2,6,7]。msc在末梢循环的患病率低得多,大约1:108外周血单核细胞(2,6,7]。获取骨髓抽出物是一种侵入性手术,经常需要全身麻醉,可以与疼痛,不适和并发症6,7]。因此,SC的研究集中在识别代理,促进从骨髓MSC出口到末梢循环促进他们obtention和孤立。使用最广泛的代理是粒细胞集落刺激因子(g - csf)白细胞生成素,通常由皮下注射结合在血液癌症患者化疗13,15]。白细胞生成素破坏行为的交互涉及血管细胞粘附molecule-1 (VCAM-1)血管基质和整合素α4β1(也称为很晚antigen-4 [VLA-4])的细胞。因此,msc动员骨髓基质的末梢循环(9,12,13,15]。然后从末梢循环,获得血液和msc是孤立的,扩大,分化,种子在支架(图2)。
2006年,国际社会细胞治疗建议细胞应满足以下标准被认为是msc:(1)时,必须plastic-adherent细胞保持在标准培养条件;CD90,(2)他们必须表达CD73和CD105标记和不应该表达CD34、CD45、CD14, HLA-DR, CD11b,或CD19;(3)他们应该能够分化为成骨细胞,内层,脂肪细胞体外(16]。
msc具有免疫调节和免疫抑制特性通过特定细胞因子的分泌,从而调节炎症受伤后(13]。msc hypoimmunogenic,可以逃避宿主的免疫系统。这部分是因为msc少表达主要组织相容性复合体(MHC)类分子,避免了msc的去除自然杀伤细胞。另外,msc不表达MHC II级分子在细胞表面,进而给出了可能避免alloreactive CD4鉴定+T细胞(13,22]。msc有能力与免疫细胞相互作用,可以抑制和调节alloreactivity。此外,msc可以通过分泌可溶性影响T细胞增殖和活化肝细胞生长因子等因素,TGF -β1、il - 10和前列腺素E2 (13,22]。然而,这些免疫调节和免疫抑制特性尚未完全建立在骨科的应用程序。
的一个问题与再生细胞疗法是肿瘤形成的风险。然而,在2013年,Hernigou和他的同事们完成了12.5年以上随访的1873例接受自体骨骨髓来源基质祖细胞,但没有发现罹患癌症的风险增加治疗网站或其他治疗领域基于成像研究[17]。这表明这些细胞的应用是安全的,它不增加肿瘤形成的风险。
本文将主要讨论当前和未来的应用msc在整形外科手术。
2。msc和骨科创伤
骨内膜和骨膜来源丰富的骨软骨骨折愈合过程中祖细胞(18]。嫁接实验表明,移植的骨膜成骨细胞和软骨细胞产生在骨折修复过程中,而骨内膜产生主要是成骨细胞(18]。此外,骨形成蛋白(BMP) - 2已被证明刺激骨膜软骨形成,但不是在骨内膜,表明细胞在这些网站可能由不同的因素被激活(13,18]。
骨折愈合是一个复杂的过程,通过软骨内的结合和膜内的骨化19]。在软骨内成骨机制,软骨模板最初形成,随后被造骨细胞由于交付给骨折的部位血管生成(19]。最近的研究也表明,肥厚性软骨细胞在骨折愈伤组织可能会持续和transdifferentiate成骨细胞(20.,21]。因此,这些机制的潜在应用在骨愈合治疗,例如,治疗刺激软骨细胞转化为成骨细胞在肥厚性骨折不愈合的情况下应进一步研究[20.,21]。
细胞,促进骨折的愈合可以动员的循环(13]。然而,研究表明,这些循环细胞只占一小部分骨折愈伤组织细胞在正常情况下,这表明大部分的细胞断裂部位迁移从邻近的组织(13]。因此,治疗循环msc的放大通过动员也可以代表一个潜在的治疗机会在骨折修复(13]。
msc还包含一个治疗的机会在这样的骨折延迟愈合或不愈合的并发症。例如,一些作者Hernigou et al。21),用从髂骨骨髓吸入治疗萎缩性生长板骨折不愈合。吸入物被植入完全骨折不愈合的网站,导致愈伤组织的形成。虽然承诺,成功所需的有效剂量的细胞治疗仍有待证明(13,21]。
3所示。的潜在使用msc在肌肉恢复
骨骼肌损伤后,完成功能复苏仍然具有挑战性和这个复苏推迟了疤痕组织的发展。骨骼肌的再生能力较低,主要是由单核的前体细胞(卫星细胞)1]。卫星细胞是位于基板下,围绕每个肌纤维和展览SC-like特征在肌肉损伤的修复(23- - - - - -25]。因此,使用卫星细胞是一种非常吸引人的策略治疗肌肉疾病和伤害,因为他们的内在肌原性的潜力(23- - - - - -25]。然而,这些细胞体外的扩张是困难的,因为他们迅速开始衰老和显示贫穷posttransplantation生存(22- - - - - -25]。
骨骨髓来源间充质SCs (BMDMSCs)有能力分化和成肌细胞融合年代在体外,导致肌肉的愈合过程24,25]。脂肪间充质SCs (ADMSCs)与BMDMSCs分享几个特征,如特定的细胞表面蛋白的表达(例如,CD90、CD29)和能力通过沿着古典间叶细胞谱系分化(24]。崔等人证明ADMSCs并不比BMDMSCs(免疫原性和免疫抑制1,22]。事实上,ADMSCs BMDMSCs(有几个优势24]。例如,交通便利,更加丰富和增殖,分泌多种血管生成和凋亡细胞因子,维持组织再生和减少伤害。此外,Pecanha et al。24]研究同种异体ADMSCs是否导致骨骼肌的愈合。他们从健康老鼠ADMSCs注入大鼠比目鱼肌。强直性肌肉力评价注射2和4周后,执行和组织学检查来确定胶原蛋白的沉积在肌肉和centronucleated肌纤维的数量。作者表明,破伤风力和centronucleated肌纤维的数量比治疗组与对照组相比(23,24]。他们得出的结论是,肌肉修复和力量增强了ADMSC疗法治疗2周后,暗示,ADMSC政府的确可以加速肌肉修复(22]。
肌源性msc (MDMSCs)在肌肉愈合也起着关键的作用。在植入到骨骼肌,MDMSCs显示长期生存比成肌细胞和直接合作的再生肌纤维(25]。研究表明,MDMSCs还能分化成内皮细胞和神经细胞系体内,这可能提高神经再生肌肉和血管供应(25,26]。
从最近的研究的证据表明,炎症途径和信号可能会影响肌肉愈合(26]。许多消炎药受聘后受伤,包括非甾体类抗炎药(非甾体抗炎药),通常疼痛控制规定。他们的使用可能导致upregulation转化生长因子(TGF)β1水平;它提出了TGF -β1和其他细胞因子发挥关键作用在肌肉愈合23,25]。然而,其他研究表明,这些药物,也cyclooxygenase-2抑制剂,增加纤维化,抑制肌原性的前体细胞,并损害肌纤维再生合成的专门移植TGF -β1 (26]。这些矛盾的研究结果表明,应该谨慎行使有关使用非甾体抗炎药和cyclooxygenase-2抑制剂受伤后(26]。
4所示。msc在关节软骨损伤和骨关节炎
4.1。MSC治疗关节软骨损伤的治疗
关节软骨损伤是最常见的整形外科医生(遇到的问题27]。由于相对acellularity和特定的生化软骨的属性,这一组织的自我更新潜能是非常有限的27,28]。一个整形外科医师可能使用许多技术治疗关节软骨损伤;然而,目前没有一个外科治疗软骨修复提供了一种组织与天然软骨的生物力学和生物化学性质(4,27,28]。
Microfractures-and最近发达nanofracture技术经常用于治疗关节软骨损伤。这些骨髓刺激技术的目的是执行小穿孔软骨下骨,从骨髓中释放SCs [4]。不幸的是,创建neotissue纤维软骨,生物力学和生物化学特征从不同的透明软骨。修复组织的耐久性也低于本地软骨(26,27]。最近的技术旨在软骨再生,如自体软骨细胞移植(ACI) [28,29日),使用各种细胞类型包括SCs,软骨细胞,SCs骨膜,软骨细胞前体,或这些方法的组合4]。实验室最近的一项研究证实,自体chondroprogenitor细胞更有效地治疗关节软骨缺损相比外源的细胞(4]。使用牛模型,周et al。30.)发现chondrogenic祖细胞周围关节软骨的表面区域更像是synoviocytes比软骨细胞和滑膜fluid-derived细胞。这些chondrogenic祖细胞表现出倾向鼓励趋化作用的免疫细胞趋化因子过表达,暗示他们干扰软骨损伤后炎症(30.- - - - - -32]。此外,移植synovial-MSCs (smsc)兔子缺陷导致软骨基质丰富发展网站所描述的四郎et al。33)有趣的是,这些作者也发现smsc分化为骨细胞更深的缺陷,但分化成软骨细胞的表面区域。这个调查支持smsc体内的multilineage分化潜力取决于当地的微环境(32,33]。此外,smsc被证明促进软骨再生后移植到一个全层关节软骨缺损在猪模型早在3个月之后程序,评估通过核磁共振,关节镜,和组织学检查34]。马模型,应用自体platelet-enriched纤维蛋白支架的全层软骨缺损的膝盖导致软骨缺损的修复,就是明证关节镜检查,磁共振成像T2映射、组织学、生物力学测试和microcomputed断层扫描(35]。还使用一个马模型,傅强恩et al。36]相比,各种治疗方法的效果(纤维蛋白单独与自体chondroprogenitor细胞与纤维蛋白与同种异体的chondrogenitor细胞与纤维蛋白)在内侧软骨生成缺陷的修复股骨滑车脊。关节镜、成像和显微镜分析了12个月后随访期间发现,组织修复明显更高级的马接受自体的细胞和纤维蛋白比其他两个治疗组(36]。
有趣的是,在人类,滑液似乎smsc的数量增加与骨关节炎膝盖,退化软骨、半月板损伤、关节内韧带受伤后(37),提高调查如果smsc动员从滑膜滑液按比例提高软骨变性的程度作为一个元素的修复机制32,37]。人类infrapatellar脂肪垫富含msc在关节镜手术(很容易收获38]。Infrapatellar脂肪pad-derived msc与骨关节炎的患者是高度克隆细胞和软骨形成类似于从健康的关节软骨细胞的分离38]。
最近的研究报告,外围血液msc的生物学特性和人类脐带血液msc与BMDMSCs可比对修复软骨缺损的能力(38,39]。富含血小板血浆(PRP)的影响在关节软骨细胞最近调查31日]。有趣的是,PRP-containing数量相对较低的血小板和很少leukocytes-stimulates软骨细胞合成代谢,可以由II型胶原蛋白的表达变化和aggrecan31日]。另一方面,与大量的血小板和白细胞PRP促进分解代谢的软骨细胞通路。此外,坂田et al。40)发现,PRP刺激表面区域的分泌蛋白,润滑关节软骨中发现。
4.2。MSC治疗骨关节炎的治疗
骨关节炎严重影响生活质量,与巨大的社会和经济成本。关节退行性改变的开始与异常相关的活动或减少细胞的水库。这导致的失败chondrogenic潜力和纤维增生的患病率软骨细胞表型(41]。几个临床试验目前正在调查骨髓间充质膝盖交付通过一个关节内注射的目的,利用其抗炎和免疫抑制特性管理骨关节炎和类风湿性关节炎41,42]。研究证明了这个手术入路有前途的结果与。然而,最佳剂量和车辆管理尚未完善41]。不接受生物疗法,药物干预,或实践是目前能够停止不断破坏关节骨关节炎。目前的治疗收益只有症状而不是再生的结果。这些化合物对临床上显著的治疗效果,以抵消软骨的逐步丧失,最终导致关节破坏(14]。
许多实验的有利影响msc独占的治疗骨软骨和软骨的缺陷在动物模型。这些实验通常利用支架与习惯性的矛盾的结果。此外,这些实验是针对急性局灶性病变,而不是大型和慢性病变与遇到的骨关节炎(41,42]。墨菲et al。43)描述一个杰出的治疗创伤后骨关节炎在山羊。在动物模型中,内侧半月板切除术,切除引起的前交叉韧带(ACL)先进的骨关节炎的膝盖。随后,注入自体msc被唤起的关节内的悬浮半月板修复反应,导致临床改善chondroprotection的证据。植入的细胞没有发现软骨,但表面的再生半月板。这个实验提出移植msc控制宿主细胞通过旁分泌作用和操作行为作为构建块修复组织的创建。此外,这些细胞表达某些特定基因,如甲状旁腺种激素(PTLH),印度刺猬(本次事件),BMP2结果在一个增广II型胶原蛋白的表达(43]。
骨髓间充质膝盖关节内的交付的有效性一直在评估各种临床前模型,例如兔子,老鼠,老鼠,几内亚猪,狗,马和羊41]。在这些模型中,应用MSC抑制骨性关节炎的进展和减少前列腺素E2水平滑液(44]。大部分的技术独占msc通过关节内的管理注入的滑液舱通过scaffold-free方法,一般以透明质酸为载体(44]。
通过各种细胞介导关节修复了技术,大量的内源性细胞群体的就业目标代替体外准备的交付。李等人。45)设计了一个生物支架TGF -覆盖着β3,促进功能和结构的形成关节软骨层。在这个实验中,矩阵集结和II型胶原合成优越,而关节层的多孔性增强的近三倍,相比控制(45]。
另一个新的治疗方法包括小分子杂环kartogenin的管理,促进分化的msc与软骨修复软骨的血统和帮助surgery-induced和collagenase-induced模型小鼠骨关节炎(48]。Kartogenin政府也增加显示软骨厚度和改善矩阵结构和承重能力,显然通过增加chondrogenic起始的祖细胞软骨(46- - - - - -50]。
5。msc和半月板
半月板具有独特的修复潜力取决于病变的位置。眼泪本地化的三分之一的半月板,无血管的,没有限制或再生潜力没有出血[51- - - - - -54]。与其他骨科伤病,几种方法治疗半月板撕裂的存在。半月板切除术是一种常用的技术,但有证据表明与骨关节炎的成功发展51- - - - - -53]。半月板缝合也经常使用;然而,撕裂的疗愈能力是有限的。
半月板生物学研究都集中在利用基于单元的方法来提高半月板愈合及脚手架的使用材料刺激半月板组织再生(31日,51,53,54]。最近,细胞治疗半月板损伤一直追求。研究细胞来源包括BMDMSCs、滑膜血管内皮和内在的半月板SCs [31日,51,53,54]。已经证明软骨细胞放置到半月板矩阵可以加入不同的纤维软骨碎片带(51]。随着时间的推移,半月板的组织学和生物力学性能,特别是粘附强度,增加,因为新软骨形成矩阵(51,53,54]。Dutton et al。52]显示应用程序的SCs的无血管的部分半月板促进猪模型中的半月板愈合。
在兔子的研究表明,支架的位置与培养自体BMDMSCs促进半月板再生(51,53,54]。在兔子冲压缺陷和menisectomy模型,利用外源的滑膜msc研究[55]。直接关节内的细胞悬浮在磷酸盐导致管理显著改善组织再生在星期2,4,8后处理(53- - - - - -55]。大的缺陷通常要求SC-loaded脚手架的就业;另一方面,较小的缺陷或场景涉及增加半月板修复的可能不要求支架使用,因为SCs似乎能够集中注意力,保持现场修复(53,54,56]。
6。msc治疗骨疾病
病理条件下,如肿瘤、假关节(先天性或获得),骨囊肿,髋关节置换,或感染,可能导致骨质流失主要要求使用骨替代品重建结构完整性(57,58]。利用自体和同种异体的骨移植是经常与施主能级相关发病率和传播的感染的风险(57,58]。净化和扩张的骨髓细胞从老鼠,老鼠、狗、和人类已报告,他们的能力来生成骨植入时ectopically与羟磷灰石或另一个合适的支架是证明(57,58]。技术也被提炼为骨髓osteoprogenitors[的扩张58),表明应用自体人类的可能性基质祖细胞治疗骨缺损。
Osteoproduction、osteoinduction osteoconduction和机械刺激骨组织工程成功的标志(59,60]。Osteoproduction表明细胞分泌骨基质的能力。研究人员已经成功地治疗严重大小的骨与纯化BMDMSCs缺陷。同样,MDMSCs最近吸引了很多兴趣osteoproductive细胞(59]。
Osteoinduction指的是刺激骨生长因子,画出成骨细胞骨缺陷的位置。最近的隔离等因素TGF -β3、血管内皮生长因子、BMP 2, BMP 4和BMP 7,导致了他们的就业增加,加速,更换或修复骨(60]。一些研究揭示了潜在的重组人BMP 2, BMP 3、骨形态发生蛋白4,BMP 7固定假体植入物和节段性骨缺损的愈合60]。这些现象的基础都是BMP调节趋化作用的能力,有丝分裂,分化的细胞(60]。有效地刺激骨形成,应该使用一个适当的剂量的BMP在指定时间内(60]。发展基因疗法可能允许基因编码的交付特定生长因子通过工程MDMSCs或病毒载体,例如,腺病毒、逆转录病毒,慢病毒,重组腺相关病毒载体4,6,49,61年]。
Osteoconduction取决于骨头cell-bearing结构同化成一个收件人的网站(60]。换句话说,移植物功能作为支架,将最终取代了新的组织和改造。最常用的冷冻同种异体骨移植,水泥,陶瓷、羟磷灰石,通常使用无细胞(60]。成功的骨组织工程的另一个特点是机械刺激,似乎是至关重要的成功的生成和骨矿物质和骨细胞的分化和发展矩阵配置(4]。一项研究[62年]相比核心减压的效果和放置的自体骨髓吸入到核心与核心减压减压跟踪作为治疗股骨头骨坏死。的吸入含有较高数量的多能msc,这意味着自体msc的本地化的核心减压跟踪改善生存股头,减少了人工髋关节置换术要求当在早期阶段(precollapse阶段)。这种治疗策略是持续的原则多功能骨髓msc的吸入会重新填充骨小梁在股骨头坏死区,加强再生和重构的坏死骨62年]。
其他的研究也探讨msc在延长的作用[截骨术57]。在一项研究中,msc在体外培养,并与PRP结合使用,导致加速骨折愈合(57]。作者也植入自体骨髓,通过经皮注射骨动脉瘤的囊肿。愈合率超过80% (57]。
骨形成与再生医学领域,特别是对于预防组织过度生长,例如出现异位骨化的肌腱、韧带和肌肉(63年]。发展的方法控制或抑制骨形成的预防异位骨化是必不可少的。阻碍骨形成的方法的一个例子是使用BMP拮抗剂‘诺金’,抑制骨形成在老鼠体内的剂量依赖性的方式(63年]。然而,人类的大脑仍然悬而未决的治疗潜力(63年- - - - - -65年]。
7所示。SCs和神经再生
从周围神经损伤恢复通常是贫穷,因为轴突的再生率低,内部和外神经系的疤痕组织发展(66年]。雪旺细胞(关键周围神经系统的神经胶质细胞)已成为关键球员在周围神经再生66年]。SCs可能增加雪旺细胞的数量和扩展他们的能力来维持神经再生(66年]。目前,在神经桥接材料缺口的黄金标准是使用自体神经移植。同时,其使用与高发病率的收获另一功能神经(66年]。非细胞异体神经移植也经常使用,虽然他们的用途仅限于小距离,因为缺乏细胞组件和细胞外基质辅助轴突方向发展(66年,67年]。因此,SCs的包容,生长因子,细胞外基质对管道和移植可以改善他们的表现为轴突再生(通过创建一个良好的环境66年,67年]。此外,SCs可以移植到去神经的肌肉,避免可预见的去神经后遗症,萎缩的预防,使组织更reinnervation-receptive长期(66年,67年]。
神经SCs可以分化成神经元和神经胶质细胞,其中大部分在subventricular和subgranular区域的成年哺乳动物的大脑66年]。最近,神经嵴SCs隔绝了胎儿的大鼠坐骨神经(66年),但这些细胞的存在周围神经的成年人是未知的。取得了可喜的成果后神经SC植入到周围神经injuries-not只是在急性损伤,而且在长期去神经的病变(66年]。
BMDMSCs具有分化成nonmesodermal血统的能力,如星形胶质细胞、神经元和雪旺细胞66年]。BMDMSCs纳入渠道和非细胞移植与cell-depleted移植(更好的结果66年]。大量的研究表明,ADMSCs拥有更大的SC分数和优越的增殖和分化潜能比BMDMSCs [66年]。许多神经元的表达和ADMSCs许旺细胞标记,例如,髓鞘蛋白零,髓磷脂碱性蛋白,和外围髓磷脂蛋白22日表明,他们可能拥有myelin-generating能力(66年,67年]。此外,ADMSC-filled渠道对神经再生的影响比cell-deplete移植(是更有利的66年]。
脂肪细胞移植没有管道构成了另一种方法周围神经的重建和显示一些好处在创伤性脑损伤的情况下当他们管理系统(66年,68年]。另一项研究表明,静脉注射ADMSCs可能用于治疗神经性疼痛大鼠(69年]。在BMDMSCs ADMSCs的优势在于,他们更容易收获细胞产量高(-0.375 ~ 0.25×106每毫升的液体脂肪细胞)(70年,71年]。
额外相关的msc来源包括胎儿组织,如羊水和膜,脐带细胞和血液,沃顿商学院的果冻。细胞收获从这些组织可以分化成神经表型(66年]。脐cord-derived msc和羊膜fluid-derived SCs植入鼠坐骨神经缺损模型和postcrush和横断损伤模型和有前景的结果(66年]。
烹饪和前体组成一个现成的成人多功能细胞来源。值得注意的是,这些细胞与胚胎神经嵴细胞(66年,72年]。使用未分化和分化的结果烹饪和前体在神经再生是鼓舞人心的66年,72年]。在动物模型中,烹饪和前兆维护能力区分和保留移植的可行性,并有能力轴突髓磷脂(72年]。在老鼠身上,毛囊SCs表达神经标记,例如,巢蛋白,Nanog, Oct4、拥有能力分化成胶质细胞和神经元66年,73年- - - - - -75年]。
很少有研究分析了未分化的就业毛囊SCs坐骨的小鼠模型和胫骨横断和收件人功能结果的改善神经挤压伤(66年,73年- - - - - -76年]。此外,分化毛囊SCs放入非细胞异种移植能够进一步区分长时间,导致更多的脱细胞异种移植相比,再生轴突和髓鞘形成的增加(66年,76年,77年]。
8。msc在肌腱和韧带修复
肌腱和韧带损伤是骨科常见实践。一旦这些组织受伤,他们形成一个组织愈合的质量差、比原生组织(78年- - - - - -80年]。多个生物移植被用来重建肌腱和韧带,例如,自体、同种异体,生物材料,但已经被问题困扰施主能级发病率,短缺,组织排斥,传染性疾病传播的风险增加(80年]。一些研究调查了使用msc增强肌腱缺损修复在动物模型。一位研究人员(4)发现,当msc被播种到兔跟腱的缺陷,修复包含了一个相当大的区域和胶原纤维似乎比那些更好的对齐控制动物。msc还使用胶原蛋白复合材料植入髌腱的动物(4]。治疗相比,这些缺陷是没有和MSC的存在,并且值得注意的是,更高的最大应力和模观察MSC组术后12和26周。其他支架,例如,保利(lactide-co-glycolide),含有msc兔模型中也使用再生和修复跟腱4]。在另一项研究中,人类的ESCs被用来修复髌腱在老鼠身上,导致肌腱组织的再生在体外和体内80年]。tendon-specific基因的表达增加,优越的结构和机械维修站点的特点是注意到在这些老鼠对待人类的ESCs [80年]。BMDMSCs也移植到各种肌腱受伤网站,导致增强组织修复(78年]。BMDMSCs在纤维蛋白胶的车辆被注入大鼠膝腱缺陷,导致增强成熟组织形成和比控制命令细胞结构(78年]。其他作者使用ADMSCs和显示这些细胞类似于肌腱鞘纤维母细胞(80年]。尼克松et al。79年,80年)表明,当collagenase-induced在肤浅的指屈肌腱炎马前肢是通过ADMSC注射治疗,这导致改善肌腱组织。在最近的一项研究中,李et al。81年从大鼠肌腱)孤立多功能msc,扩大了细胞在文化,接触到结缔组织生长因子。随后,这些细胞被移植到一个断掉的髌腱纤维蛋白凝胶的一只老鼠;动物也被直接注入的结缔组织生长因子。作者观察到恢复tendon-with正确对齐的胶原纤维和常规抗拉强度2周(81年,82年]。
ACL损伤非常频繁和愈合肌腱graft-bone接口的ACL重建手术的成功至关重要83年,84年]。这个接口复杂,由四个不同的区域和组织:韧带物质,unmineralized纤维软骨,矿化纤维软骨和骨(83年,84年]。这种解剖学不能恢复最初的6个月内postinjury传统自由肌腱转移(84年];因此,研究评价有成骨生长因子的利用,例如,TGF, BMP,纤维母细胞生长因子,和g - csf,生物材料,增加治疗的tendon-bone接口(83年,84年]。Atesok et al。83年]证明了BMP 2可以提高肌腱愈合骨隧道。其他作者(84年)观察到这些细胞应用到肌腱移植的兔子导致纤维软骨区,在十字路口了,这很正常的ACL的功能。除了恢复bone-tendon接口,这些增强移植具有更好的生物力学属性(4]。在另一项研究中,一个tendon-derived SC纸缠绕在肌腱移植物在老鼠模型中,导致初始ACL重建移植治疗12周后(31日]。
9。应用MSC在椎间盘、脊柱和脊髓损伤
椎间盘退变是一个背部疼痛的主要原因。许多病人接受医疗干预,恢复~中观察到90%的患者(4]。手术选择discogenic背部疼痛是有限的并且经常入侵。最频繁执行的程序是椎间盘切除术,有或没有融合,虽然椎间盘置换最近收到一些利益4]。然而,没有后者的长期评估疗效的临床试验过程已经完成(4,85年]。
一些研究人员检查了其他选择,如成熟的自体移植椎间盘细胞,软骨细胞,或者SCs椎间盘(85年]。细胞移植可以增加蛋白合成,减速椎间盘变性,并刺激椎间盘再生(85年]。软骨细胞移植或自体盘从肋软骨细胞是可能的和减缓椎间盘变性动物模型(4]。为了探索外源细胞输送的可行性,保存,和生存的圆盘,Crevensten et al。85年]msc注入大鼠的尾盘的15%透明质酸凝胶作为载体。在天7和14日接受,光盘内的SCs仍本地化,尽管细胞的数量明显减少。28天,细胞数量增加到最初注入量,显示100%的可行性。引入的基因生长因子的合成,例如,TGF -β1,为椎间盘细胞的基因转导与运载体似乎是一个有前景的治疗选择,尽管非常昂贵(4]。
目前,使用自体骨被认为是最好的方法来完成脊柱融合术。然而,骨折不愈合率从5%变化到35%4]。已经表明,我国的使用可能导致融合的速度类似于或高于使用自体骨。组成的混合移植培养的msc与陶瓷支架进行了分析;与多孔陶瓷支架相比,固体的形成融合的速度明显优越与培养细胞加载到多孔陶瓷支架(4,86年]。
SC治疗脊髓损伤被认为是重要的潜在结果多能细胞分化成神经细胞和神经组织形式(87年]。修复或再生脊髓是非常复杂的,因为它需要恢复和增强脊髓轴突反射弧和重新连接。此外,神经胶质过多症可以阻碍轴突的结果(4]。李等人。4)表明,脊髓损伤后,msc孤立从培养骨髓单核细胞层可以remyelinate直接注入损伤后脊髓轴突。人们认为SCs本身可能不足以提高受损脊髓的功能(87年]。
BMDMSCs也构成一个有前途的治疗脊髓损伤,但BMDMSC-only移植对脊髓损伤的影响是未知的(87年]。二甲胺四环素是第二代半合成四环素的抗菌性能也产生显著的抗炎效果。陈等人。87年]表明BMDMSCs混合与二甲胺四环素改善脊髓损伤大鼠模型中,这可能是一种很有前途的方法对脊髓损伤后神经保护。
10。msc在小儿骨科
成骨不全症(OI)是一种遗传性疾病,其特征是在I型胶原蛋白(4]。OI疗法最好应该针对增强胶原蛋白的结构完整性,因此可以实现骨强度。骨髓可以灌输和成熟为功能性成骨细胞具有细胞移植后的临床前研究(4]。因为胶原蛋白分泌,一个小级别的成骨细胞移植可能有助于OI患者(4]。例如,注入BMDMSCs从一个无病鼠标变成OI受体小鼠中发现多个接收机老鼠的器官,包括脾、骨、肺、软骨移植后几个月(4]。细胞迁移到骨分化为骨细胞和合成标准数量的胶原蛋白I型,部分恢复OI表型。因此,一个可能的治疗可能包括个人的体外基因改造自己的骨髓,紧随其后的是一个移植到个人,恢复正常的胶原蛋白水平(4]。
肌肉萎缩症是一个多样化的组神经肌肉疾病,导致进行性肌无力、肌肉萎缩、瘫痪,严重病例和死亡4]。目前管理的一些肌肉营养不良包括药理抑制免疫和炎症反应的4]。不幸的是,这些疗法只是温和的和临时的有利影响(4]。值得注意的是,使用SCs可能由一个解决方案来治疗这些疾病。Wakitani et al。88年)发现,在某些情况下,体外BMDMSCs分化成收缩肌管。Gussoni et al。89年)表明,在免疫缺陷小鼠模型中,骨髓来源的细胞诱导前往地区肌肉退化,在那里他们可以体验肌原性的分化和再生的受伤的肌肉纤维。骨髓细胞或肌源性系统性SCs似乎提供了一种方式,而不是局部肌肉的修复,由于分布的细胞在血管系统(4]。
受伤的弗西斯常常导致骨桥的发展在松果体和干骨后端,和25 - 35%的这些伤害导致缩短或角缺陷(4,90年]。装订、epiphysiodesis或截骨在大一点的孩子可以纠正问题;然而,年轻患者的治疗更加困难90年]。其他潜在的治疗取得了不同程度的成功,如切除骨桥或高分子硅胶的使用,脂肪,或肌肉移植对象,但是他们只会避免骨桥的改造(90年]。在最近的时代,培养软骨细胞迁移到physeal缺陷被证明正确的增长逮捕在动物模型。飞et al。90年)观察到移植自体软骨细胞的文化在一个atelocollagen凝胶减少长度不一致,角畸形的一条腿受伤弗西斯兔模型。同时,msc的放置在兔子增长板缺陷导致了经济增长的一个重要减少逮捕胫骨如图所示的陈et al。91年在另一项研究在兔子4),msc是嵌入在10%明胶与TGF -明胶海绵β3和转换成角畸形增长板缺陷减少。
自体骨髓移植也被用于其他小儿骨骼疾病,如骨硬化病,小儿碱性磷酸酶过少,有前景的结果(92年,93年]。
11。msc在肩袖修复的适用性
30%至94%的肩袖修复导致失败,也许是因为高度专业化的纤维软骨的过渡区域连接肌腱和骨失败后再生修复(94年]。手术后的组织形成维管组织的疤痕组织,及其力学性能相对较差(95年]。因此,新材料和外科技术已经改进,以增加强度的再生组织和复制的解剖足迹肌腱套(94年- - - - - -97年]。
Gulotta和他的同事们(98年)调查使用msc在纤维蛋白载体定位在tendon-bone界面时肩袖修复大鼠模型。工程骨髓间充质表达的基因MT1-MMP胚胎的正常调节,tendon-bone界面出现增加纤维软骨沉积位置现场四周后随访期间,提高力量。改善取向的纤维软骨纤维也被观察到98年]。
此外,使用BMDMSCs转导与转录因子scleraxis改善组织生物力学在2周和增强的生物力学和组织学4周后建立一个肩袖撕裂的老鼠(56]。此外,水凝胶的应用程序包含periosteum-derived msc、聚乙二醇丙烯酸,制成和BMP 2 bone-tendon接口导致组织学和生物力学的改进在4 - 8周跟进(99年]。此外,智库等。One hundred.)执行钻井大结节刺激骨髓的解放和允许细胞旅行到缝合带,类似于微裂缝技术在软骨损伤。在4和8周,SC迁移改善最大负载故障(One hundred.]。使用ADMSCs、MDMSCs tenocyte-derived SCs也一直在肌腱套模型分析了有前景的结果(101年- - - - - -103年]。此外,缝合骨膜皮瓣在年底冈下肌腱撕裂增强tendon-to-bone治疗兔肌腱套模型(104年]。
唯一应用SCs发表在肩袖撕裂人类被戈麦斯等报道。105年]。在这项研究中,作者完成修复肩袖撕裂在14个病人使用transosseous方法,提高缝合与单核SCs获得从髂骨骨髓送气音。根据临床和磁共振成像评估,所有12泪水愈合术后12个月(105年]。
PRP的影响应用肩袖修复由于变量的结果是有争议的。例如,一些报道观察临床改善大规模眼泪(106年,107年),加速愈合和减少患者术后疼痛nonmassive肩袖撕裂(108年]。同时,其他一些人则无法找到撕裂愈合率的差异后PRP的应用与控制(109年,110年]。然而,应该注意的是,许多因素可以解释这些异构的结果,如变化试剂制备、应用技术和时机,浓度(111年]。
12。监管方面的使用干细胞
在过去的几年里,有很多的兴奋关于干细胞治疗许多疾病之外的用于血液学(112年]。安全性和有效性是主要的方面被证明是来自控制临床试验(112年]。1962年,联邦食品,药品和化妆品法案,美国首次被修正,美国食品和药物管理局(FDA)要求分阶段产品开发后,进行随机对照试验(112年]。第二个突破有关立法在美国是2016年的21世纪的治疗法案(公法114 - 255),创建了指定“先进再生疗法”,以加快其监管处理(113年]。尽管这一重大突破,据我们所知,FDA只批准了来源于骨髓干细胞治疗吸入集中(BMAC),但该机构正面临许多法律漏洞完全控制自体干细胞治疗(113年]。在墨西哥,我们组在创造了第一次公开法案笔名- 260 ssa1 - 2017监管法律干细胞疗法的使用;这个公共法案仍在公众监督,但是我们的目标是在2017年底被传递。
13。结论
msc在医学上的应用相对较新,但激动人心的可能性使用这些细胞在各种疾病已经演示了。领域的整形手术,包括动物和人体实验表明,msc可以有效治疗某些疾病和一些组织的再生。msc可以从几个孤立的组织。组织工程和再生医学的目的,他们可以获得从血液骨髓动员后外周血与特定的药物,从而消除骨髓抽出物的要求。这些细胞也可以获得在外科手术,可以冷冻保存,以供将来使用。此外,msc发挥抗炎和免疫调节作用,可以分化为间充质和nonmesenchymal细胞类型。然而,使用msc仍然提出了挑战,必须克服。首先,描述、分化和扩张过程准备这些细胞必须标准化用于均匀的结果。第二,组织三维结构,这需要进一步的研究来确定理想的支架为每个应用程序基于组织的结构,生物化学,生物力学特性。第三,neotissues应该功能来代替其他受伤或病变组织。 Fourth, these neotissues should be immunologically compatible and not prone to malignancy over time. Last, treatments using MSCs must be cost effective and widely available to everyone who needs them. It is important to recognize that, instead of being a distant goal in the undefined future, the use of MSCs already comprises a realistic option for treating several musculoskeletal diseases. Thus, continued research with animals and human subjects is mandatory to evaluate the safety, efficacy, and applicability of MSCs in orthopedics and in other medical specialties. In orthopedic surgery, the use of MSCs will likely revolutionize the way physicians treat their patients.
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
作者要感谢Jorge Berebichez弗里德曼的插图和Editage (www.editage.com)英语编辑。这项工作是由收到资助的科学、技术和创新的联邦地区(SECITI 086/2013)和墨西哥Consejo Nacional de Ciencia y Tecnologia (CONACyT)批准号pdcpn - 2013 - 216779。