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生物医学工程导论课程论文 (2012 -2013学年第2学期) 姓名: 学号: 学院: 年级专业: 任课教师:陈晓峰 提交日期: 成绩评定:  骨组织工程的研究现状和发展趋势 摘要：由于各种原因造成的骨损伤折磨着众多的患者。组织工程的概念提出，为骨损伤的修复带来了希望。本文就骨组织工程中的种子细胞、支架材料和生长因子三个要素的研究情况作了简要叙述，并分析了现存问题和发展方向。 关键词：骨组织工程， 种子细胞，支架材料，生长因子 前言 在世界范围内，由于创伤，肿瘤和感染等原因造成的骨缺损每年都在折磨着众多的患者。自19世纪以来，人们一直采用骨移植术，通过植入自体骨，异体骨和人工骨替代材料来修复大范围骨缺损。然而这些材料都各自存在着不可忽视的缺陷。如自体骨来源有限，异体骨有排异反应，人工骨替代材料可能与宿主骨的力学性能不匹配，以及使用寿命等方面的问题，导致它难以达到令人满意的骨修复效果。骨组织工程在这种背景下应运而生，给骨修复带来新的期盼。 1993年，Langer和Vacanti在Science上首次发表了题为“Tissue Engineering”[1]的论文，并提出了组织工程的基本含义：应用工程学和生命科学的基本原理和技术，在体外构建具有生物功能的人工替代物，用于修复组织缺损，替代失去功能或衰竭的组织、器官的部分或全部功能。而骨组织工程就是利用细胞生物学和工程学原理，研究开发修复和改善损伤骨组织形态和功能的生物替代物的一门科学。[2]最近几年骨组织工程发展很快，取得了很多令人振奋的研究成果。组织工程含有种子细胞，支架材料和生长因子三要素。本文将从这三面对骨组织工程的研究现状做个简要的综述。 骨组织工程的种子细胞 种子细胞是在一定条件下，在体外培养能增殖发育成为特定的细胞、组织或器官并能够完全替代机体缺失区功能的细胞。对骨组织工程而言，理想的种子细胞应该具有以下特点：（1）容易获取，对机体的损伤小；（2）有较强的体外增殖能力；（3）易定向分化为成骨细胞，且成骨细胞的表型不易丢失；（4）植入体内后能很好地适应受区生理、病理和应力等环境并保持成骨活性，远期效果好；（5）生物毒性低，无免疫排斥反应。[3-4]当前研究的骨组织工程种子细胞主要有以下几个来源： 2.1 成骨细胞 成骨细胞是骨形成的主要功能细胞，负责骨基质的合成、分泌和矿化。作为成骨的直接细胞，是骨组织工程经典的种子细胞来源。2005年，Kim WS 等[5]采用成骨细胞-PGA复合物修复裸鼠颅骨2cm×2cm缺损，由于单纯 PGA 材料和旷置的缺损均未见新骨生成，而成骨细胞-PGA 复合物最终形成骨组织修复，这提示了利用成骨细胞可以修复骨缺损。2010年，徐杨俊等从头骨、骨髓、骨膜及骨组织的研究表明，成骨细胞具有良好的生物学特性，可以建立骨组织不同的环境，联合支架材料，植入体内修复骨缺损[6]。但是成骨细胞的增殖能力弱、不易获取、且对供区造成很大程度的损害等缺陷限制了其成为骨组织工程种子细胞的可能[7]。 2.2 骨髓间充质干细胞 骨髓来源的间充质干细胞( BMSCs)属于中胚层细胞系统，具有多项分化的潜能。目前的观点认为，BMSCs 可分为两种细胞系，一种是定向的前体干细胞系，只能被定向诱导为相应的组织细胞，另一种是具有多向分化潜能的干细胞系，其分化方向可因体外诱导条件和体内微环境的不同可分化为不同的组织[8]，如为骨、脂肪、软骨等多种组织，甚至还可以分化为造血干细胞[9-10]，外胚层器官的神经细胞和内胚层的肝细胞[11-12]。 BMSCs作为骨组织工程种子细胞在细胞不均一性上有其优势，通过在 BMSCs中加入特异性成骨诱导因子，如β-磷酸甘油、维生素C和维生素D等，就可以将BMSCs中的大多数细胞，包括定向前体干细胞和非定向前体干细胞诱导成为具有成骨功能的细胞。2003年，Wang M等[13]将在体外做成骨诱导的 BMSCs与海藻酸钙明胶复合，修复犬的下颌前磨牙齿槽骨缺损，12周后，实验组牙槽嵴再生高度达原高度的48.59%。而对照组骨缺损中单纯植入支架材料或者不予以治疗，其牙槽嵴仅修复原高度的19.74%和15.76%。另外，利用 BMSCs 和不同的材料复合修复山羊股骨、犬下颌骨的骨缺损，均得到满意的结果[14-15]。更为重要的是，Gomes ME等[16]将 BMSCs与多空隙三维支架在动态反应器上共培养，能增强其在体外的成骨诱导活性。 有研究认为某些生物活性因子如粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子和白细胞介素-4 在BMSCs增殖分化过程中可能会促使其分化成恶性细胞，给治疗带来一定的危险，这需要对这些生物活性因子进行大量研究明确致瘤性机理并能对其致瘤性进行防范，以消除其安全性顾虑[17]。近年来大量研究发现来源于年轻个体的 BMSCs作为骨种子细胞