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间充质干细胞治疗骨关节炎的研究进展
作者:张旭丰哲李富涛陈禺崔真伟
来源:《风湿病与关节炎》2020年第11期
【摘要】骨关节炎是以关节疼痛、僵直畸形及功能障碍为主要临床表现的疾病,关节软
骨退变及损伤是其最根本的病变。目前,骨关节炎临床治疗效果并不理想,手术治疗具有高风
险、高费用及术后并发症等一系列问题,大部分保守治疗只能缓解症状。随着医疗水平不断提
高,通过干细胞及细胞因子修复受损软骨是目前治疗骨关节炎的一种新思路,故对近年来间充
质干细胞治疗骨关节炎的研究进行综述。
【关键词】骨关节炎;软骨细胞;软骨修复;间充质干细胞;研究进展;综述
骨关节炎(osteoarthritis,OA)作为一种最常见的骨关节疾病,已成为医学领域面临的一
大难题,现有的临床治疗效果并不理想,只能起到缓解病情的作用。随着骨组织工程和软骨再
生医学领域的迅速发展,利用干细胞及细胞因子已逐渐成为治疗OA的一种新方法。其中,间
充质干细胞(MSC)以其来源广泛、获取创伤小、繁殖能力强、具有良好的软骨分化潜能等优
势,已成为治疗OA的重点研究细胞,有望在OA的治疗中发挥重要作用。本文主要介绍基于
MSC的软骨修复作用治疗OA的研究现状及应用前景。
1OA与软骨修复
是以软骨退OA行性变、消失,以及关节边缘韧带附着处和软骨下骨反应性增生形成骨
赘,并由此引起关节疼痛、僵直畸形和功能障碍为主要病理改变的慢性骨关节疾病,又称退行
性关节炎、增生性关节炎、肥大性关节炎等。目前,OA的发病机制尚未完全阐明,相关研究
显示,老龄化、体质量指数(BMI指数)超常、持续劳损、关节创伤、畸形、遗传因素、细胞
因子异常、关节内微环境异常、生物力学改变等因素都与OA的发病密切相关[1]。关节软骨退
变及损伤是其最根本的病变。关节软骨是构成关节表面的主要部分,具有承受重力、缓冲压力
及润滑关节等作用。软骨被破坏后,两骨端直接接触,反复摩擦产生炎症,软骨下骨及滑膜也
随之改变[2]。由关节磨损或创伤引起的关节软骨缺损,根据是否延伸至软骨下骨可分为部分
或全部厚度损伤[3],这些缺损会导致软骨阐明退化,最终形成OA,导致患者关节剧烈疼痛、
畸形、活动障碍,甚至残疾,生存质量严重下降。随着社会年龄组成结构改变[4],OA的发病
率逐渐上升,全世界有超过2.5亿人受到影响,药物及住院治疗费用的增加,也给整个社会带
来了沉重的经济负担[5],本病已成为医疗系统所面临的严峻问题,和心脑血管疾病、癌症并
称为威胁人类健康的“三大杀手”。
研究发现,OA的演变与软骨细胞对生长因子的不良反应、关节软骨的生物力学特性改
变、线粒体功能障碍、氧化应激和炎症等因素有关[6]。软骨主要是由细胞外基质(ECM)中
的软骨细胞分化形成,随着人体衰老及关节磨损,软骨细胞数量的减少会影响ECM蛋白的产
生。由于软骨的无血管性质,自我修复能力有限[7],当前的软骨修复方法包括保守疗法和手
术疗法。保守疗法包括关节内注射皮质类固醇、透明质酸以及口服硫酸软骨素等[8-9],但是这
些治疗大部分只能缓解疼痛,并且缺乏明确有效治疗OA的证据[10]。手术疗法包括关节镜手
术(微骨折和微钻孔)、骨软骨移植和自体软骨细胞植入(ACI/ACIC)[11]等,这些技术旨在
通过促进血管浸润,纤维蛋白凝块形成和干细胞募集促进软骨再生,在OA治疗中具有一定软
骨修复作用[12]。但是,同时可能形成缺乏耐用性的机械性软骨[13],移植物(如软骨膜和骨
膜)钙化或退化,移植物与受区软骨附着性差和移植物丢失率高,供区继发组织缺损[14],膨
胀的软骨细胞可能发生去分化从而产生低质量的软骨[15],在晚期造成更严重的OA。随着细
胞再生医学及软骨修复在OA治疗中的優势效果和问题的出现,基于MSC的软骨修复或许可
以为OA提供一条新的治疗研究思路。
2MSC治疗OA的应用现状
2.1MSC的来源及特点MSC是中胚层衍生的非造血细胞,可以轻松地从骨髓、脂肪组
织、脐带血等中分离出来,并在体外扩增以获得大量的细胞用于软骨修复治疗[16],通过密度
梯度离心法和酶消化、荧光或磁性激活的细胞分选,以及其他基于抗体的高度自动化选择性系
统获得纯净MSC细胞并去除非贴壁细胞[17](主要是造血干细胞)。主流MSC细胞扩增系统
包括静态平面系统[18]与动态系统,静态平面系统中的T型烧瓶、多层烧瓶培养方式转移
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