生物支架材料及间充质干细胞在骨组织工程中的研究与应用

胡伟，赵军华，苏达明，刘明明

（荆州市第三人民医院 骨科，湖北 荆州 434000）

现代医学研究表示，因为创伤、感染或骨折术后骨不连等不良原因所导致的骨缺损现象，在临床上的治疗是非常困难的，且该种情况所需要的治疗时间相对更长，在手术后也易出现较多并发症，且并发症的发病率相对较高，严重的还有可能造成患者残疾。随着现代医学水平的不断提高，骨组织工程得到了飞跃性的发展，骨组织工程的实现为临床治疗骨缺损患者带来了极大的帮助［1］。当前骨组织工程的治疗方法大致可以分为两种，一种是自体骨治疗，另一种则是人工骨治疗。自体骨的局限性主要在于当患者受到大段缺损的情况则难以治疗，而其优点是不会发生排斥反应；人工骨对治疗大段缺损情况具有更强的优势，但其发生机体排斥反应的概率则相对更高［2］。本文就生物支架材料及间充质干细胞在骨组织工程中的研究以及应用进行分析讨论，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

从中国知网数据库以及PubMed 数据库共检索到相关文献50 余篇，中文文献43 篇，英文文献9 篇，筛除后纳入7 篇重点参考文献。文献纳入标准：①与骨组织工程相关；②生物支架材料相关；③间充质干细胞相关。文献排除标准：存在重复性研究以及Meta 分析的文献。

1.2 方法

使用计算机从中国知网数据库以及PubMed 数据库检索2015 年12 月至2020 年1 月与生物支架材料及间充质干细胞在骨组织工程的相关文献，检索关键词以“骨组织工程、生物支架材料、间充质干细胞”为主，英文检索词为“bone tissue engineering,biomaterials,mesenchymal stem cells”。

1.3 分析指标

根据检索到的7 篇重点参考文献，将其进行分类划分，以生物支架材料、间充质干细胞以及骨组织工程为划分标准，分为三组，以时间最近研究文献为主要研究应用进展进行分析。

2 结果

2.1 生物支架材料

研究分析的结果显示，当前应用于临床的生物支架材料可划分为两种，一种是人工合成支架材料，另一种是天然支架材料。

人工合成支架材料又可分为：①人工合成有机支架材料。该种支架材料包含的种类多且复杂，但文献中显示大部分临床应用的人工合成支架材料是由有机高分子化合物组成。总结归纳人工合成支架材料的优缺点在于，其机械性非常好，拥有较高的拉伸度，能够根据实际情况进行实际应用，并且具有良好的生物降解性能，绿色环保；但是其亲水性相对低下，降解后所产生的物质存在较强的酸性，造成患者炎症的概率较高。②人工合成无机支架材料。该材料可在自然界骨无机盐中提取得到，与天然骨的无机盐相似度较高，一般与其他材料被制作成复合支架材料使用。

天然生物支架，又可分为胶原、壳聚糖、明胶与丝素蛋白。①胶原。划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ型五种规格，文献中涉及最多的为Ⅰ型，具有无毒、生物相容性好的特点。②壳聚糖。该材料在医学领域已经得到了广泛应用，其生物相容性较强，无致癌性，能够作为生长因子的载体，但骨传导性能差。③明胶。该材料加工操作较为简单，且经济实用，但其降解速度相对较快，因此一般作为复合材料应用在支架当中。④丝素蛋白。该材料的主要成分为蚕丝，文献中显示该材料应用广泛，如三维支架及无纺网等，其抗拉性较高。

2.2 间充质干细胞

相关文献的分析结果显示，间充质干细胞增殖与分化问题、与生物支架材料结合研究、与细胞因子结合研究是近些年间充质干细胞的主要存在问题［3］。①间充质干细胞增殖、分化。在骨组织工程当中，骨细胞在体外的扩增是当前阶段面临的一项难题，间充质干细胞因为具有较好的增殖分化能力，因此临床上目前将其应用为种子细胞的案例较多。②间充质干细胞与生物支架材料复合物的研究。文献显示，当前科研界对该方面的研究较为广泛，间充质干细胞与生物支架材料结合所产生的复合物得到了广泛的认可，在一定程度上能代替自体骨治疗骨缺损病症。③间充质干细胞与细胞因子结合的研究。间充质干细胞在临床上多被用为种子细胞，同时，其除了有较强的增值分化能力，还有良好的外源性基因表达以及导入能力，当前领域还将其作为基因载体导入到相关的缺损骨组织当中进行治疗。

3 讨论

目前，越来越多的学者对生物支架材料及间充质干细胞在骨组织工程中的应用进行研究，并且人们也在不断对相关领域进行探索。有文献指出，当前阶段想要得到良好的支架材料应当满足相应的条件［4］，比如该材料应当无毒无致畸性。随着生活的发展，人们对绿色健康的关注度越来越高，对医学技术而言也是如此，对人体没有毒性，不会造成人体细胞出现变性的情况成为支架材料需要满足的条件之一。其次，所应用的支架材料应当具备较高的高孔隙率，相关研究文献指出，孔隙率应当达到95%以上才能满足需求，在这种情况下，代谢废物的排除效率更高，能够保障细胞的增值生长［5］。除此之外，该材料还应当具备生物相容性良好、生物降解性、机械度强以及可塑性高等特点，存在较强的机械性能够提高材料的稳定性，保障骨组织工程的质量。

文献中指出，目前能够获得间充质干细胞的渠道有很多，并且间充质干细胞还具有增殖强、分化良好的特点，在的发展的过程中势必是一种极好的种子细胞［6］。研究表示，该细胞在体外能够分裂达30 多次，经培养后能够生殖15 代，该细胞是目前及未来研究发展的重点关注对象之一。骨缺损的修复过程中，骨再生之前会发生血管再生，因此对生长因子的要求极为重要，其发挥的作用非常大。随着骨组织工程以及科学的不断发展，智能材料、纳米材料等目前也加入到了骨组织工程研究的行列当中，研究资料显示，目前我国在该方面的研究已经取得了良好的成绩，为今后的发展指明了研究方向［7］。

骨组织工程在发展的同时，也受到了较多的限制问题，间充质干细胞-3D 支架等符合材料仍然处于发展、研究阶段，在材料构建方面仍然有较大的发展空间。资料显示，当前所存在的困难问题大致有支架材料降解性能差、不容易被控制，与人体自燃骨组织容易发生排斥反应，体外培养间充质干细胞需要较多的工作量等，这些都对临床骨组织工程的应用造成了阻碍。

综上所述，骨组织工程主要是针对缺损面积小的患者应用实施，但是目前阶段随着纳米技术、仿生技术的不断发展和大量的学者研究实验以及大量临床应用间充质干细胞-生物支架材料复合物，骨组织工程一定能够得到更为明显的发展。