干细胞及其相关技术的发展和应用为骨科疾病的防治带来了新的机遇。干细胞在临床骨损伤治疗中的应用前景极为广阔,特别是在骨折、骨不连和股骨头坏死方面显示出巨大的潜力。但临床干细胞治疗的推广还面临着诸多难题,缺乏相应的标准。本文对干细胞治疗骨损伤的临床研究进行回顾,从骨损伤种类分型、细胞种类数量、临床疗效等方面进行综述,以期为干细胞临床治疗骨损伤提供参考。
从年至今,我国骨损伤患者的人数不断攀升,骨损伤治疗是通过重建来恢复运动系统的正常结构,但仅靠手术和自身的修复能力达不到要求。为解决生命科学中的组织再生问题,细胞治疗应运而生。间充质干细胞(mesenchymalstemcells,MSCs)是最早发现且是最早批准临床应用的细胞类型,应用范围广泛[1]。MSCs通过直接和间接两种方式发挥治疗作用:直接方式包括归巢、促进外源细胞植入、定向分化与多向分化等;间接方式包括双向免疫调节、激活内源干细胞、造血支持及促进血管再生、抗氧化应激、抗凋亡、抗衰老、抗瘢痕等。干细胞治疗骨损伤已有大量体外实验获得成功,为临床转化提供了有效依据并取得了一些成果。再生医学对骨科发展至关重要,本文将干细胞治疗骨损伤的临床研究综述如下。
一、骨缺损创伤、肿瘤等原因造成的骨缺损在临床上很常见,巨大骨缺损往往难以修复。多项临床前对照研究结果已证实干细胞治疗骨缺损的安全性和有效性,且主要通过2种途径:①损伤部位直接注入干细胞;②干细胞和支架材料复合移植。已有多位科学家开展了相关临床试验:Lendeckel等[2]最先报道了自体脂肪间充质干细胞(adiposederivedmesenchymalstemcells,ADSCs)治疗7岁女童外伤性颅骨缺损,用纤维蛋白胶结合自体ADSCs和松质骨粒后移植,术后3个月CT显示新骨形成、颅骨连续性接近完整;Thesleff等[3]将自体1×个ADSCs与β-磷酸三钙(β-Tricalciumphosphate,β-TCP)复合后移植治疗4例颅骨严重缺损患者,骨缺损得到成功修复。年,Kaigler等[4]抽取患者髂骨骨髓50~70mL,分离纯化后获得富含CD90+和CD14+骨髓单个核细胞(bonemarrowmononuclearcells,BMNCs)复合到β-TCP上用于重建上颌窦骨缺损。随访1年发现,接受干细胞治疗的患者骨密度更高,具有良好的修复效果。年,Bajestan等[5]从患者髂骨抽取骨髓30~50mL,分离纯化后,将自体BMNCs负载到β-TCP支架上治疗有腭裂或颅面外伤病史患者的大型牙槽骨缺损,结果提示干细胞治疗颅面外伤病患者的大型牙槽骨缺损是安全、稳定、有效的,但它们完全重建腭裂的大牙槽骨缺损的能力有限,还需要进一步优化治疗方案。
干细胞治疗骨缺损的临床前研究成果颇丰,在机体及分子水平都证实了干细胞具有促进大段骨缺损(颅骨、股骨、胫骨、桡骨等)修复的作用,但其临床研究还只限于颅骨和颌面骨缺损上,其他部位未见报道。目前临床大段骨缺损修复在骨科领域仍是重大挑战,其"金标准"是带血管的骨移植、Ilizarov技术和Masquelet技术,期待理想的富含生物活性物质的生物3D打印植入物的研发和临床应用。
二、骨折骨折是骨科最常见的疾病之一,愈合过程需要6~12周,多种原因可导致骨折愈合缓慢及骨不连的发生,有致残风险。临床常规骨折治疗方法对很多患者的治疗效果不尽如人意,干细胞治疗为其带来新的希望。临床骨折应用干细胞治疗常见于四肢骨[6,7,8,9,10,11,12,13,14],包括股骨、胫骨、腓骨、肱骨、尺骨、桡骨。自体来源的细胞治疗四肢骨骨折较为常见[6,7,8,9,10],包括自体骨髓及其骨髓浓缩物[6,7,8](bonemarrowaspirateconcentrate,BMAC)、自体BMNCs[9]、骨髓间充质干细胞[10](bonemarrowmesenchymalstemcells,BMSCs),异体来源较少,包括异体脐带间充质干细胞[11](umbilicalcordmesenchymalstemcells,UMSCs),异体BMSCs[12];细胞的植入方式均为直接注射到损伤部位,注射细胞数量范围在~之间。虽然细胞类型有所差异,但随着长骨骨折患者随访3个月至5年的研究发现,骨折愈合时间明显缩短,骨折部位受力好转,疼痛评分均有所下降,且骨折愈合优良率均在85%以上。除四肢长骨骨折之外,干细胞还被应用于椎体骨折的治疗[13,14]。干细胞治疗椎体骨折的细胞来源均为自体骨髓:BMAC(15mL)[13]及BMSCs(2×)[14],治疗后随访结果显示所有患者椎体高度均基本恢复正常,腰部疼痛评分均有所下降,骨折愈合时间明显缩短。
干细胞移植治疗骨折的临床研究表明干细胞可以促进骨折愈合,降低术后骨折延迟愈合和骨不连等并发症的发生率,其中骨髓及骨髓来源细胞治疗骨折的安全性和有效性得到了初步验证。但各自有优缺点:自体骨髓抽取操作简便,无伦理排斥问题,含有骨再生所需的多种生长因子,但干细胞浓度低,成骨作用会受到一定影响。将自体骨髓进行浓缩(骨髓浓缩物和BMNCs)后再注入骨折处,大大提高其成骨作用,Connolly等[15]经过动物实验得出骨髓成骨能力和骨髓细胞浓度正相关,临床研究也证实干细胞浓度控制在/cm3以上是很有必要的。BMSCs因其强大的自我增殖能力和独特的多向分化潜能包括成骨、成软骨、成肌腱分化等,可分泌生长因子促血管形成和免疫调控能力,在骨再生领域具有良好的临床前景。目前,现有的干细胞治疗骨折的双盲对照试验研究