《组织工程骨的血管化研究进展》由会员分享，可在线阅读，更多相关《组织工程骨的血管化研究进展（3页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 综述组织工程骨的血管化研究进展徐红珍 苏俭生随着骨组织工程技术的日益发展及临床患者的迫切需要，骨缺损修复的研究已经逐步从基础研究向临床研究过渡。 众 所周知，天然骨的存活和生长在很大限度上取决于周围或是自身内部的血管为其提供氧及其他必须营养物质并及时排除机体代谢产物。 由此可见，在应用组织工程技术修复骨缺损尤其是大块骨缺损的过程中，在新骨形成之前建立血管网是至关重要的。 目前，通过组织工程技术修复中、小尺寸的骨缺损已基本成熟，其血液供应问题主要靠周围毛细血管网的直接供应以及缓慢爬入到支架内部互相连接形成完整的血管网来解决。 但临床上常常需要较大尺寸的组织工程骨，毫无疑问，体积越大，结构就越复
2、杂，需要的种子细胞就越多，自然对血管化的依赖性就越大。 针对这一难点，学者们展开了大量深入的研 究。 目前有关组织工程化骨组织中血液供应的重建方式主要集中在以下方面：（）利用生长因子促进新生血管的形成；（）血管内皮细胞与种子细胞联合培养与支架形成复合物后植入体内促进血管生成；（）显微外科技术与骨组织工程联合应用促进 血管形成；（）联合基因工程技术促进血管形成。 以上四种方式在近年来骨组织工程血管化的研究中深受研究者的青睐，且 取得了很大的研究成果。 本文就这四种血供重建方式在骨组织工程血管化研究中的应用及进展作简要综述。一、利用生长因子促血管化新生血管涉及多种生长因子，主要包括血管内皮生长因子
3、（）、骨形态蛋白（）、碱性成纤维生长因子（）、转 化生长因子（唱 家族）以及缺氧诱导转录因子（）等。 它们在骨组织工程促血管化的实验研究中应用较多，且取得了较好的效果。 其他被证实有血管生成源性的细胞因子包括促血管生成素（唱 ）、肝细胞生长因子、血小板源性生长因子 （唱 ）、胰岛素样生长因子（唱 、）以及神经营养素（）等也有应用，但相对较少。 大量研究表明 较其他因子在血管再生中起着更为重要的作用，它主要是以通过促进血管内皮细胞的有丝分裂、增加血管通透性以及增进单核细胞趋化性的方式促进血管的再生。 等唱 分别应用畅 与重组人 （）在兔下颌骨缺损模型实验中，将其联合型胶原植入一侧缺损区，另侧设为
4、对照组，结果显示实验组血管密度、成骨密度均较对照组有明显增加。 家族以其独特的骨诱导活性而被广泛应用于骨组织工程，近年有研究表明 能够上调成骨细胞中的 ，并与 协同作用间接促进血管生成。 此外，、唱 家族也被联合 应用于促血管化的实验研究中，它们的促血管生成作用主要也是通过调节 的表达来实现的，前者通过与 基因的启动子（）区结合并使之激活，导致 的表达，达到促血管生成作用。 后者主要是通过 介导的细胞凋亡程序促进血管再生唱 。 而 在哺乳动物中能够依靠缺血性坏死组织中多种血管源性生长因子的产物以及对内皮细胞和骨髓来源的血管源性细胞的自主反应促进血管再生、脉管形成以及血管发生。二、血管内皮细胞应
5、用促血管化 骨脉管系统在骨发育、改造和修复过程中具有重要意义，成骨和血管化是相辅相成的，脉管系统为成骨提供必须的营养物质并及时排除代谢物质，且脉管成骨细胞与血管内皮细胞紧密相连，共同作用。 随着种子细胞、细胞因子及支架材料研究的深入和发展，应用血管内皮细胞与种子细胞联合培养与支架形成复合物后植入体内促进血管发生的方法近年来研究较多并取得了不错的效果。 等将骨髓来源的内皮细胞与成骨细胞联合培养再移植到柱状多孔聚己酸内酯共羟基磷灰石（唱 ）合成支架材料上形成复合物后植入动物缺损部位作为实验组，仅成骨细胞与支架合成以及单独支架植入缺损部位 作为对照组，结果显示利用内皮细胞预接种的支架材料实验组较其他
6、对照组有大量的毛细血管网状物和骨样物质存在，无缺 血性坏死甚至还可以改善工程化骨组织的机械性能，预示如此复合的移植物对于临床大块骨缺损修复有很大潜力。 杨志明等在骨组织工程促血管化研究中将内皮细胞与成骨细胞联合培养构建组织工程骨后植入动物体内，结果显示明显促进了组织工程骨的血管化，但此法构建的血管在体内不易长时间存活，远期效果尚需进一步研究和证实。 另外 等将人的脐静脉内皮细胞种植于三维胶原支架材料上生长形成类球体，然后将人的成骨细胞直接接种于类球体的内皮细胞团上，结 果观察到两种细胞在类球体内部形成了特殊的空间结构，且在 及 联合作用下内皮细胞可形成明显的毛细血管结构。 同时研究还发现与成骨
7、细胞共培养似乎抑制了内皮细胞形成血管的能力，具体原因及机制仍需进一步研究。 三、显微外科技术与骨组织工程联合应用促血管化选择合适的生长因子、种子细胞、支架材料促进血管再生，有利于在移植物内部建立微观血管网。 结合显微外科技术，建 立宏观血液循环，构建血管化组织工程骨，已经成为目前研究者们比较常用的血供重建方式之一。 该技术主要包括：血管束植入技术、筋膜瓣包裹术、动静脉环植入技术以及骨膜瓣、肌肉瓣植入技术。 例如 等将中空的复合骨髓基质细胞作者单位： 上海，同济大学口腔医学院修复科通讯作者： 苏俭生，： 中华临床医师杂志（电子版） 年 月第 卷第 期 （ ）， ， ， 的珊瑚陶瓷材料置于大鼠大腿
8、肌袋中，分离股动静脉将其植入支架材料的管道内，发现血管束的植入明显促进了细胞唱 材料复 合物的血管化及成骨能力。 金丹等在用筋膜瓣促组织工程骨血管化及山羊长段骨缺损的修复实验中证实采用筋膜瓣包裹方法能够显著提高组织工程骨血管化及修复长段骨缺损的能力。 迸 等将兔大隐动静脉分离出来后，在胫骨近中段制备含有动静脉的血管化骨膜瓣联合 唱 与聚乳酸共透明质酸基质植入骨缺损部位，结果经影像学及组织学观察可见有 显著的血管化原位骨组织形成，证实血管化骨膜瓣的应用不但可以显著增加成骨还能阻止异位成骨。 肌皮瓣由于其大小尺 度灵活、固定的解剖、良好的可塑性以及明确的血管化，已经成为外伤或肿瘤术后组织缺损重建的
9、首选。 爧 等利用内 镜显微外科技术制备背阔肌游离皮瓣，治疗慢性骨髓炎瘘引起的胫骨骨折，该种微创技术不仅减小了供体区并发症的发病 率，缩短了愈合时间，同时在受体区成骨、血管化方面效果良好。 近年还有研究者采用在骨传导基质中预构动静脉环再植入 缺损部位诱导轴向血管化获得很大成功， 等和 等在这方面做了很多研究和探索，并证实该技术在 骨缺损修复血运重建的问题上有很大突破和成功，很有希望在大块骨缺损修复中解决血管化问题。 另外 等利用联合 细胞、支架、生长因子以及动静脉环构建大块血管化组织工程骨皮瓣，显微外科技术植入骨缺损部位，修复效果良好，进一步 证实了该项技术应用于大块骨缺损修复的可行性。 四、
10、联合基因工程技术促血管化 随着基因工程技术的发展，组织工程与之结合，也取得了巨大的进步，骨组织工程联合基因转染技术不仅在成骨方面产 生了良好效果，在促进血管化方面也展现了巨大潜力。 基因转染技术是指利用适当的导入技术将外源基因通过特定的载体 导入靶细胞，并使其在细胞内稳定表达的分子生物学实验技术。 骨组织工程血管化研究中引用基因转染技术，将具有显著成 骨及促血管化作用的细胞因子外源基因通过病毒或非病毒载体导入种子细胞，使其在细胞的不断增殖分化过程中稳定地表 达并发挥良好的促进成骨和血管化的作用。 该方法不仅很好地解决了细胞因子自身半衰期短，注射或其他方法使用时无法 长期稳定表达刺激细胞发挥作用
11、的缺陷，而且经过国内外大量研究报道，结合基因转染技术在骨组织工程成骨及血管化研究 中已经取得了重大突破。 例如有研究者将 唱 转染骨髓基质细胞复合可降解生物支架材料用于骨缺损的血管化研究。 实 验将 只兔子随机分成四组， 组腺病毒介导 唱 转染骨髓基质细胞结合聚乳酸 聚己内酯（ ）； 组腺病毒包装 的 标志基因转染骨髓基质细胞结合 ； 组骨髓基质细胞结合 ； 组仅有 支架。 四组经手术 植入缺损部位后分别在 、 周进行 线、毛细血管墨汁灌注、组织学、透射电镜、 表达和微血管密度的检测。 结果显 示 组 周后，即能观察到叶状骨图像，新血管形成，支架孔隙内充满软骨组织，微血管周围成骨细胞功能活跃以
12、及 的 表达和微血管的数量均显著优于其他组； 周后，越来越多的新骨形成，微血管互相连接，软骨组织转变为带有骨小梁的骨质； 周后，薄层状骨变得连续，骨髓腔开通，微血管显示有序纵向排列。 相比于其他组，结果表明结合 唱 基因转染，能够上 调 的表达，间接诱导移植物血管化，增进种子细胞活力，从而加速新骨形成。 等利用转染了腺病毒编码的 的脂肪源性基质细胞（）联合内皮细胞与三维聚乳酸共乙醇酸（）支架材料复合来诱导移植物的血管 化，结果显示在生物材料内部也有显著的新生血管形成。 另外，为了追踪和证实转染干细胞的组织修复及基因治疗的效果， 近年来，一种作为标记物的绿色荧光蛋白被越来越多的学者采用，它不但能
13、够追踪转染基因在细胞内稳定持续表达及干细胞 活性变化等情况，还具有荧光蛋白基因持续表达时间长，且标记后不影响种子细胞的增殖活性等优点。 张全彬等利用重组腺病毒介导增强型绿色荧光蛋白基因转染兔骨髓间充质干细胞，结果表明，重组腺病毒载体能高效标记骨髓间充质干细胞， 而增强型绿色荧光蛋白基因持续表达时间长达 ，且标记后不影响骨髓间充质干细胞的增殖活性。 五、结语 目前对于骨组织工程血管化的研究虽然取得了一定的进展和成果，但仍存在很多的问题：（）在细胞因子的选择上仍没 有金标准，不同细胞因子对于不同种子细胞的促进成骨和血管化的作用或有不同，细胞因子联合应用效果明显优于单独应 用，具体的作用机制仍不明确
14、。 （）血管内皮细胞与种子细胞共培养构建的血管并不成熟，在体内不易长时间存活，致使移植 物在体内的长期效果尚需进一步研究和证实。 （）显微外科技术对实验者或临床工作者要求较高，需具有专业水平；另外对 研究对象尤其临床患者都存在适应证选择等问题，因而研究、应用必将受到一定的限制。 （）结合基因转染技术促进成骨与 血管化，虽然已被认为是目前骨组织工程研究的最理想方案，但要想真正解决血管化难题，仍有很多的困难需要解决，比如利 用病毒作为载体转染细胞后癌变问题、转染效率问题等。 只有很好地解决目前存在的难题，才能更好地促进血管化，才能最 终实现真正的血管化。 最后，要想实现组织工程化骨的血管化，还必须遵行以下几个原则：（）所用支架材料必须适宜血管内 皮细胞的生长，并能促进新生血管的形成，且其内部表面的结构、形貌如孔隙、孔径等必须利于外部血管的长入。 （）无论采 用何种血供重建方法，都必须要有促血管生成因子的存在，因其不仅可以促进血管内皮细胞的生长和新生血管的形成，还可 以诱导外周的内皮细胞前体转移到移植区，进一步促进血管化的进程。 （）必须密切关注并控制血管新生的过程，避免血管 的过度增生，进而形成良好的血管化组织工程骨。 总之，要实现较大尺寸、更为复杂的血管化组织工程骨的构建，真正实现远 期血管化，还需要大量艰苦卓绝的探索与研究，
