關節(jié)軟骨再生之組織工程

綜述內(nèi)容

Hyaline cartilage的傷害依程度不同分為：matrix disruption, partial thickness defects and full thickness defects三種；由于Hyaline cartilage不具有神經(jīng)與血管，因此當其受到損傷后無法自我修復，所以臨床上便想到用各式各樣tissue engineering的方法來促進它的再生。以下為目前主要修復關節(jié)軟骨的組織工程研究現(xiàn)況：

1.組織移植：分為自體移植及異體移植。其中自體移植在2～5年成功率為70%，而異體移植在5年內(nèi)約為95%。由于組織是取自體重負擔較輕的部位，所以其耐受力也不佳。此外，也有人利用外骨膜或軟骨膜來進行移植，但是效果不好。

2.軟骨再生：最常見的方法是打一個貫穿subchondral bone的洞，初期在關節(jié)面會形成透明軟骨，但是之后會轉(zhuǎn)變?yōu)槔w維軟骨；此外，也有人使用藥物來刺激軟骨再生，例如：growth factor和croticosteroids，但是效果不佳并會產(chǎn)生股贅及疼痛。因此，未來的研究方向在于何種藥物及施用的劑量可以促進軟骨再生。

3.細胞移植：自1968年就開始嘗試進行軟骨細胞移植，但成功率只有40%；現(xiàn)今的做法則是合併外科的手術在損傷處補上一片軟骨組織，再把細胞注射到組織下，大大提昇了成功率。軟骨細胞在體外作細胞培養(yǎng)，其增生的速度大約三週可達10~12倍，但是培養(yǎng)在平面上，會產(chǎn)生type I collagen取代type II collagen，而培養(yǎng)在3度空間則可保有細胞特性及形狀，因此現(xiàn)在利用scaffold進行培養(yǎng)與植入；scaffold分為天然聚合物及合成聚合物，天然聚合物有hyaluronic acid-base及collagen等數(shù)種材質(zhì)，在體內(nèi)皆可逐漸溶解--提供空間給新生的組織且不用再開刀取出。而合成聚合物有PGA(poly glycolic acid), PLLA(poly L-lactic acid), PLGA(poly DL-lactic co glycolic acid)，皆為poly(α-hydroxy ester)的聚合物，亦可在生物體內(nèi)水解；其中以PLLA培養(yǎng)未分化的軟骨膜細胞植入兔子股骨，約六週后就可發(fā)現(xiàn)類透明軟骨的生成；為了避免開刀，新的方式是以注射的方式將聚合物植入體內(nèi)，其中cell-fibrinogen-thrombin混合液在注射入馬體內(nèi)八個月有新的軟骨組織及type II collagen生成，而Alginate則會產(chǎn)生發(fā)炎反應。另外以PEO (poly ethylene oxide) gel培養(yǎng)胎牛軟骨細胞再注入裸鼠體內(nèi)，在12週后長出和天然胎牛軟骨細胞幾乎相似之細胞。

4.Bioreactors for chondrocyte and cartilage tissue growth：通常在實驗室所培養(yǎng)的軟骨細胞數(shù)目及組織大小不足以應付臨床所需，于是利用bioreactor大量且迅速的培養(yǎng)軟骨組織，種類大約有：spinner flask, microcarriers, perfusion culture及rotating-wall bioreactors，其中microcarriers系統(tǒng)能使細胞數(shù)目每2～3天就成倍數(shù)成長，而rotating-wall bioreactor的HARV(high aspect ratio vessel)系統(tǒng)更能培養(yǎng)足夠覆蓋關節(jié)表面的大面積軟骨組織。

由于膝關節(jié)軟骨沒有血管且是由單一細胞所組成，綜觀各方長久以來的各種實驗結果，所以我們樂觀的認為膝關節(jié)軟骨有可能是繼皮膚之后另一個可成功再生的組織。。