组织工程人工骨血管化的研究
[摘要] 组织工程是一门融汇材料科学、生物技术和生命科学的最新进展而诞生的新兴交叉学科。骨组织工程则是应用组织工程技术来构建组织工程人工骨用于临床治疗骨缺损。近年来骨组织工程的初步临床试用显示了其所蕴涵的广阔的临床应用前景。
[关键词] 组织工程；血管化；骨缺损；监测
大段长骨干缺损修复难度大，与其特定解剖部位血供来源相对薄弱有密切关系，如何在构建组织工程化骨组织的同时重建其血液供应和神经支配成为骨组织工程从基础研究向临床应用过渡的关键性问题。
1.组织工程人工骨血管化的机理
组织工程材料的血管化大体包括微观血管网的建立和宏观血循环的建立。组织工程组织有两种主要的血管化结构：外周血管芽生和干细胞血管生成。成人的外周血管芽生发生在卵巢周期和损伤修复期。最初由于内皮细胞被激活而使原存血管充血、扩张，在酶的作用下，血管基底膜被降解，内皮细胞游移至外间隙。而后长出稚芽，形成激活状态下的内皮细胞，继续增殖、塑形或消化原存细胞外基质，沉积新的细胞外基质。新生血管由于汇合、成拌而管化，周围细胞在新生血管周围形成完整的基底膜。血管生成后还要在多种生长因子和组织液的作用下进行血管重塑。
, 百拇医药
2.组织工程骨血管化的构建方法
(1)血管束植人血管束在机体环境中受到局部刺激因素作用，会有大量毛细血管侧枝长出，融合形成毛细血管网。血管束植人组织工程骨内部以后，明显缩短了再血管化的距离，进一步促进了新骨形成，但有异位创伤的问题，而且等待的时间也较长。
(2)血管蒂筋膜瓣包裹术带血管蒂筋膜包裹组织工程骨可见其表面毛细血管能从各个方向长入骨组织，这种血管化过程与炎症损伤愈合应答有关。
(3)肌肉瓣预制术肌肉血供相当丰富，在肌肉中预制组织工程骨，促进骨的血管化，不失为一种好的方法。
(4)内皮细胞及与种子细胞共培养骨脉管系统在骨发育、改造及修复过程中十分重要，成骨细胞和内皮细胞之间存在相当紧密的联系。此方法需要大量培养、扩增血管内皮细胞。细胞体外培养的要求很高，周期长，规模扩增相当困难。且成熟血管内皮细胞的成血管作用较弱。
, 百拇医药
(5)生长因子在组织工程骨血管化中的应用生长因子是血管形成中最核心的因素之一，生长因子形成复杂的网络系统调控血管的发生与形成。但直接应用的促血管生长因子在体内迅速降解为无活性的片段，其在体内的半衰期较短，达不到理想的效应浓度；如果采用首次大剂量给药，易导致局部血管瘤。
(6)转基因技术利用基因转染技术将基因整合进宿主细胞，细胞因子不仅可以维持一定时间的分泌，宿主细胞还可以自我调控。
3.组织工程人工骨血管化的检测
(1)普通X线片可以间接反映组织工程骨血管化程度及成骨能力。X线片用光密度仪做光密度测定，用光密度比值可以量化地反应出来。
(2)二维超声成像(B超)技术以其直观、简便、无创且重复性强等优点在疾病的诊断中显示出其日益重要的价值。但这种监测属于二维成像，且对毛细血管及微循环观察不满意。
, 百拇医药
(3)数字减影血管造影。这种技术仍属于有创检查，不符合组织工程骨血管化监测的无创原则。
(4)放射性核素骨显像骨显像能早期判断带蒂移植骨的成活情况，临床应用价值较高。该方法简单、无创伤、无痛苦、灵敏度高且技术成熟，但需要使用放射性药物及所成图像为二维为其最大缺点。
(5)核磁共振成像。磁共振灌注成像具有下列优点：①有多个成像参数、能提供丰富的诊断信息②无电离辐射、安全可靠③比CT更高的软组织分辨率④切层方向多⑤无骨性伪影⑥对微血管的观察较佳。
(6)血管灌注检测是一种目前常用的血管检测方法。包括墨汁灌注和血管铸型标本的制作。
4.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：
(1)在细胞因子的选择上仍没有最合适的标准，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(2)血管内皮细胞与种子细胞共培养构建的血管井不成熟，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(3)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(4)应用支架材料或种子细胞释放生长因子时，如何调整释放的周期、释放量，使其既不发生血管过度增生，又能生成功能良好的血管，这些都是待解决的问题。
, 百拇医药
综上所述，组织工程人工骨的研究有着广阔的前景，血管、神经化人工骨必将代其他类型组织化人工骨，在骨缺损修复中其具有提供营养、促进成骨细胞增殖分化、骨痂形成、骨组织骨化和维持人工骨处于体内动态生理微环境的优势，使其用于骨缺损修复治疗成为可能。
参考文献：
[1]刘勇，裴国献；周围神经因素与骨和组织工程骨.国际骨科学杂志，2006，1(27)：12-14.
[2]陈滨、裴国献：组织工程骨修复山羊负重骨大段骨缺损的长期观察.南方医科大学学报，2006，26(6)：770-773.
[3] Nakanishi T， Ohyama K， Aoki C， et al. Biochem Biophys Res Commun，I994，203
[4]李建军，傅永慧，孙鸿斌，等。基因修饰的组织工程骨联合血管束植入修复节段性骨缺损.中华创伤杂志，2006.22(9)674-678.
[5]张元平，金丹，裴国献，等。神经化组织工程骨构建的初步观察。中华创伤骨科杂志。2005，7：60-65.
[6]孟陵非，吕衍春，吕风华，等.增强MR灌注成像在骨骼良恶性肿瘤鉴别诊断中的价值.中华放射学杂志., 百拇医药(梁伟 杨占华)
[关键词] 组织工程；血管化；骨缺损；监测
大段长骨干缺损修复难度大，与其特定解剖部位血供来源相对薄弱有密切关系，如何在构建组织工程化骨组织的同时重建其血液供应和神经支配成为骨组织工程从基础研究向临床应用过渡的关键性问题。
1.组织工程人工骨血管化的机理
组织工程材料的血管化大体包括微观血管网的建立和宏观血循环的建立。组织工程组织有两种主要的血管化结构：外周血管芽生和干细胞血管生成。成人的外周血管芽生发生在卵巢周期和损伤修复期。最初由于内皮细胞被激活而使原存血管充血、扩张，在酶的作用下，血管基底膜被降解，内皮细胞游移至外间隙。而后长出稚芽，形成激活状态下的内皮细胞，继续增殖、塑形或消化原存细胞外基质，沉积新的细胞外基质。新生血管由于汇合、成拌而管化，周围细胞在新生血管周围形成完整的基底膜。血管生成后还要在多种生长因子和组织液的作用下进行血管重塑。
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2.组织工程骨血管化的构建方法
(1)血管束植人血管束在机体环境中受到局部刺激因素作用，会有大量毛细血管侧枝长出，融合形成毛细血管网。血管束植人组织工程骨内部以后，明显缩短了再血管化的距离，进一步促进了新骨形成，但有异位创伤的问题，而且等待的时间也较长。
(2)血管蒂筋膜瓣包裹术带血管蒂筋膜包裹组织工程骨可见其表面毛细血管能从各个方向长入骨组织，这种血管化过程与炎症损伤愈合应答有关。
(3)肌肉瓣预制术肌肉血供相当丰富，在肌肉中预制组织工程骨，促进骨的血管化，不失为一种好的方法。
(4)内皮细胞及与种子细胞共培养骨脉管系统在骨发育、改造及修复过程中十分重要，成骨细胞和内皮细胞之间存在相当紧密的联系。此方法需要大量培养、扩增血管内皮细胞。细胞体外培养的要求很高，周期长，规模扩增相当困难。且成熟血管内皮细胞的成血管作用较弱。
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(5)生长因子在组织工程骨血管化中的应用生长因子是血管形成中最核心的因素之一，生长因子形成复杂的网络系统调控血管的发生与形成。但直接应用的促血管生长因子在体内迅速降解为无活性的片段，其在体内的半衰期较短，达不到理想的效应浓度；如果采用首次大剂量给药，易导致局部血管瘤。
(6)转基因技术利用基因转染技术将基因整合进宿主细胞，细胞因子不仅可以维持一定时间的分泌，宿主细胞还可以自我调控。
3.组织工程人工骨血管化的检测
(1)普通X线片可以间接反映组织工程骨血管化程度及成骨能力。X线片用光密度仪做光密度测定，用光密度比值可以量化地反应出来。
(2)二维超声成像(B超)技术以其直观、简便、无创且重复性强等优点在疾病的诊断中显示出其日益重要的价值。但这种监测属于二维成像，且对毛细血管及微循环观察不满意。
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(3)数字减影血管造影。这种技术仍属于有创检查，不符合组织工程骨血管化监测的无创原则。
(4)放射性核素骨显像骨显像能早期判断带蒂移植骨的成活情况，临床应用价值较高。该方法简单、无创伤、无痛苦、灵敏度高且技术成熟，但需要使用放射性药物及所成图像为二维为其最大缺点。
(5)核磁共振成像。磁共振灌注成像具有下列优点：①有多个成像参数、能提供丰富的诊断信息②无电离辐射、安全可靠③比CT更高的软组织分辨率④切层方向多⑤无骨性伪影⑥对微血管的观察较佳。
(6)血管灌注检测是一种目前常用的血管检测方法。包括墨汁灌注和血管铸型标本的制作。
4.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：
(1)在细胞因子的选择上仍没有最合适的标准，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(2)血管内皮细胞与种子细胞共培养构建的血管井不成熟，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(3)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(4)应用支架材料或种子细胞释放生长因子时，如何调整释放的周期、释放量，使其既不发生血管过度增生，又能生成功能良好的血管，这些都是待解决的问题。
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综上所述，组织工程人工骨的研究有着广阔的前景，血管、神经化人工骨必将代其他类型组织化人工骨，在骨缺损修复中其具有提供营养、促进成骨细胞增殖分化、骨痂形成、骨组织骨化和维持人工骨处于体内动态生理微环境的优势，使其用于骨缺损修复治疗成为可能。
参考文献：
[1]刘勇，裴国献；周围神经因素与骨和组织工程骨.国际骨科学杂志，2006，1(27)：12-14.
[2]陈滨、裴国献：组织工程骨修复山羊负重骨大段骨缺损的长期观察.南方医科大学学报，2006，26(6)：770-773.
[3] Nakanishi T， Ohyama K， Aoki C， et al. Biochem Biophys Res Commun，I994，203
[4]李建军，傅永慧，孙鸿斌，等。基因修饰的组织工程骨联合血管束植入修复节段性骨缺损.中华创伤杂志，2006.22(9)674-678.
[5]张元平，金丹，裴国献，等。神经化组织工程骨构建的初步观察。中华创伤骨科杂志。2005，7：60-65.
[6]孟陵非，吕衍春，吕风华，等.增强MR灌注成像在骨骼良恶性肿瘤鉴别诊断中的价值.中华放射学杂志., 百拇医药(梁伟 杨占华)