2024间充质干细胞在膝OA及软骨损伤修复（全文）.docx

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1、2024间充质干细胞在膝OA及软骨损伤修复（全文）关节软骨损伤、骨关节炎（OA）的治疗一直是骨科领域的难点和热点。近年来，随着运动理念的推崇和社会老年化的进程加快，关节软骨损伤和OA的发病率明显增高。由于关节软骨有限的自愈加力，随着病情进展，最终发展为OA,需进行人工关节置换以改善关节功能。OA发病患者基数增K较快，截至2020年已成为全球第四大致死或致残的重大疾病。因此，关节软骨损伤后，及时治疗促进软骨修身与再生，对阻止OA的发生至关重要。间充质干细胞（MSCs）具有多向分化潜能，营养和免疫调节作用，在软骨损伤、OA方面，MSCS实现了从基础研究逐步走向临床治疗。本文聚焦在临床中MSCS移植

2、治疗关节软骨损伤、OA的临床研究内容，分别从其治疗理论依据，MSCS的来源及其特点，应用方案和治疗效果，以及面临的困境和未来需要突破的难点等方面进行总结论述，并进行深入探讨。一、MSCS治疗OA的依据，细胞来源和特性（一）MSCs具有分化成软骨细胞，控制炎症和免疫调节作用在一定条件F,MSCS能够被诱导分化成软骨细胞实现软骨再生，如添加转化生长因子（TGF）书3、骨形态发生蛋白（BMP）等软骨分化诱导因子，低氧环境、三维立体（支架或微载体）。MSCs也可分泌大51细胞因子或生长因子，通过旁分泌作用于软骨细胞促进细胞增殖，并分泌更多软骨细胞外基质。MSCS具有炎症或免疫调节作用，有研究发现，关节

3、腔内注射骨制MSCS(BMSCs)治疗OA,膝关节内炎性细胞和白细胞介素(I1.)-12水平明显更低，这与MSCs分泌些生长因子或细胞因子发挥炎症或免疫调节作用密切相关，如干扰素Y(IFN-)I1.-10.肝细胞生长因子(HGF)、前列腺素E2(PGE2)、TGF-B1、一条化氮等，通过这些因子缓解局部炎症反应，维持微环境稳态，从而达到缓解疼痛等症状的Il的。(二)MSCs来源丰富用于治疗OA的MSCs来源丰富,按组织来源可分为BMSCS、脂肪MSCs(ADMSCs)滑膜MSCS(SMSCs).外周血MSCS(PBMSCs)以及脐带MSCS(UCMSCs)和胎盘MSCS(PMSCs)等。根据是

4、否为同种异体来源，乂分为自体或同种异体MSCs。临床中用于治疗软骨损伤或OA的MSCS以自体细胞为主，多为骨髓血和腑肪组织来源，少量报道来自同种异体骨愉血、脂肪组织或用产期组织。不同组织来源的MSCs具有各自的优缺点。自体MSCs不会带来疾病传播的风险，患者接受程度好，安全性好。但是，获取比较麻烦，从分离到获取治疗血的MSCS用时较K(约20d),供体损伤，旦细胞的活性可能受到健康状态及年龄的影响。研究认为，MSCS的特性和再生潜能会受到心血管疾病的影响，体外多次传代扩增后，细胞的代谢、分化和分泌功能会发生改变。由于MSCs低表达H1.A-I型抗原，不表达H1.A-U型抗原，具有免疫源逃避的能

5、力，同种异体MSCS多为商业化产品，随用随取，使用方便、经济。尽管MSCS免疫原件更低，但并不具彳T免疫豁免能力。一项研究发现，在马的关节腔内注射等量的自体和同种异体BMSCs,第一次临床治疗效果无明显差异，而在第二次注射时出现了明显的不良反应和严重的炎症反应。对于不同组织来源的MSCs也各具特点。骨能来源MSCs是临床中较常见的细胞来源，但对有血液系统或骨偏疾病的患者是不适合的，且常需要多个穿刺点方可获取足屈骨髓血，否则会混合较多的外冏血，导致获取效率下降。脂肪来源MSCs具有脂肪组织来源丰富，单次可获取足量MSCs,同样供区也会带来新的损伤或不良并发症，如伤口感染等。滑膜蛆织来源自体MSC

6、s被证实具有很好的软骨再生潜能且不易分化成骨。外周血中提取MSCS比较方便，获取部位损伤小，但是MSCS获取率低。的产期组织，如胎盘、羊膜或脐带，来源丰富，为产后废弃组织，为临床提供很好的MSCS资源，也被认为较成体组织更年轻，分离的MSCS具有更高的活性和多项分化潜能。但是，目前尚未建立个人围产期组织库，临床中围产期组织来源细胞均为同种异体细胞，具有潜在的疾病传播风险。因此，细胞的来源选择除了考虑细胞自身特性外，还需根据患者的健康状况综合考虑，进行个体化权衡。对于年轻患者，无其他基础疾病，自体来源的原代MSCS可能是更好的选择。对于老年患者，且合并有心血管或其他系统疾病，应用同种异体MSCs

7、,可以减少对患者自身带来的损害，同时规避自身来源干细胞生物学特性不佳的顾虑。合并有血液系统疾病的患者，不宜从骨愉或外周血中提取MSCs0至于，不同组织来源的MSCs在治疗软件损伤或OA的潜能缺乏全面系统的比较，很难判断优劣，制要进一步研究证实。二、MSCs在治疗关节软骨损伤或OA的临床研究设计（一）临床研究设计类型及样本特征关于MSCs治疗软骨损伤或OA的临床研究多以随机对照设计为主，还涉及队列研究或回顾性研究等，遍布全球近20个国家，其中以来自美国、意大利、韩国、中国的文章居多，其中美国开展较早。纳入样本量多为15-50例，50例以上研究约占29%,患者年龄平均在50岁左右（1880岁），无

8、未成年人参与。患者不宜过胖，体质指数（BMl）约25kgm2,不超过35kgm2。膝关节病损情况以轻中度为主，以Kellgren1.awrence（K-1.）UUI级患者为主，少量纳入K-1.IV级OA患者。（二）MSCs的临床干预方案1.细胞剂肽和频次：主要以混悬液注射到关节腔内。单次注射为主，仅4项临床研究在2个时间点分别注射。MSCS的混悬剂以生理盐水、磷酸盐缓冲溶液或细胞培养基为主C单次注射细胞剂量多数为(20-50)W6,低至3.4X104个原代自体细胞，高达400X106个扩增细胞，悬液一般在5ml,最多不超过Iom1.对于MSCS的单次注射剂3或注射次数对治疗效果是否亦明显依赖关

9、系，不同研究结果不一。有研究认为，治疗效果与细胞数让的增多无明显相关性，甚至高浓度的细胞悬液会引起更多的不良反应，如关节肿痛。在两项应用同种异体BMSCS的研究中，均为低剂量蛆(分别为25X106和50X106)获得更好的痛痛缓解和软骨修复,且高剂量组(150X106)发生更多的不良反应。在两项应用同种异体ADMSCS的研究中，低剂量组(分别3.9X106和IoXIO6)获得更好的疼痛和关节.功能改善。而在自体MSCs的研究中获得的结果型异更大。在6项研究中2项得出高剂成组(分别为自体BMSCs400106和Admscs100X106)获得更好的疼痛短解和软骨修复，项研究得出低剂盘组(ADMS

10、CS2X106)观察到明显的疼痛缓解和功能改善，1项研究在中等剂量组(ADMSCS20X106)观察到最好的软骨修复和膝关节的功能改善，另外2项研究发现，高剂设和低剂猿蛆均获得很好的膝关节功能评分，如自体血管基质组分剂墙为15X106和30X106的治疗效果无明显差异，自体BMSCS剂豉为IOXlo6和100Xlo6在12个月随访时，高剂量组影像学改善更明显，在4年随访时低剂刑组疼痛缓解更佳。可见，对于同种异体MSCS来说，低剂所可获得更好的临床治疗效果，高剂肝的异体细胞可能带来更多不良反应.对于自体MSCS来说最佳剂贷差异较大，影响这些结果的原因可能是多方面的，包括细胞的组织来源不同，制备处

11、理工艺不统还有患者自身基础健康状况等C2 .细胞注射部位：除了关节腔内注射，也有学者进行软骨尸骨注射。一项研究将骨幅浓聚成分(MSCs、骨愉造血干细胞和细胞因子、生长因子等)注射在膝关节软竹下竹位置，与关节腔内注射相比，其能够很好地修豆软骨下骨微损伤,随访15年,软骨下骨组全膝关节置换率更低(20%比70%),较对照组平均延迟】0年进行全膝关节盥换术。另项将PBMSCS联合透明质酸(HA)进行软骨下骨注射治疗膝关节股骨牌软骨损伤，随访24个月，获得更明显的临床症状缓解和影像学改善。如果关节腔内注射MSCs能够不同程度地修旦损伤的软骨，软骨下骨注射是对损伤的软骨下骨进行修复,可见关节软骨或软骨卜

12、.骨的修复均能一定程度上缓解OA临床症状，延迟关节置换时间。3 .附加干预措施：除了关节腔内注射MSCs,根据患者具体病情会相应增加针对性的干顼措施,如关节腔注射MSCS前，应用关节镜进行关节腔清理，韧带重建或修复治疗膝关节韧带损伤，胫骨高位或骨纠正关节外畸形，半月板成型或缝合术治疗半月板损伤，软骨损伤处行微骨折处理。有研究将MSCs与HA或富血小板血浆(PRP)混合后进行关节腔注射，结果发现MSCs联合其他成分较单独治疗获得更好的治疗效果。4 .术后康复措施：关节腔注射MSCS的治疗当天限制活动，以后可进行正常日常活动。但避免过度或剧烈的负重活动，以避免修复软骨的进一步损害。关节的非负重活动

13、可促进软骨组织内部营养物质的交换，促进细胞的代谢活动，有利于软骨的修身。若联合其他外科操作，如韧带重建、微骨折术及高位胫骨截骨等，需要根据具体操作调整康复计划，通常术后4-6周内行非负重等张股四头肌肌力和活动范围训练，46周后开始部分负重和本体感觉训练，以后逐渐恢复全部负重和基本生活。三、临床疗效评价（一）随访时间及评价工具临床随访多在术后12年结束随访，仅少用研究随访至5年以上。数据内容包括功能评分和影像学检杳，个别研究包含二次关节镜探查或组织学染色。具体内容包括：疼痛评分、1.yShOlm评分、Tegner运动评分、国际膝关节文献委员会（IKDC）评分、健康状况调杳简表（SF-36）、膝关

14、节损伤与骨关节炎评分（KOOS）、卜.肢功能量表（1.EFS）评分和WOMAC评分，以及X线、MRI检杳和关节镜探杳取材活检等。（二）临床疗效1.临床症状有效缓解：从现力.的临床研究证据可见，与口服NSAlD类非密体抗炎药，关节腔注射糖皮质激素，生理盐水，HA,或PRP相比，关节腔内注射MSCS能够很好地减轻关节疼痛，改善关节活动度，提高患者生活质量。2.损伤软骨的修复与再生证据不足：对于MSCS到达关节腔内能否实现软骨修曳或再生的证据不足。在纳入的60项临床研究中，只有不到1/3的研究随访中观察到软骨损伤处有明显的组织填充或软骨生成CKUrOda等将自体BMSCS与胶原水凝胶混合后移植在1位

15、运动员的内例股骨解全层软件缺损处,术后7个月关节镜观察及组织学染色可见透明样软骨再生。Jo等58纳入18例患者行关节腔内注射自体ADMSCs,术后半年行关节镜二次探查和组织学染色，发现高剂量组（1X108）软骨缺损处部分被透明样软骨填充。Koh等报道，将ADMSCS联合微骨折术治疗膝关节软骨缺损，2年后行关节镜和组织学染色发现软骨缺损处有较好的修复，组织学染色评分更优,Park等将同种异体UCMSCs与HA混合关节腔注射治疗K-1.In级OA患者，术后1年组织学观察叮见透明样软骨生成。Kim等通过胫骨高位截骨（HTO）术联合关节腔注射自体ADMSCS治疗OA,术后2年关节镜检查发现获得明显的软

16、骨再生。关节腔注射MSCs是否能够获得软骨的修复与再生是个很重要的问题，需要更多客观严谨的评价手段。二次关节镜探杳和（或）组织学染色能够提供很好的证据，但是迫于临床研究伦理问题，这方面的证据稀缺，这些研究多联合其他治疗手段联合干预，很难定地MSCs在软骨修复与再生方面做出多大贡献。MRI技术检测简单无创，患者接受度高，但是，不同次MRl检测参数前后很难一致，不同级别机器的精度也有差异，层面很难前后严格匹配，不同的阅片医师读片也存在差异，它们所带来的误差不可忽暗，影像学证据强度较弱.缺损处的新生组织是通过MSCS的营养作用促进自体细胞增殖修复，或是MSCS分化为软骨细胞实现的再生，也需要更深入的

17、研究。3.不良反应少，安全性高：关节腔内注射MSCS多无明显不良反应，少数报道注射部位肉痛和关节肿胀为主，其中挣痛发生率为2%82%,关节肿胀为2%53%o有少数报道，术后出现关节催硬，腰疼，深静脉血拴和偏前滑囊炎等。分析关节痛和肿胀的原因，可能与穿刺技术，MSCs剂量或浓度高，或关节腔内细胞死亡而引起的炎症反应相关。而关节做硬和深静脉血栓形成可能因合并胫骨截骨矫形或微骨折等，导致术后关节制动时间较长，局部加压包扎过紧所致。总之，关节腔内注射MSCS治疗软骨损伤，安全性好，无严重不良反应。四、展望1. MSCs治疗关节软骨损伤或OA临床应用前景：MSCS治疗关节软骨损伤或OA具有明确的基础研究

18、理论依据，在临床试验中，也证实能够很好地缓解关节疼痛，改善膝关节功能，但缺乏有力证据能够获得透明软骨的再生。在细胞来源方面，以自体骨能和腑肪为主，围产期组织来源的MSCs在细胞生物特性上更具优势，资源更丰富，未来具有更大的开发应用前景。在给药剂最和频次上变异较大，一般来说同种异体MSCs单次剂最不宜过大，单次注射为宜，大剂量或多频次可能带来更多的不良反应。而自体MSCs因受患者健康状况等多种因素影响，最佳治疗剂量波动他围较大。除关节腔内注射MSCs,软骨卜骨注射也被证实具有良好的治疗作用，并能够明显延缓关节置换时间，但相关研究较少，需要更多研究加以证实。术后康更中，关节腔内注射MSCS后，多以

19、休息为主，避免过度负重或剧烈运动。对于合并其他手术操作的需要根据具体术式制定个性化康复计划,以保证良好的治疗效果。在不良反应方面，主要为局部关节肿胀、痛痛，但多能自我康星，无需其他F预措施C2. MSCS治疗关节软骨损伤或OA的挑战：未来关节腔内注射MSCS治疗软骨损伤或OA仍面临诂多挑战。需要系统地比较，选择最佳的MSCS来源。探索和制定出应用于临床的安全的规范的MSCS提取、扩增和培养操作标准。MSCS应用于临床治疗软骨损伤或OA的标准方案，包括适应证的选择、注射部位、剂量和频次、术后康复计划、不良反应的处置、科学客观的临床疗效评价技术等。另外，需要深入研究和明确关节腔内MSCS的生物学行

20、为，如何将关节腔内注射的MSCS从无目的、随性的，转向定向迁移至软骨损伤处进行靶向修复的岛效治疗轨道上，实现自主修复和再生透明软骨。3. MSCs的衍生成分或生物材料的临床应用的景：关于MSCS的衍生成分或生物材料辅助治疗OA或修复软骨损伤方面也开展了大盘的基础研究,并展现r较好的应用前景。MSCS来源的细胞因子、生长因子或外泌体发挥治疗效应，能够促进软骨细胞增殖、迁移，或抑制软骨细胞退变、凋亡等作用，同时能避免细胞带来的免疫排斥等不良反应，对软骨修复具方很重要的应用价值。但是，由于细胞分泌的活性成分与细胞本身活性和代谢状态紧密相关，如不能很好地控制细胞好的生理状态，其分泌或产生的活性成分也受到极大的影响，影响生物效应的发挥。生物材料在再生医学中扮演着用要的角色，能够作为细胞或外泌体的载体，或提供一定的空间结构和力学支持，将它们定向移植至软处损伤处，促进细胞的增殖和黏附,同时能够延长有效的作用时间，有望将MSCs或其衍生成分在OA的治疗上推向更高水平。