[发明专利]一种基于自体细胞的人工关节软骨及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于自体细胞的人工关节软骨及其制备方法，属于生物医 生技术领域。

背景技术

关节软骨是关节功能执行的必要成分，由软骨组织及其周围的软骨膜构 成，软骨组织则由软骨细胞、基质及纤维构成。软骨细胞是关节软骨中的唯一 细胞，其不断分泌产生新的软骨基质，最终形成软骨层。软骨细胞位于软骨基 质内的软骨陷窝中，各个细胞均分别围以软骨囊，生活时充满软骨陷窝内，不 能迁移。透明软骨基质非常复杂，有多种生物高分子物质，而且还含有多种适 当的细胞因子等。这些基质通常是可影响细胞的形状、代谢、功能、迁移、增 殖和分化生物活性物质，且有严格的环境条件。透明软骨基质的主要化学组成 主要为羽状分支大分子的软骨粘蛋白，其主要成分是酸性糖胺多糖 (glycosaminoglycan)。这种羽状分支的大分子结合着大量的水，大分子之间又 相互结合构成分子筛，并和胶原原纤维结合在一起形成固态的结构。软骨内无 血管，但由于软骨基质内富含水分(约占软骨基质的75％)，营养物质易于渗透， 故软骨深层的软骨细胞仍能获得必需的营养。透明软骨中无胶原纤维，但有许 多细小的无明显横纹的胶原原纤维，纤维排列不整齐。除关节面的关节软骨外， 软骨的表面均覆有软骨膜。软骨膜是较致密的结缔组织，即分内、外二层，外 层纤维多，细胞少，主要起保护作用，内层纤维少，细胞较多，其中有些梭形 小细胞，称骨原细胞，可增殖分化为软骨细胞。

关节软骨没有神经支配，也没有血管及淋巴组织，其营养成分必须从关节 液中取得，而其代谢废物也必须排至关节液中，关节软骨的这种营养代谢必须 通过关节运动，使关节软骨不断的受到压力刺激才行，所以关节运动对于维持 关节软骨的正常结构起重要的作用。

由于关节软骨自身修复能力低下，病损关节往往表现为不可扼制的逐步恶 化。关节软骨修复能力低下主要源于操作部位缺乏足够的软骨细胞修复，由于 软骨细胞几乎没有迁移能力，不能迅速聚集到创伤部位。关节软骨没有血液供 应，且软骨细胞又包埋于稠厚的细胞外基质中，无法移动到操作部位参与修复， 滑液细胞数量太少，无法进行有效修复。而其它可形成软骨细胞的体内细胞， 包括软骨膜骨原细胞，骨髓间充质干细胞，肌肉来源的干细胞等，由于空间时 间及组织阻隔，无法自由移动到关节软骨缺损部位；而且即使在某些情况下这 些干细胞能自由移动到软骨层(比如关节软骨伴随软骨下骨缺损时，形成骨髓 与软骨层之间的通道，因此骨髓间充质干细胞可以自由移动到软骨层)，但由 于干细胞分化为软骨细胞并行使正常的生理功能修复关节软骨有严格的环境 条件，否则易发生退行性变化，极易形成力学强度逊色很多的纤维软骨，以至 于达不到修复的目的。解剖结构上与关节软骨邻近的是软骨膜骨原细胞，但软 骨膜结构是致密结缔组织，细胞不可能自由迁移到关节软骨的损伤部位上，修 复关节软骨层。

对于不严重的关节受损可以用关节镜灌洗术和关节清理术等最基本的传 统治疗手段，但在软骨受损严重时必须用软骨修复。关节软骨修复至今没有比 较理想的技术，目前软骨修复方法主要有刺激关节软骨自身修复的方法、自体 软骨移植、自体软骨膜/骨膜移植、自体软骨细胞移植、异体软骨移植、人工 软骨置换等，但这些技术都有一定缺陷。

刺激关节软骨自身修复包括软骨整形、磨削关节成形术、软骨下骨钻孔、 微骨折术等方法，缺点是这种方法修复的组织易形成纤维软骨，脆性大，不耐 用，最终会发生退变。

自体软骨移植是目前关节软骨修复效果最佳者，但其手术总优良率仅在 70％左右，适应症范围也非常狭窄；由于软骨材料来源有限，自体软骨移植不 适宜于大面积软骨缺损患者，而且供体部位常发生继发性病变；此外需要二次 手术，手术的过程相对复杂；易产生恢复缓慢、疼痛、骨折、流血等并发症和 术后疤痕；在移植软骨和原始组织之间存在裂缝等种种缺陷。

软骨膜的来源仅限于肋骨，取材有限，应用受到限制，且远期效果不佳。 自体骨膜移植技术取材方便，可早期修复损伤的关节软骨缺损，改善症状，但 存在早期退变，再生软骨易钙化，远期效果不稳定等缺点，而且这些组织移植 后生成的软骨样组织的生物学性能、耐磨性、韧性均欠佳。