关节软骨是由透明软骨构成的无血供组织,起到缓冲震荡、减少磨擦的作用,由软骨细胞和周围软骨基质组成。关节软骨再生能力有限,治疗因创伤或者退行性关节炎等引起的关节软骨全层缺损至今仍是一个比较棘手的问题,虽然在过去的四十年里人们已尝试过有许多治疗方法,但没有一种治疗方法能使关节面达到透明软骨修复。组织工程方法为治疗关节软骨缺损另辟蹊径。最早Brittberg等于1994年报道,先将自体软骨细胞通过体外单层培养扩增,然后植入膝关节软骨缺损处,成功修复软骨全层缺损。然而,现今的研究结果证实,单层培养的软骨细胞经过几次传代后,不能保持软骨细胞表型和生物化学特性,细胞形态变为成纤维细胞状,提示已经去分化。其次,因关节面没有多余软骨供区,自体关节软骨细胞来源有限;另外,从一些非关节软骨处,如鼻或肋软骨等也可以获得软骨细胞,但能否成功修复关节软骨缺损有待验证。同时,随着供体年龄的增加,软骨细胞增殖分裂能力逐渐降低;而异体软骨移植的免疫排斥问题,一直未能有效解决;这些因素限制了软骨细胞移植治疗软骨缺损在临床上的应用。人工关节置换作为治疗关节疾患的最终选择,其高昂的费用和并发症不容忽视。 随着细胞生物学,尤其是干细胞研究的飞速发展,组织工程技术取得了长足的进步。在大多数报道中,从成体组织中获得的分化细胞增殖能力非常有限,这就使得通过体外培养扩增、构建组织工程组织修复体内组织缺损变得非常困难。干细胞是来源于胚胎、胎儿或者成人的一类组织前体细胞,在特定的培养条件下,能长时间内保持旺盛的自我更新能力,并且能分化成机体组织和器官的特定分化细胞。从胚胎组织中获取的胚胎干细胞(embryonic stem, ES)有很高的多向分化潜能和增殖能力,但是来源、免疫排斥反应和伦理学方面争议限制了其在组织工程学上的应用。而另一种干细胞/前体细胞的使用却被社会广泛接受,骨髓间充质干细胞(mesenchymal stem cells, MSCs)是存在于分化组织中的成体干细胞,可以分化为骨、软骨、脂肪、肌肉、骨髓间质、肌腱、许多结缔组织