关节软骨损伤很容易引起更严重的关节软骨退变,是中老年人残疾的主要原因之一。由于软骨组织由单一软骨细胞组成,组织内无神经、血管、淋巴管,因此软骨组织自身缺乏有效的修复能力,受到损伤后极易留下明显的功能障碍。近年来,组织工程技术为关节软骨修复提供了新的治疗方向。组织工程技术主要包括三个方面的内容：①种子细胞的分化与增殖；②支架材料的选择；③合适的细胞因子。随着干细胞技术的飞速发展,具有不断自我更新潜能的骨髓间充质干细胞(MSC)越来越多地被用作软骨组织工程的种子细胞。MSC在体外容易培养和扩增,能够分化成成骨细胞、软骨细胞和脂肪细胞,只要将它们在合适细胞因子作用下,进一步向软骨细胞诱导,就可以满足软骨组织工程的需求。由于软骨组织结构的特殊性,相关的细胞因子很难到达细胞发生作用。传统的在体系中直接加蛋白生长因子的方法已被证明有许多缺点,如加入量难以控制,往往开始浓度过高,副作用大,而在体内后期又浓度不足,而且价格昂贵。基因在这方面显示了其独特的优越性,它可以在体内维持较长时间,基因表达可以控制,我们提出的用骨髓间充质干细胞—载体材料—基因进行软骨再生的思路,有助于提供适合软骨再生的更好的微环境,而且操作简便,有助于调动体内骨髓间充质干细胞的潜能。　　 本研究结合组织工程技术和基因输送技术,选用与天然软骨基质主要成分相似的壳聚糖和明胶作为支架材料的组成部分,1)将TGF-β1基因作为治疗基因,有效转入骨髓间充质干细胞中进行表达,促进MSC向软骨定向分化和软骨细胞外基质的合成,然后将体外构建的软骨修复活性基质移植到兔关节软骨缺损部位,进行体内软骨缺损的修复;2)联合使用两种质粒TGF-β1和BMP-2,诱导种子细胞——骨髓间充质干细胞分别向软骨和成骨双向分化,在同一种支架上构建出一个骨软骨移植复合体,在体外模拟出一个具有同时修复骨和软骨能力的骨软骨样组织,将进一步应用于骨软骨全层缺损的修复中。研究结果如下：⑴扫描电镜显示,我们构建的壳聚糖/明胶支架具有很好的多孔性和合适的孔径,能很好地支持MSC的生长增殖；⑵细胞毒性实验表明,基因活化的支架具有很好的生物相容性,两周内细胞增殖的速度比不含有质粒的支架高25％左右；⑶ELISA实验表明,该支架是一个很有效的干细胞原位转染体系,能有效地促进TGF-β1基因在MSC中的表达,达到不含质粒对照组的2.5倍左右,更有利于干细胞的分化；⑷控制释放实验表明,基因活化的支架具有一定的缓释能力,能够使TGF-β1在两周内持续缓慢高效地释放,两周释放的DNA达90％以上；⑸免疫组织化学结果显示,我们构建的这个软骨再生体系能够有效地促进MSC向软骨细胞定向分化,大大增强了细胞分泌糖胺聚糖和Ⅱ型胶原这两种软骨特异性细胞外基质的能力；⑹当该支架用于体内关节缺损修复后,无论从外观还是免疫组织化学结果,我们都可以看出:构建的基因活化体系能够有效地修复兔关节软骨缺损,促进软骨及其基质的再生以及与周围组织的整合性；⑺同样使用基因传输技术构建出骨—软骨双层组织移植复合体,real-time PCR实验和免疫组织化学结果均显示,这个双层体系可以诱导干细胞分别向软骨和成骨进行双向分化。在软骨分化层,AGGECAN和COLLAGENⅡ的mRNA表达均有上调,软骨特异性的Ⅱ型胶原染色呈阳性;而在成骨分化层,OCN和OPN的mRNA表达上调,成骨特异性的茜素红染色呈阳性。