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摘要：肿瘤、外伤、严重感染及先天畸形等所造成的口腔颌面部骨缺损和骨量不足是口腔颌面外科的常见病、多发病，这些都给患者带来了生活上的极大不便和心理上的严重影响。传统的治疗方法有自体骨移植，异体或异种骨移植，植入骨替代材料等，这些方法存在自体骨供应来源有限，移植骨的远期吸收，供区的损伤、疼痛、出血；异体骨的抗原性和潜在的传播疾病的风险；人工骨替代材料来修复颌面部骨缺损，但在生物、机械性能和组织相容性方面上存在不足。因而迫切需要寻找新的骨替代材料来满足修复颌骨缺损的需要，自80年代以来，随着细胞培养技术的飞速发展，组织工程化人工骨为解决这一问题提供了一条新的途径。
关键词:骨组织工程 研究进展
The bone tissue project research progresses
Wang Kaiting Li Jianbin Wang Yi
Abstract:The tumor,the flesh wound,the serious infection and congenital malformation and so on create the oral cavity jaw face bone damage and the bone quantity insufficiency are oral cavity jaw surface surgical departments common disease,frequently-occurring disease,these all have brought in the life to the patient enormous inconvenient and in the psychological serious influence.The traditional method of treatment has from the body bone transplants,the foreign body or the heterogeneous bone transplant,plant the bone to interthe body or bones of a monk the substitution material and so on,these method existence is limited from the body bone supply origin,transplants the bone the forward absorption,for area damage,ache,hemorrhage;Foreign body bone antigenicity and latent dissemination disease risk;The artificial bone substitution material repairs the jaw face bone damage,but in the biology,the mechanical property and the organization compatible aspect exists insufficient.Thus urgent needs to seek the new bone substitution material to satisfy the repair jaw bone damage the need,since 80s,along with cell raise technology rapid development,organization project artificial bone for solved this problem to provide a new way.
Keywords：The bone tissue project Research progresses
【中图分类号】R-0【文献标识码】A 【文章编号】1008-1879(2010)11-0043-01
肿瘤、外伤、严重感染及先天畸形等所造成的口腔颌面部骨缺损和骨量不足是口腔颌面外科的常见病、多发病，这些都给患者带来了生活上的极大不便和心理上的严重影响。传统的治疗方法有自体骨移植，异体或异种骨移植，植入骨替代材料等，这些方法存在自体骨供应来源有限，移植骨的远期吸收，供区的损伤、疼痛、出血；异体骨的抗原性和潜在的传播疾病的风险；人工骨替代材料来修复颌面部骨缺损，但在生物、机械性能和组织相容性方面上存在不足。因而迫切需要寻找新的骨替代材料来满足修复颌骨缺损的需要，自80年代以来，随着细胞培养技术的飞速发展，组织工程化人工骨为解决这一问题提供了一条新的途径。
1 种子细胞
理想的骨组织工程种子细胞应具备以下特点［1］：①取材方便，对机体损伤小；②体外培养易定向分化为成骨细胞并具有较强的稳定传代增殖能力；③植入体内能适应受区环境并保持较强的成骨活性。骨组织工程中种子细胞主要为成骨细胞，成骨细胞来源于骨、骨膜、骨髓及骨外组织等。
1.1 骨。
目前使用较多的是胚胎或新生动物骨。早在20世纪60年代，Peck和Birge［4］开始用胶原酶消化骨片，在体外培养成骨细胞成功。Riccio等将从人胚胎颅盖骨中所得的长梭形成纤维样细胞置于DMEM培养基中培养，发现细胞表现出成骨细胞的表型，碱性磷酸酶（alkaline phosphatase,ALP）活性表达，合成了主要成分为I型胶原的细胞外基质，表明所得细胞为具有很强分化能力的成骨细胞，可定向分化为骨细胞并发挥作用。骨组织来源的成骨细胞属于功能态成骨细胞，表达高水平的ALP活性，PTH反应性、合成骨钙素的能力也较高［2-3］。
1.2 骨膜。
骨膜通常指骨外膜，是覆盖在骨外表面的致密结缔组织。传统上骨膜分为浅表的纤维层和深面的生发层，纤维层较致密细胞少，生发层较疏松，纤维成分少，含有较多的骨原细胞、成骨细胞。骨原细胞保持分化潜能，可增殖分化为成骨细胞，故骨膜体外培养可分化出成骨细胞。1991年，Nakahara等［1］取幼鸡胫骨骨膜，酶溶解后培养，经检验证实其具有分化为成骨细胞的潜力。
2 支架材料
2.1 生物衍生材料。
这类材料兼具了生物和人工合成材料的优点：具有来源丰富，造价低，抗原性弱，组织亲和性和结合力良好，其天然的空隙结构为细胞的粘附、生长提供了最佳的三维立体空间。这些支架材料具有良好的骨诱导活性，它的吸收与新骨的生长速度基本同步，为新骨的生长提供了支架，而且不影响新骨的塑形。但存在机械强度不足的缺点。
2.2 人工合成材料。
人工合成材料已成为目前应用广泛的支架材料。包括：无机物、高分子有机物和复合材料。
2.2.1 无机物。应用于骨组织工程的无机材料主要是生物陶瓷类。生物陶瓷分为羟基磷灰石陶瓷（hydroxyapatite,HAP）和生物玻璃陶瓷（bioactive glass，BG）,都有良好的生物相容性，耐磨，弹性模量接近骨骼，可制成多孔的结构；并具有良好的骨诱导和骨传导能力，能引发成骨细胞及该区域其它细胞长入并吸附于支架上，随着基质堆积，骨组织逐渐形成并重新塑性，从而促进骨修复。但生物陶瓷因具有塑形和烧结困难、脆性大、降解时间长、表面活性差等缺点，限制了它的应用［4-5］。
2.2.2 高分子有机物。在组织工程中，研究和应用最广泛的人工合成材料是聚乳酸（polylact他ic acid,PLA）、聚羟基乙酸（polyglycolic acid,PGA）及其共聚物。它们具有良好的生物相容性、可降解性和可吸收性，在体内以水解的方式降解，产生天然的中间代谢产物排出体外，并具有一定的可塑性，而且基质的降解不影响成骨细胞的形态。但在应用过程中也发现很多不足：①亲水性差，细胞吸附力弱；②引起无菌炎症；③机械强度不足；④价格昂贵等。
3 结束语
综上所述，骨组织工程中种子细胞和支架材料还存在许多不足，为了解决这些问题，有学者将骨组织工程和基因工程以及纳米技术相结合，取得了很好的效果。如将种子细胞和基因工程相结合来改造细胞，使其既有较强的增长能力，又可定向分化，有较强的成骨能力；如将生物陶瓷和纳米技术相结合而研制的纳米陶瓷，因其晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、气孔尺度、缺陷尺寸等都限于100nm量级水平，所以其强度、韧性和超塑性均大大提高，并且纳米材料固有的表面效应增加了陶瓷材料的生物活性和成骨诱导能力［6-7］。基因工程和纳米技术与组织工程相结合，为组织工程在临床的进一步应用提供了前景，也成为组织工程今后的研究方向。
参考文献
［1］ Nakahara H,Dennis JE,Brudee SP,et,al.In vitro differentiation of bone and hypertrophic cartilage from periosteal-derived cells.Exp Cell Res.1991 Aug;195(2):492-503
［2］ 杨志明，余希杰，解慧琪等.不同来源成骨细胞生物学特性的比较研究.中华创伤杂志，2001，17（1）：10-13
［3］ Katagiri T,Yamaguchi A,Komaki M,et al.J Cell Biol,1994,127(6):1755-1766
［4］ 董广英，吴织芬，王勤涛等.hBMP2基因转染对人牙龈成纤维细胞生物学特性的影响.牙体牙髓牙周病学杂志，2004，14（6）：315-318
［5］ 刘贵英，杨立业，郑佳坤等.实用口腔医学杂志，2003，19（6）：554-558
［6］ 司徒镇强，吴军正.胚胎干细胞培养.细胞培养［M］.西安，世界图书出版公司，2004；101
［7］ Gearhart J.New potential for human embryonic stem cells［J］.Curr Top Dev Biol,1998,38:133-165
关键词:骨组织工程 研究进展
The bone tissue project research progresses
Wang Kaiting Li Jianbin Wang Yi
Abstract:The tumor,the flesh wound,the serious infection and congenital malformation and so on create the oral cavity jaw face bone damage and the bone quantity insufficiency are oral cavity jaw surface surgical departments common disease,frequently-occurring disease,these all have brought in the life to the patient enormous inconvenient and in the psychological serious influence.The traditional method of treatment has from the body bone transplants,the foreign body or the heterogeneous bone transplant,plant the bone to interthe body or bones of a monk the substitution material and so on,these method existence is limited from the body bone supply origin,transplants the bone the forward absorption,for area damage,ache,hemorrhage;Foreign body bone antigenicity and latent dissemination disease risk;The artificial bone substitution material repairs the jaw face bone damage,but in the biology,the mechanical property and the organization compatible aspect exists insufficient.Thus urgent needs to seek the new bone substitution material to satisfy the repair jaw bone damage the need,since 80s,along with cell raise technology rapid development,organization project artificial bone for solved this problem to provide a new way.
Keywords：The bone tissue project Research progresses
【中图分类号】R-0【文献标识码】A 【文章编号】1008-1879(2010)11-0043-01
肿瘤、外伤、严重感染及先天畸形等所造成的口腔颌面部骨缺损和骨量不足是口腔颌面外科的常见病、多发病，这些都给患者带来了生活上的极大不便和心理上的严重影响。传统的治疗方法有自体骨移植，异体或异种骨移植，植入骨替代材料等，这些方法存在自体骨供应来源有限，移植骨的远期吸收，供区的损伤、疼痛、出血；异体骨的抗原性和潜在的传播疾病的风险；人工骨替代材料来修复颌面部骨缺损，但在生物、机械性能和组织相容性方面上存在不足。因而迫切需要寻找新的骨替代材料来满足修复颌骨缺损的需要，自80年代以来，随着细胞培养技术的飞速发展，组织工程化人工骨为解决这一问题提供了一条新的途径。
1 种子细胞
理想的骨组织工程种子细胞应具备以下特点［1］：①取材方便，对机体损伤小；②体外培养易定向分化为成骨细胞并具有较强的稳定传代增殖能力；③植入体内能适应受区环境并保持较强的成骨活性。骨组织工程中种子细胞主要为成骨细胞，成骨细胞来源于骨、骨膜、骨髓及骨外组织等。
1.1 骨。
目前使用较多的是胚胎或新生动物骨。早在20世纪60年代，Peck和Birge［4］开始用胶原酶消化骨片，在体外培养成骨细胞成功。Riccio等将从人胚胎颅盖骨中所得的长梭形成纤维样细胞置于DMEM培养基中培养，发现细胞表现出成骨细胞的表型，碱性磷酸酶（alkaline phosphatase,ALP）活性表达，合成了主要成分为I型胶原的细胞外基质，表明所得细胞为具有很强分化能力的成骨细胞，可定向分化为骨细胞并发挥作用。骨组织来源的成骨细胞属于功能态成骨细胞，表达高水平的ALP活性，PTH反应性、合成骨钙素的能力也较高［2-3］。
1.2 骨膜。
骨膜通常指骨外膜，是覆盖在骨外表面的致密结缔组织。传统上骨膜分为浅表的纤维层和深面的生发层，纤维层较致密细胞少，生发层较疏松，纤维成分少，含有较多的骨原细胞、成骨细胞。骨原细胞保持分化潜能，可增殖分化为成骨细胞，故骨膜体外培养可分化出成骨细胞。1991年，Nakahara等［1］取幼鸡胫骨骨膜，酶溶解后培养，经检验证实其具有分化为成骨细胞的潜力。
2 支架材料
2.1 生物衍生材料。
这类材料兼具了生物和人工合成材料的优点：具有来源丰富，造价低，抗原性弱，组织亲和性和结合力良好，其天然的空隙结构为细胞的粘附、生长提供了最佳的三维立体空间。这些支架材料具有良好的骨诱导活性，它的吸收与新骨的生长速度基本同步，为新骨的生长提供了支架，而且不影响新骨的塑形。但存在机械强度不足的缺点。
2.2 人工合成材料。
人工合成材料已成为目前应用广泛的支架材料。包括：无机物、高分子有机物和复合材料。
2.2.1 无机物。应用于骨组织工程的无机材料主要是生物陶瓷类。生物陶瓷分为羟基磷灰石陶瓷（hydroxyapatite,HAP）和生物玻璃陶瓷（bioactive glass，BG）,都有良好的生物相容性，耐磨，弹性模量接近骨骼，可制成多孔的结构；并具有良好的骨诱导和骨传导能力，能引发成骨细胞及该区域其它细胞长入并吸附于支架上，随着基质堆积，骨组织逐渐形成并重新塑性，从而促进骨修复。但生物陶瓷因具有塑形和烧结困难、脆性大、降解时间长、表面活性差等缺点，限制了它的应用［4-5］。
2.2.2 高分子有机物。在组织工程中，研究和应用最广泛的人工合成材料是聚乳酸（polylact他ic acid,PLA）、聚羟基乙酸（polyglycolic acid,PGA）及其共聚物。它们具有良好的生物相容性、可降解性和可吸收性，在体内以水解的方式降解，产生天然的中间代谢产物排出体外，并具有一定的可塑性，而且基质的降解不影响成骨细胞的形态。但在应用过程中也发现很多不足：①亲水性差，细胞吸附力弱；②引起无菌炎症；③机械强度不足；④价格昂贵等。
3 结束语
综上所述，骨组织工程中种子细胞和支架材料还存在许多不足，为了解决这些问题，有学者将骨组织工程和基因工程以及纳米技术相结合，取得了很好的效果。如将种子细胞和基因工程相结合来改造细胞，使其既有较强的增长能力，又可定向分化，有较强的成骨能力；如将生物陶瓷和纳米技术相结合而研制的纳米陶瓷，因其晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、气孔尺度、缺陷尺寸等都限于100nm量级水平，所以其强度、韧性和超塑性均大大提高，并且纳米材料固有的表面效应增加了陶瓷材料的生物活性和成骨诱导能力［6-7］。基因工程和纳米技术与组织工程相结合，为组织工程在临床的进一步应用提供了前景，也成为组织工程今后的研究方向。
参考文献
［1］ Nakahara H,Dennis JE,Brudee SP,et,al.In vitro differentiation of bone and hypertrophic cartilage from periosteal-derived cells.Exp Cell Res.1991 Aug;195(2):492-503
［2］ 杨志明，余希杰，解慧琪等.不同来源成骨细胞生物学特性的比较研究.中华创伤杂志，2001，17（1）：10-13
［3］ Katagiri T,Yamaguchi A,Komaki M,et al.J Cell Biol,1994,127(6):1755-1766
［4］ 董广英，吴织芬，王勤涛等.hBMP2基因转染对人牙龈成纤维细胞生物学特性的影响.牙体牙髓牙周病学杂志，2004，14（6）：315-318
［5］ 刘贵英，杨立业，郑佳坤等.实用口腔医学杂志，2003，19（6）：554-558
［6］ 司徒镇强，吴军正.胚胎干细胞培养.细胞培养［M］.西安，世界图书出版公司，2004；101
［7］ Gearhart J.New potential for human embryonic stem cells［J］.Curr Top Dev Biol,1998,38:133-165