[转帖]组织工程相关研究论文

郝丽文

50th ORS年会 组织工程相关研究论文

2004第六期
编辑∶叶全人
编辑简历∶阳明大学医学工程研究所博士班研究生
综述内容=======================================
组织工程主要结合细胞、载体及调节因子（生长因子及分化因子），利用工程的方法针对无法再生或修复缓慢的组织，藉由载体提供细胞生长的空间，并由植入的细胞与生长因子来刺激或加速组织的修复情形。经过多年的发展，组织工程目前已有长足的进步，不论在载体的材料与制备、体外培养的方法及条件和生长因子的运用等各方面，对於新生组织的生成速度与型态皆有较佳的结果。
过去组织工程的研究，十分著重於干细胞的应用；主要欲藉由干细胞的分化潜力，利用不同的生长、分化因子与物理刺激，诱发干细胞分化为所需要的细胞。然而干细胞有其来源取得困难、培养不易等缺点，而且在分化过程中若是调控不当，往往会形成与目的完全不相干的细胞，而造成临床使用上的疑虑。因此目前有学者尝试利用不同种类的细胞应用於骨骼的组织工程。Gugala等人分别利用第5及35型的腺病毒，将第二型骨型态生成因子(MP-2)基因转殖到骨髓间质干细胞、皮肤纤维母细胞及胎儿肺细胞株，将细胞经过一段时间的培养之後，观察细胞分泌BMP-2的能力，并将细胞注射入老鼠的後肢；於注射後两周，观察骨质新生的情形。最近的研究发现，第35型腺病毒对於BMP-2基因的表现能力较第5型腺病毒为强，而本研究亦证实此一结果。在细胞分泌BMP-2的能力方面，发现第35型腺病毒在不同种类的细胞植入BMP-2基因後，各种细胞分泌BMP-2的能力并没有差别；然而由第五型腺病毒所转殖的细胞则无法测得BMP-2的分泌情形。当基因转殖细胞植入动物体内後，发现由第35型腺病毒所转殖的细胞，有较高的骨生成量；但是不同种类的细胞间，其骨生成量则没有明显的差异。由此可知，不同种类的细胞在接受BMP-2转殖之後，对於骨质的增生能力并没有差异。
此外，Hee等人亦利用人类真皮纤维母细胞结合由ultraporous β-tricalcium phosphate(-TCP)制成的载体，进行骨骼组织工程的研究。结果发现，若在培养液中加入Insulin-Transferrin-Selenium(TS)维生素D，经过三周的培养之後，细胞的硷性磷酸　(lkaline phosphatase）、骨钙蛋白（osteocalcin）及造骨蛋白（osteopontin）的基因表现量明显增加。在切片染色的结果方面，又以硷性磷酸　与造骨蛋白的表现最为明显。由此结果可知，即使是非骨骼细胞亦可在适当的条件下分泌骨质生成相关蛋白而用於骨组织的组织工程。
目前的研究发现，适当或符合人体生理条件的物理刺激能加速组织的生成，并促使新生组织的型态正常化。Duty等人先将载体以plasma fibronectin予以加工披覆，并与细胞共同培养1-8周细胞有足够的时间进入载体并生长。之後，将载体移入施力装置并植入动物体内；利用活塞打入生理食盐水对载体施以反覆的压力，其力量大小为1.3-13.3 N，频率1 Hz；每周作用三次，每次30分钟，共施力两周。结果发现，骨质增生的体积约为0-0.67 mm3，约填满载体1.6?的孔隙。此外发现，力学刺激确实能增加骨生长的速率，且随著载体与细胞共同培养的时间越长，在受力後骨质增生的速率也越快。
组织工程主要是在体外先行培养所需的组织，待其时机成熟时再植入体内所需的缺损部位；因此，要如何使载体或新生组织与体内组织接合在一起，实为组织工程所面临最大的挑战，尤其以关节软骨常处於受力的状况下，如何确保植入物能与人体组织顺利接合且不遭到破坏，更是一大难题。Lima等人从3个月大的胎牛取出直径5 mm，厚度4 mm的圆形松质骨组织；并将60×106个细胞植入2 %凝胶中，将凝胶与骨组织共同培养，并使凝胶完全覆盖骨组织并高出2 mm；在培养过程中每天施以频率1 Hz、10 %的应变，每周五天，每天3小时。之後，对新生成的组织进行力学测试，发现在力学刺激下所产生的新生组织，其杨氏模数明显高於未受力的组织；但是不含骨组织的的凝胶载体若受到相同的力学刺激，其新生组织的杨氏模数最高；但是力学刺激对於促进新生组织与骨组织接触面之间的附著力则无改善的情形。利用Safranin O染色发现，骨组织表面会阻止细胞的移动，使多数细胞无法由凝胶进入骨组织，因此无法有效改善新生组织与骨组织间的接合情形。
结论=========================================
组织工程为关节软骨及骨缺损的修复开启一扇明窗，目前虽有不错的成果，但仍有许多问题亟需克服。希望藉由载体的改良、最佳培养环境的建立与生长因子的应用┅等方面的进展，能加速组织再生的速度，并形成更接近人体组织的新生组织；此外新、旧组织的结合也是一大课题。希望有朝一日终能顺利培养出可替代性的组织，以造福退化性关节炎或需要大范围补骨的患者。

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