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[摘要]  由于多种因素引起颌骨缺损在临床较为常见，以往需作骨移植来解决功能和外观的问题。骨移植材料发展经历了自体骨、同种异体骨、异种骨、人工骨等不同阶段，近20年来，随着细胞生物学，分子生物学，生物化学等学科的发展和生物医学材料的开发及利用，使组织工程学成为一门热门的新兴学科，研究开发能够修复、维持和改善损伤组织功能的生物替代物。组织工程的再血管化有望为骨缺损修复提供更为理想的方法。本文就骨组织工程及在口腔颌面外科的研究与进展加以综述。

[关键词]   骨组织工程 再血管化 口腔颌面外科  修复

在口腔颌面外科领域，由于先天畸形 、炎症、 肿瘤、 外伤等多种原因所致的颌骨缺损和牙周疾病引起的颌骨吸收很常见，采取何种材料进行骨移植术一直是研究的重要课题。自体骨虽然是理想的骨缺损修复材料，但自体取骨增加患者的创伤，并且供骨的来源有限，难以满足大面积和特定形状的颌骨移植的要求。异体和异种骨移植存在抗原排异反应和传播疾病的可能性。骨代用品如人工合成材料和人工材料如金属骨支架植入后会引起排异反应和感染，无法取得良好的重建效果。90年代以来，随着骨组织工程学的发展已使颌骨缺损的生理性功能修复成为可能。

1. 骨组织工程

组织工程化人工骨以其无抗原性、来源不受限制、可按预先设计塑形、具有生物功能等特征，为其临床应用提供广阔的前景。其基本方法是将体外培养的高浓度的功能相关活组织细胞扩增，并种植于一种生物性能良好、具有生物可降解性的细胞外基质上。然后，将它们共同移植于所需部位，在机体内细胞继续增殖，而生物支架结构则逐渐被降解吸收，结果形成新的有功能的组织器官，从而达到修复结构、恢复功能的目的。理想的骨组织工程细胞应具备的特性有：取材方便，对机体损伤小；具有较强的增殖和向成骨方向定向分化的能力，传代繁殖快；体内植入后能耐受机体免疫，适应受区环境能力强；安全性好。

1.1种子细胞

目前用于骨组织工程的种子细胞来源主要有骨外膜 、骨髓、 骨 、组织干细胞及骨外组织等。胚胎骨、骨或骨膜成骨能力较强，但取材不方便，增殖能力较弱，限制了其临床应用。组织（成体）干细胞（mesenchymal stem cells, MSCs）存在于机体的各种组织器官中，其中骨髓来源的MSCs具有多向分化潜能，较容易向成骨方向定向诱导，增殖能力强，易于基因操作，是骨组织工程重要而的种子细胞。而近几年，在脂肪成体干细胞的研究中，发现脂肪组织中含有大量的成体干细胞，而且该类细胞可以分化为成骨细胞、成软骨细胞成肌细胞等多种细胞。^[1]脂肪成体干细胞具有许多骨髓间充质干细胞无法比拟的优势：脂肪组织来源广泛、取材方便、 干细胞量大和易于分离纯化。资料显示，脂肪可作为骨组织工程中的最大成体干细胞库。

1.2 支架材料

骨组织工程研究的重点是寻求能够作为细胞移植与引导新骨生长的支架结构。主要有聚合物类材料、 生物陶瓷类材料 、生物类材料以及复合类材料。使用最多的可降解高分子聚合物材料是聚乳酸（polylactic acid,PLA）、聚乙醇酸（polyglycolic acid,PGA）及其共聚物（poly-lactic-co-glycolic acid,PLGA）。赖仁发等通过动物实验，认为，PLA具有良好的生物相容性与诱导成骨能力^[2]。孔航等^[3]运用新型的聚乳酸－聚乙二醇（polylactic acid-ployethylene glycol, PLA-PEG)共聚物作为细胞因子的载体修复兔下颌骨缺损,提示碱性成纤维细胞生长因子（basic fibroblast growth factor，bFGF） 在和PLA-PEG 以及骨形成蛋白（bone morphogenetic protein,BMP）复合后发挥了促进毛细血管增殖的效应,在协同作用下加速骨缺损的修复。

生物陶瓷类材料中，羟基磷灰石（hydroxyapatite,HA）、磷酸三钙（tricalcium phosphate,TCP）、 生物活性玻璃（bioglass,BG）是骨组织工程中常用的细胞外基质材料。它们具有良好的组织相容性、生物降解性、骨传导性。

生物类材料有胶原和无机骨等。骨组织中为Ⅰ型胶原。Mizuno等^[4]将Ⅰ型胶原用作骨髓基质细胞的培养基质，发现骨髓基质细胞可定向分化为成骨细胞，最终形成含骨髓成分的新生骨组织。常庆等^[5]以天然无机骨为支架材料，复合体外诱导培养的MSCs构建组织工程化骨，并进行动物自体异位成骨实验，得出结论，它具有良好的生物相容性，可为种子细胞生长提供理想的三维空间，与MSCs可成功构建组织工程化骨。

1.3 生长因子

生长因子具有促进细胞增殖、分化、趋化和刺激血管化等多方面作用。与骨组织再生有关的生长因子有：血小板衍化生长因子（platelet-derived growth factor，PDGF）、转化生长因子β（transforming growth factorβ,TGF-β）、胰岛素样生长因子-1（insulin-like growth factor1,IGF-1）、BMP等。富血小板血浆（platelet-rich plasma,PRP）是血液经过离心分离后位于白细胞上的方富含血小板的血浆部分。当血小板被激活后，能释放出多种生长因子，主要包括PDGF、TGF-β、IGF-1、BMP等。从而刺激周围骨再生，修复骨缺损。张宇等^[6]研究植入β相磷酸三钙与富血小板血浆混合物与单独植入β相磷酸三钙相比较，植骨颗粒周围包绕着较为稠密的蓝染组织，新形成的编织骨排列更为整齐有序。得出结论，PRP具有促进口腔种植骨缺损区骨组织再生作用。赖仁发^[7]等在重组人骨形成蛋白-2(recombinant human bone morphogenetic protein-2,rhBMP-2) 复合胶原膜对扩张力作用下大鼠顶骨矢状缝改建的影响的研究中，发现可以促进新骨再生。血管内皮细胞生长因子是诱导血管生成作用最强的一种细胞因子, 近年来研究发现, 它在骨的发育、形成和骨损伤修复中起着重要作用, 其在骨组织工程中的应用已成为国内外研究的热点, 在口腔颌面骨组织工程中基础和临床研究的应用也逐渐增多。Yamashima 等^[8]对外源性血管内皮细胞生长因子修复鼠下颌骨缺损进行组织学观察, 发现血管内皮细胞生长因子组标本内血管形成明显增加, 骨组织的再生也增加, 证实了局部应用血管内皮细胞生长因子能促进骨组织再生。

2．骨组织工程的再血管化

众所周知，诱导成骨需要3个条件：诱导因子、靶细胞及良好的血液供应。将成骨细胞与支架材料复合植入体内后，如何保证成骨细胞继续增殖并形成新骨是骨组织工程最重要的一个环节，其中最重要的是组织工程骨的再血管化。骨组织工程的研究在很大程度上受制于移植物缺乏血液供应而导致细胞营养障碍。在体外的细胞和材料的复合培养中，营养物质和氧气的供应主要依赖渗透和扩散作用。复合物植入体内后，由血液、细胞间液完成细胞的营养和氧气的供应，远离毛细血管200μm 以上的细胞因缺乏营养和氧气而不能存活。具有适宜的三维孔隙结构的支架材料有利于营养物质和氧气的运输和交换，并为新生血管的长入提供通道，因而有利于组织工程骨的再血管化，Albrektsson 等^[9]研究表明，多孔的羟基磷灰石材料能够促进再血管化和成骨细胞的粘附、增殖及分化，最佳孔径是300-400μm。Coshima 等^[10]的研究表明，组织工程骨新生的数量不是随种植细胞的密度的增加而增加，细胞和支架材料复合物中复合适量的生长因子有利于组织工程骨的再血管化。许多研究表明其它生长因子如BMP 、bFGF、TGF-β和PDGF等不仅能够诱导骨形成，而且能够促进成骨细胞中血管内皮细胞生长因子的表达，从而促进血管的再生。近年来Ferrara ^[11]证实 血管内皮细胞生长因子在血管再生中起着重要作用。它通过促进血管内皮细胞的有丝分裂、血管通透性的增加及增进单核细胞的趋化性等促进血管的再生。血管内皮细胞生长因子不仅能促进血管的再生，而且能调节成骨细胞的成骨活性，使其能更好地分泌细胞外基质，从而促进成骨。Mundy^[12]的研究表明生物材料和生长因子复合能够促进成骨。因此,在组织工程骨中复合生长因子对其再血管化和成骨均起正反馈调节作用。 组织工程骨血管的再生是多种因素共同作用的结果,小剂量联合应用多种生长因子并使它们持续平稳释放可发挥其协同作用，有利于正常血管的形成将组织工程骨预先置于各种带蒂肌瓣中预构，待其完成成骨及再血管化过程后再行吻合血管的肌骨瓣移植修复骨缺损。理论上可明显提高组织工程骨的成活率和修复骨缺损的成功率。Casabona 等^[13]设计出一种生物工程化预制骨肌皮瓣，他们将培养的骨髓基质细胞与羟基磷灰石复合后植入裸鼠带血管蒂的背阔肌皮瓣中预制，8周后组织学检查显示生物工程化预制骨肌皮瓣中有丰富的骨组织形成，血运丰富，细胞材料复合物与肌皮瓣间形成良好的接触界面，形成工程化的带血管蒂的骨肌皮瓣，使组织工程骨完全替代自体骨移植成为可能。Butler DE 等^[14]在动物实验中利用骨膜成骨细胞与聚合物支架复合后，用荧光标记，植入腹直肌肌瓣内8周后，通过荧光显微镜，进行组织学观察，发现预制出了带血管蒂的新生骨组织。这项研究对用同种异体来源的成骨细胞构建组织工程骨有很大意义，也为同种异体组织工程骨的预构奠定了基础。而将组织工程骨置于体内血液供应良好的带蒂组织内预构，则是在异位完成组织工程骨的再血管化，形成具有血运的组织工程骨，然后行带蒂或吻合血管的组织工程骨移植修复骨缺损，理论上可明显提高组织工程骨的成活率和修复骨缺损的成功。从而能最大限度地满足口腔颌面外科临床治疗的需要。相信在不远的将来, 口腔医学领域的组织工程研究和开发将会取得更加辉煌的成果, 为口腔颌面病损组织的修复重建开辟一条全部有效的治疗途径。

3.组织工程骨在颌骨缺损修复中的研究及应用

    在口腔医学领域中因先天畸形 、炎症、肿瘤、 外伤等原因致颌骨缺损多见。通常采取的自体骨移植和生物材料移植等方法，都各有利弊，效果难以达到完美。随着骨组织工程技术的不断完善和发展，以组织工程的原理和方法所产生的新型组织工程化细胞型人工骨的出现为这一研究领域带来了新的生机, 这种含有活细胞的人工骨植入体内后, 可直接以多中心矿化成骨的生物性结合方式快速而有效地修复骨缺损, 从而突破了传统人工骨依靠边缘渐进性骨传导、骨引导或骨诱导成骨作用的局限, 对于修复大面积骨缺损和缩短愈合周期具有积极意义, 已成为当今骨组织修复重建的热点。在体外实验和体内动物实验的水平上，已有组织工程牙槽骨、下颌骨及负载种植体的组织工程骨的研究报道。Ripamonti U等^[15]以PLGA 膜为rhBMP－2、rhBMP－7 因子的缓释载体,放置于狒狒牙槽骨的缺损处,能明显促进牙槽骨再生。Schliephake 等^[16]等用骨髓基质干细胞和磷酸盐支架材料构建组织工程骨,修复羊的下颌骨部分缺损。实验从自体羊髂骨处抽取骨髓,经过体外细胞的增殖、诱导、分化后与支架材料共育,移植羊的下颌骨缺损处,5 个月后取出观测,进行组织学上的定量和定性分析,发现移植物形成大量类骨样物质,缺损已被完全修复。认为下颌骨的缺损可以用自体骨髓基质干细胞构建的组织工程骨进行修复。工程化的带血管蒂的骨肌瓣,为同期成功种植成为可能。陈富林等^[17] 构建带血管蒂下颌骨及其升枝,首先在体外培养、扩增、诱导兔的骨髓基质干细胞,将细胞接种在相似人的下颌骨外形的多孔的珊瑚中,经体外培养后,植入兔的腹壁下动静脉深面,预构血管化的人下颌骨升支的外形,术后2 个月,可观测到兔体内再造出以腹壁下动静脉为蒂的骨组织,又具有下颌骨升支的解剖形态。X 线检查显示X 线阻射影,珊瑚有部分吸收;组织学检查结果证实,在珊瑚表面和空隙内都有新骨形成。研究表明,利用组织工程技术,构建出带有血管的骨组织。Ahbukawa 等^[18]利用猪的间充质干细胞重建下颌骨的髁状突。首先,取骨髓细胞体外培养增殖分化后,接种到预制成下颌骨髁状突的 PLGA模型中,然后在一模拟微重力环境的旋转生物反应器中培养6个星期,形成外观类似于髁状突的硬组织;组织学检查,骨组织在支架材料的表面形成平均0.03mm 的厚度。实验表明,可降解的支架和骨髓细胞可以形成组织工程化的骨结构。由于体外构建很难完成较厚的组织培养,工程组织距离临床应用尚有一段距离。

综上所述, 组织工程学在口腔颌面外科领域的应用前景十分广阔, 但从基础到临床还有很长的路要走，对于大块骨缺损,构建带有血管的组织工程骨块,需要解决不同类型细胞复合三维培养这一技术难题。这要求我们付出长期艰苦不懈的努力, 才能攻克重重难关, 达到胜利的彼岸。