頜骨缺損修復探究論文

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骨組織的缺損可由多種原因引起，包括腫瘤、炎癥、外傷等原因，其中以腫瘤性的骨缺損最為常見，腫瘤性骨缺損修復是今后腫瘤外科修復重建的一個方向［1］。口腔惡性腫瘤手術往往導致下頜骨或上頜骨的缺損，常用的修復方法有自體骨、異體骨及人工材料等，但目前的這些修復方法難以滿足臨床的需要。近來，隨著組織工程學這門新興科學技術的興起，能夠利用這項技術達到骨再造而滿足臨床需要。本文就口腔癌和下頜骨缺損的關系、組織工程學再造骨的重要內容及其修復下頜骨缺損的進展作一綜述。

1口腔腫瘤術后下頜骨缺損及其并發癥

1.1口腔腫瘤術后下頜骨缺損

口腔頜面部具有一個豐富的淋巴系統，口腔癌一般都有下頜骨骨膜的侵犯。Sudhir對22例口腔癌是否侵犯下頜骨進行探究，分別用X線、CT檢查，發現有21例均有下頜骨的侵犯，并且和術后組織學相對照，其陽性率是一致的［2］。Tsuchimochi等用99mTcMDP骨掃描顯示腫瘤引起了下頜骨松質骨的侵犯［3］。因此從腫瘤外科原則出發，必須作下頜骨切除，勢必會引起下頜骨的缺損。

1.2下頜骨缺損的并發癥

下頜骨缺損不僅僅影響面部美容，更重要的是可以引起如言語、吞咽、呼吸等功能的障礙。McConnel等對下頜骨切除后的病人進行口咽吞咽效率(OPSE)的檢測，發現平均的OPSE值明顯低于正常值，30個病例中有8例不能進食，其余只能進點流質［4］。Haribhakti也證實了下頜骨缺損可引起呼吸困難、睡眠質量差、下齒槽神經損傷的各種并發癥，使患者的生活質量大大降低［5］。

2組織工程學骨再造的主要探究進展

組織工程學(tissueengineering)是生物醫學工程中的一個新的分支，是應用生命科學工程學的原理和技術，設計、構造、改良、培育和保養活組織，以修復或重建組織器官的結構，維持或改善組織器官功能的一門新興的邊緣學科。其基本方法是將體外擴增的正常組織細胞，吸附到一種生物相容性良好并可被機體吸收的生物材料上，然后植入機體缺損部位，細胞在生物材料逐漸降解吸收過程中形成新的組織，達到修復缺損，重建功能的目的。Vacanti［6］等運用組織工程技術在裸鼠身上再生軟骨，國外已有較多的有關軟骨組織的組織工程［7］；國內曹誼林教授首次采用組織工程技術在裸鼠體內再生了帶血管的骨組織，并用于修復骨缺損，為骨組織缺損的修復提供了一條新的思路和途徑。

骨組織的再生要求有三個基本的生物學因素參和，即細胞、生長和分化因子、細胞外基質材料，這也是當今組織工程探究中的三大課題。源細胞經過培養可以分化成成骨細胞；生長分化誘導因子可以促進成骨細胞的分化增殖，保持成骨細胞不衰老；生物可降解材料可作為細胞支架，支持細胞的附著、遷移和分化［8］。

2.1種子細胞(成骨細胞)

2.1.1來源的選擇

理想的骨組織工程學種子細胞應具備下列特征摘要：(1)取材輕易，對機體損傷小；(2)在體外培養中易定向分化為成骨細胞和具有較強的傳代繁殖力；(3)植入機體后能適應受區的環境并保持成骨活性，有以下四種來源［9］。

2.1.1.1胚胎骨摘要：

目前較多使用的是胚胎或新生動物骨或人胚胎骨。由骨分離出的細胞主要含有4種成分摘要：骨內膜細胞、骨外膜細胞、骨細胞、未分化的間充質細胞。在體外培養中表現為兩種形態摘要：可貼壁的成纖維細胞樣細胞和不貼壁的圓球型細胞。利用骨作為來源獲得的細胞在體外較易定向分化為成骨細胞，且具有生長迅速，傳代繁殖快的優點。但此法會對患者造成手術損傷且供源有限。

2.1.1.2骨外膜摘要：

骨外膜分為內外兩層。其中內層含有較多的骨原細胞和成骨細胞。已有較多的探究證實［10］來源于骨膜的細胞具有很強的傳代繁殖和定向分化成骨細胞的能力，植入機體后能適應受區的環境，保持成骨活性，并最終通過軟骨成骨而修復骨缺損，是目前廣泛應用的成骨細胞來源。

2.1.1.3骨髓摘要：

骨髓分造血和基質兩大系統，其成骨能力來源于基質，骨髓基質細胞稱作成纖維細胞集落形成單位，它具有多向分化潛能。骨髓具有取材方便、對供體損傷小、有流動性和可經皮注射等優點，具有廣闊的發展前景。

2.1.1.4骨外組織摘要：

骨外組織如表皮細胞、成纖維細胞，這些起源于胚胎時期間充質的骨外部位的骨祖細胞稱作誘導性祖細胞(IOPC)。此法取材輕易，對人體的創傷較小，體外培養傳代繁殖力較強，提供了一條新的成骨細胞來源。

2.1.2成骨細胞和生物降解聚合物的體外培養

Attawia［11］等將成骨細胞種植在聚羥乙酸支架上，并在含10%胎牛血清的培養液中培養。7～10天后，成骨細胞粘附到聚合物支架上，并發生增殖，培養液中有鈣化骨形成。Cooper［12］也進行了類似的探究，將成骨細胞分別種植到PMA、CPH、PMA/CPH共聚物上，2周的體外培養期間，成骨細胞發生了粘附、增殖，表達了較高的堿性磷酸酶活性，并有膠原合成。這些探究說明摘要：種植到支架上的成骨細胞在合適的營養環境中，能和聚合物很好地結合，并保持其增殖和成骨功能。

2.1.3成骨細胞形成骨組織的最佳細胞濃度

種子細胞的選擇是組織工程修復缺損的關鍵步驟。適當的種子細胞濃度既可以直接修復缺損，又可以通過分泌細胞生長因子，促進間充質未分化細胞向種子細胞轉化，加速愈合［13］。濃度過低，基質和細胞因子分泌不足，將限制細胞的生長。濃度過高，細胞之間將過早發生接觸抑制，在取材上也有困難。夏萬堯、曹誼林等的實驗選擇濃度從10×106/ml～70×106/ml的細胞進行探究，并作HE、Safranin染色觀察，結果確定接種細胞濃度為50×106/ml時形成的軟骨組織最佳［4］。至于骨組織形成的最佳細胞濃度尚有待進一步探究和探索。

2.1.4成骨細胞和環境的關系

2.1.4.1成骨細胞和細胞基質(ECM)的關系摘要：

成骨細胞的ECM包括無機和有機兩部分，無機鹽以羥基磷在石形式存在，主要功能為增強骨組織的力學強度；有機成分以Ⅰ型膠原為主，還包括骨鈣素，骨橋蛋白，骨連接蛋白，纖維連接蛋白，層粘連蛋白等無定形基質。目前認為有機成分在成骨細胞增殖、分化過程中發揮重要功能。Nolan［15］等證實成骨細胞在脫鈣骨基質上有很強的粘附和增殖能力。其中Ⅰ型膠原可刺激多潛能間充質細胞向成骨細胞方向轉化，并促進成骨細胞表達堿性磷酸酶。

2.1.4.2成骨細胞和物理力的關系摘要：

把細胞基質結合物放入鑄模里，使它們承受減切力、張力和其他一些在生長過程中受到的已知力，這也是設計和組織工程所需要的。施加物理力是形成和推動基因活動的重要因素，探究證實機械應力可促進成骨細胞表達β1Intergrin,從而增加成骨量［16］。

2.1.4.3成骨細胞和血管內皮細胞的關系摘要：在骨的改建過程中，成骨和血管化是密切相關的。血管內皮細胞可合成和分泌一系列可溶性的調節介質，包括生長因子和細胞因子，這些因子具有控制成骨細胞增殖、分化等功能；另一方面，Wang［17］等證實成骨細胞能分泌血管內皮細胞生長因子(VEGF)、FGF等促血管形成因子，功能于內皮細胞，促進血管形成。

2.2生物可降解材料

生物可降解材料又稱為細胞外支架材料，理想的材料應具備下列條件摘要：(1)良好的生物相容性；(2)良好的生物降解性，材料可最終被受植床組織完全替代；(3)易加工成型，并具一定的強度，抑制后能保持原狀；(4)材料表面易于細胞粘附且不影響其增殖分化。

組織工程中應用的材料有天然材料和人工合成的高分子聚合物材料。天然材料如膠原、脫礦骨等；目前最受人青睞的材料是一些合成的生物降解聚合物如聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)和PLA/PGA共聚物。PLA和PGA具有良好的生物相容性和生物降解性，其代謝產物可通過代謝途徑或經腎臟排出體外。學者們對這類材料探究取得了較大的進展，如Whang等［18］采用層壓技術將聚合物制成三維立體多孔結構，其孔隙率達90%，孔的平均大小在16～32microm，組織形態學觀察其成骨量要明顯高于對照組，這樣的微孔結構給種植細胞提供了較大的粘附面并有利于粘附的細胞和四周環境交換營養、氣體和廢物排泄。

最近有學者用脫乙酰的甲殼質(chitosan)和磷酸三鈣(TCP)復合的海綿球作為成骨細胞培養的基質，發現該材料促進了成骨細胞的增殖和分化，有較高的堿性磷酸酶的表達及礦物化；光鏡和電鏡顯示成骨細胞很好地附著在海綿球表面，并在14天時看到骨樣物質的沉積［19］。

2.3生長調節因子

生長調節因子主要是生長因子和細胞因子。在組織工程中，某些種子細胞在體外傳代培養后，經過一段時間后，細胞極易衰老，而生長因子能調節骨種子細胞的增殖和分化。對成骨細胞起著重要調節功能的生長因子有轉化生長因子β(TGFβ)，胰島素樣生長因子(IGF)，骨形態發生蛋白(BMP)，堿性成纖維細胞生長因子(bFGF)，血小板衍生生長因子(PDGF)等。

成骨細胞本身可合成分泌TGFβ，細胞膜上有TGFβ的特異性受體，TGFβ功能于體外培養的成骨細胞，抑制其DNA的合成和AKP活性，促進膠原蛋白和非膠原蛋白的合成［20］。bFGF起著形態發生因子和促有絲分裂功能，刺激骨細胞的DNA合成，減弱OC、AKP的mRNA表達。PDGF可促進成骨細胞增殖，但對膠原合成無影響。BMP可誘導血管四周間充質細胞不可逆地向成骨細胞系方向轉化，提高成骨細胞的AKP活性。IGF在骨組織中含量較高，約(1mg/kg)，可刺激成骨細胞增殖，促進膠原蛋白的合成。

Strayhorn［21］等采用鼠成骨前細胞株MC3T3E1和Northern雜交分析法探究了各類生長因子對成骨細胞增殖及相關基因的表達，顯示單用PDGF抑制IGFmRNA的表達，阻斷了骨鈣素基因的表達，而單用IGF及BMP增加相關基因的表達。探究同時發現PDGF/IGF合用明顯增強增殖分化相關基因的mRNA表達，促進了骨的形成。由此可見，生長因子之間的協同或拮抗功能還是很明顯的，單一生長因子的功能或其濃度和劑量的改變是否會影響成骨細胞的增殖分化尚待進一步探究。

2.4臨床前試驗探究

臨床前試驗也即動物實驗，其目的在于了解成骨細胞在體內的生長代謝、成骨情況以及生物材料的特性。

2.4.1成骨細胞—生物降解材料復合物移植于皮下的成骨功能

Levy［22］等在體外培養探究的基礎上，將成骨細胞—PGA復合體移植到裸鼠背部皮下觀察其成骨情況。植入后6周觀察有軟骨形成，在侵入的血管四周有新生的骨組織；20周時，可見大塊骨組織形成。由此可見，成骨細胞—生物材料植入體內后先形成軟骨，然后經歷血管侵入和形態發生而形成骨組織。

2.4.2成骨細胞—生物降解材料復合物移植修復缺損

Lewandrowski［23］等用種植有成骨細胞聚合物修復骨缺損，以單純聚合物植入作對照，發現實驗組在術后1周即出現編織骨組織形成，至第4周時，新生骨組織漸趨成熟，至第8周時，缺損完全為骨組織充填，生物材料已完全降解吸收，未見免疫細胞浸潤，Safrainin0染色陽性。

用帶血管蒂的骨修復骨質缺損有很多優點，但這種移植材料取材極有限，能否利用組織工程技術來制造這種帶蒂的骨修復材料又是當今的一大熱點。已有學者［24］從胎牛肱骨骨膜分離的成骨細胞種植到聚合物支架上，體外培養2周后，將成骨細胞—聚合物復合體移植到無胸腺大鼠的右股血管四周，術后9周形成了新生的骨組織，最終形成了帶血管蒂的小梁骨。

3組織工程學在頜骨缺損修復中的應用

下頜骨缺損的修復(尤其是腫瘤性的)一直是口腔頜面外科的難題，探究合適的骨缺損修復材料顯得尤為必要。Henning［25］等在制作小豬下頜骨缺損模型的基礎上，把聚乳酸和成骨細胞的復合物植入缺損區，再加上bFGF，采用三維模式觀察骨組織的生長情況。結果發現新生骨組織均可在此支架上附著，并提出了較適宜的bFGF濃度為8μg/ml。組織工程骨再造在頜骨缺損修復的臨床前試驗有待進一步探究。

4組織工程骨再造的應用前景和存在新問題

以細胞和生物降解聚合物復合移植來恢復、保持和改善組織功能為特征的組織工程學技術為骨的修復提供了新的方法［26］，和其他骨修復方法相比具有以下優點摘要：(1)需要的供體組織少(細胞可在體外培養、增殖)；(2)可根據修復缺損的需要將植入物制成精確的三維外形。我們可以通過成骨細胞和生物降解材料的混合培養、骨的塑形及動物實驗來進行特定形態骨再造的探究，以此可以修復大量的腫瘤性骨缺損的病例，其應用前景是光明的，但仍存在下列新問題摘要：(1)現有的合成性生物降解聚合物強度不足，受力時易變形，這樣會損傷移植的細胞，材料性能有待進一步探究；(2)種子細胞的衰老新問題，尚需進一步探究生長因子對成骨細胞的功能；(3)對于非凡解剖形態的頜骨部位，如何將細胞—生物材料復合體固定到骨缺損區也是一個重要新問題。

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