骨关节炎疗法

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秋冬季高发,号称不死癌症的膝骨关节炎 [复制链接]

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我国骨关节炎患者超过人口总数的10%,且发病率随年龄增加而增高。中华医学会骨科学分会在年发布的更新版《骨关节炎诊治指南》明确提出:骨关节炎是一种严重影响患者生活质量的关节退行性疾病,给患者、家庭和社会造成巨大的经济负担。其中,膝骨关节炎是导致患者致残、慢性疼痛的最常见病因。年-年,我国膝骨关节炎发病率增长为45%,致残率位居全球第二位。

什么是膝骨关节炎?

膝骨关节炎(kneeosteoarthritis,KOA)是临床最常见的慢性退行性骨代谢疾病,也是最常见的老年疾病之一,与衰老、创伤等因素有关,致残率高达53%,是成人残疾的主要原因。

KOA在全世界范围内的发病率很高,在全球范围内统计的种疾病中,该病的患病人数从年的万增加到年的万。流行病学研究报告显示我国KOA的发病率为5.5%-10.8%。

KOA典型特征是关节软骨退变,包括软骨降解、关节滑膜纤维化、关节局部炎症、软骨下骨硬化、骨髓病变、骨赘形成等一系列的退行性病变,最终引起关节疼痛、僵硬、失用等行为功能障碍。因此,关节软骨代谢异常引起的软骨退变是KOA的主要发病机制,软骨修复是KOA早中期治疗的主要目标。

为什么软骨损伤如此难以修复?

关节软骨主要由软骨细胞与基质组成。其中,软骨细胞占成熟组织体积的10%以下,负责维持基质。基质主要由水(占70%~85%)、Ⅱ型胶原(占10%-20%)、蛋白多糖(占5%-10%)组成。关节软骨主要靠滑液的弥散来获取营养,只有在反复负载的情况下才能保持正常的代谢。

软骨组织无血管、神经及淋巴引流。故成年的软骨一旦破坏,因缺乏血供则不能使纤维蛋白凝块形成,或炎性细胞和未分化细胞从血管迁移到组织损伤部位进行修复。此外,软骨缺少能够迁移、增殖并参与修复反应的未分化细胞。而仅有的高分化的软骨细胞,既无法穿过致密的胶原-蛋白多糖基质到达受损处,又不能很好促进基质合成。

临床常见的修复软骨损伤的方法有:传统的包括骨软骨成形术、软骨下骨钻孔术、微骨折术,组织工程学治疗包括骨膜或软骨膜移植术、自体(马赛克成形术)或异体骨软骨移植、自体软骨细胞种植(ACI)、基质诱导的自体软骨细胞移植(MACI)、关节软骨原位再生技术等。

比较以上的手术方式发现,传统治疗多依赖软骨的自主修复,新生的组织多是纤维软骨,其性能较正常软骨差;而组织工程学技术获取的组织虽更接近透明软骨,但又存在体外培养中软骨细胞来源不足的问题,而且软骨细胞属分化终末期细胞,体外培养传代后可能出现“失分化”现象,而逐渐丧失其表型,不再产生软骨特异性的基质成分;关节原位再生技术生成的组织虽然有软骨,但临床报道少。因此,在探索软骨修复的新策略方面,应侧重于寻找更为理想的种子细胞。而间充质干细胞治疗是组织工程领域软骨损伤修复的研究热点,临床应用前景非常广阔。

什么是间充质干细胞?

间充质干细胞(mesenchymalstemcells,MSCs)具有多向分化潜能,能在特定条件下分化成软骨细胞,用于软骨修复,为KOA的局部治疗开辟一条新的途径。MSCs是一种具备向软骨细胞、脂肪细胞和骨细胞等间叶组织分化的能力,对人体结缔组织的支持维护起部分作用的成体干细胞,在人体骨髓、围产组织、脂肪等组织中广泛存在,临床上常用MSCs作为“种子细胞”来对患者进行治疗。

间充质干细胞治疗膝骨关节炎的机制:

01组织再生与修复作用

大多数学者认为MSCs在结缔组织的再生和损伤修复方面发挥着重要作用。研究发现MSCs组织修复的机制主要表现在两方面:自身分化形成组织细胞和促进周边细胞向缺损组织转化。一方面MSCs能直接分化形成相关组织来补充该损伤部位的缺损。干细胞体外实验表明,MSCs作为一种多能干细胞,其本身具备多向分化的能力。将MSCs进行单独培养,在培养基中加入转化生长因子β(transforminggrowthfactorβ,TGF-β),MSCs可向软骨细胞方向分化,研究人员可通过检测培养基中关节软骨的特殊成分如:硫酸软骨素、Ⅱ型胶原蛋白等直接观测到软骨组织的生成。由于MSCs本身所具备的分化能力,也催生了生物支架技术:将MSCs植入到生物支架中,培养一段时间后,再将生物支架植入软骨缺损部位,以其本身的软骨化能力,促进关节软骨的修复。

02旁分泌作用

另一方面,MSCs在受到周边微环境的作用时,可以分泌细胞活性因子促进其周围的细胞再生,这种旁分泌作用称为营养作用(trophic)。

目前认为,MSCs这种对周边细胞的旁分泌作用是促使软骨修复的主要途径。研究表明,MSCs通过细胞的出胞作用,形成大量外泌体(exosome),这些外泌体携带各种营养因子及MicroRNA(miRNA),通过旁分泌作用,促进周围细胞向软骨细胞转化。将MSCs所形成的外泌体分离单独培养,同样可以达到软骨修复的目的:研究人员构建了关节软骨缺损的大鼠模型,分别注射MSCs外泌体和磷酸盐缓冲液,在第6周和第12周解剖膝关节,在大体和镜下可以观察到明显再生的关节软骨。因此,有研究者认为,直接分离MSCs中针对软骨细胞修复而形成的外泌体并将其应用于临床,可能会是未来治疗OA的新方向。

但目前MSCs所生成的外泌体成分复杂,很难将其彻底完全解析。有研究者发现,将人脐带血MSCs内的血小板反应蛋白-2(thrombospondin-2,TSP-2)基因表达阻断后,与软骨母细胞共同培养,会使后者合成的硫酸软骨素和软骨生成减少;而在培养基中加入外源性的TSP-2后,会使软骨母细胞的软骨化能力增强。此外,研究人员还发现将TSP-2单独注入该模型中,软骨缺损处将出现少量的透明软骨,而将脐带血MSCs的TSP-2分泌进行阻断,再进行实验,则会发现透明软骨生成明显减少。因此,他们认为TSP-2是MSCs生成的外泌体中促进细胞向软骨细胞分化的有效成分之一。此外,miRNA作为一种可以特异性抑制目标蛋白基因表达的小分子备受

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