异体骨规模化临床应用面临的主要问题和对策
2023-05-12
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当前，基础研究各环节存在的技术瓶颈制约了骨组织工程的临床规模化应用。异体骨材料将会得到合理的应用。
当前研发的单一支架异体骨材料各有利弊。例如，天然胶原蛋白和纤维蛋白凝胶组织相容性佳，然而机械性能较差。 可降解的人造材料如聚乳酸有其优点，但亲水性和组织相容性较弱。骨水泥、陶瓷或生物活性玻璃基于磷酸，具有良好生物相容性和骨传导性，但机械性能差，易碎，难以满足临床需求。复合材料的性能可以在一定程度上互相补充，但与临床需求仍存在差距。目前，羟基磷灰石是临床应用的主要材料。
其次，细胞选择和培养存在安全隐患。自体BMSCs的应用接近临床，但骨髓中干细胞的含量极低，必须先获得并在体外扩大。但研究表明，大24-40倍增长将进入衰老或生长停滞期，从而限制临床应用。基因工程方法异位表达端粒酶反转录酶，可消除多次细胞分裂引起的染色体端粒缩短，细胞可无限分裂，从而无限延长细胞寿命，但出于安全考虑，仅限于实验室。干细胞从体内到体外，细胞会出现行为变异和转型，体外扩增细胞进入体内后会异常生长。；体外细胞培养常规在培养液中加入胎牛血清，不可避免地会引发疯牛病等疾病或异体蛋白引发免疫反应。
另外，还有研究人员基于自体成体细胞，利用转基因技术，将4种基因OCT4、NANOG、SOX2、OCT3/4/LIN28、SOX2、C-MYC和KLF4转移到人体细胞中，获得类似异体胚胎干细胞的多能干细胞，增强增殖分化能力，满足治疗需要，但潜在的致瘤风险仅限于实验室。种子细胞的自体来源不能用来储备建造细胞库，急需时可以开始准备，体外扩增时间长，病人要等很久。同一种异体细胞可以预先储存在细胞库中作为种子细胞，但除了与自体细胞相同的培养问题外，还涉及到更复杂的免疫原性问题。研究发现，基质干细胞具有免疫调节作用，包括促进I型辅助T细胞向Ⅱ向下调整NK细胞释放干扰素--γ(IFN-γ)、与B细胞合成抗体，为了避免牛血清培养带来的风险，使用冷冻血浆或血小板裂解液代替牛血清，发现它不仅可以提高增值率，还可以改变形态学、免疫表型和分化能力，没有基因异常、并保持免疫修饰，抑制异体蛋白引起的淋巴细胞增殖，对裸鼠没有致瘤性，这为异体基质干细胞作为种子细胞建库提供了支持。
此外，研究发现CTLA4-Ig（cytotoxicTlymphocyte-associatedantigen44-Ig）它是一种综合免疫球蛋白，能有选择地阻断CD28和B7的信号传导通道，阻断T细胞的杀伤作用，产生免疫耐受。将CTLA4-Ig基因转移到异体MSCs，改变移植细胞的性质，避免或阻止宿主识别，降低异体细胞的免疫原性，从而成功实现异位成骨的组织工程骨；除干细胞外，研究表明胎儿骨细胞在免疫原性和成骨性方面优于骨髓干细胞，少量来源可满足种子细胞建库的需要；上述发现需要长期观察和论证。三是目前构建的缓释系统不能完全模拟成骨因子的缓释过程。转基因细胞移植或腺病毒感染局部细胞在局部生产细胞因子等一些常用的基因技术手段可能导致免疫反应、传染病和细胞恶变。第四，细胞在体内外构建过程中的生存状态是不确定的，因为细胞生存需要稳定的外部环境，包括温度、PH值、营养和氧气供应，体内细胞与毛细血管的距离为20-200。μm，在体外，细胞通过弥散获得营养和氧气，100-200。μm距离也可以实现。在体外三维结构中，很难获得异体骨的营养和氧气，复合细胞的结构质量逐渐下降；三维支架是在静态培养条件下发现的。