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组织工程治疗股骨头坏死软骨下分离的适用技术

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中国组织工程研究 2024年第21期28卷 3385-3392页

作者：黄艺轩陈浩薛鹏席洪钟何帅孙光权杜斌刘锌南京中医药大学附属医院江苏省南京市210029

背景:股骨头坏死出现新月征是病情进程的“分水岭”,修复和稳定骨-软骨界面对阻止病情继续进展和预防股骨头塌陷尤为重要。利用组织工程学同步修复、整合骨-软骨界面具有潜在优势。目的:综述探讨解决股骨头坏死软骨下分离的潜在适宜技... 详细信息

背景:股骨头坏死出现新月征是病情进程的“分水岭”,修复和稳定骨-软骨界面对阻止病情继续进展和预防股骨头塌陷尤为重要。利用组织工程学同步修复、整合骨-软骨界面具有潜在优势。目的:综述探讨解决股骨头坏死软骨下分离的潜在适宜技术。方法:检索1970年1月至2023年4月PubMed、Web of Science及中国知网、万方数据库中发表的相关文献,英文检索词:“Femoral head necrosis,Avascular necrosis of femoral head,Osteonecrosis of femoral head”等,中文检索词:“股骨头坏死,软骨下骨,软骨,软骨与软骨下骨整合”等,最终纳入114篇文献进行综述分析。结果与结论:①结构缺陷、缺血缺氧环境、炎症因素和应力集中可能造成股骨头坏死软骨下分离现象,软骨下骨分离会造成塌陷进展,并且可能与保髋手术失败相关,利用组织工程支架实现支架与骨-软骨界面的整合是治疗股骨头坏死软骨下分离的潜在方法之一。②目前的文献研究表明,多相、梯度支架和复合材料在促进骨、软骨细胞黏附与增殖,骨软骨基质的沉积方面均有提升,有助于支架与骨-软骨界面的整合,对治疗股骨头坏死软骨下分离有参考价值。③通过对支架表面进行修饰可以提高与界面整合的效率,但有各自不同的优缺点,提供不同环境的支架能够诱导同种间充质干细胞差异分化,有助于不同界面之间的整合。④未来有望应用于股骨头坏死软骨下分离的支架应为复合材料,具有梯度化和差异化的仿生结构,通过表面修饰和干细胞加载促进骨-软骨界面与支架的整合以实现治疗目的,但仍需进一步研究验证,而支架的降解速率与修复进度同步和不同界面之间的稳定性是未来需要解决的主要问题。

关键词：股骨头坏死新月征软骨下分离骨软骨界面骨软骨组织工程界面整合复合材料仿生支架表面修饰间充质干细胞

微电场对人脐带间充质干细胞增殖和成骨分化的影响

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中国组织工程研究 2024年第13期28卷 1983-1988页

作者：刘中李克威王敏刘文惠张蕾蕾郭松钱晖付强上海交通大学医学院附属第一人民医院骨科上海市200080 江苏大学医学院江苏省镇江市212013

背景:电刺激是一种可用于诱导细胞增殖、分化、凋亡等各种细胞活动的物理方法,诱导干细胞成骨分化将有利于骨的再生。目的:观察微电场是否可以促进人脐带间充质干细胞的增殖与成骨分化。方法:从人新鲜脐带组织获取脐带间充质干细胞,待... 详细信息

背景:电刺激是一种可用于诱导细胞增殖、分化、凋亡等各种细胞活动的物理方法,诱导干细胞成骨分化将有利于骨的再生。目的:观察微电场是否可以促进人脐带间充质干细胞的增殖与成骨分化。方法:从人新鲜脐带组织获取脐带间充质干细胞,待细胞培养传代至第3代接种于6孔板内,24 h后分别给予0,50,100 mV/mm微电场刺激,刺激频率为每天1 h,连续刺激3 d,然后用显微镜观察细胞生长情况与形态变化,CCK-8和EdU染色法检测细胞的增殖情况,茜素红染色检测细胞的成骨分化能力,Western blot检测ERK通路蛋白的表达水平。结果与结论:①50,100 mV/mm组人脐带间充质干细胞的吸光度值和增殖细胞数目显著高于未刺激组(P<0.05);②微电场刺激前后人脐带间充质干细胞均能诱导分化为骨细胞,但50,100 mV/mm组的成骨分化速度比未刺激组快;③50,100 mV/mm组的p-ERK1/2蛋白表达高于未刺激组,且100 mV/mm组与未刺激组比较差异有显著性意义(P<0.05);④微电场促进人脐带间充质干细胞增殖的机制可能是通过促进ERK的磷酸化实现的。

关键词：微电场细胞增殖人脐带间充质干细胞细胞分化

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光生物调节诱导间充质干细胞的成骨分化

中国组织工程研究 2024年第19期28卷 3069-3075页

作者：宋悦舒晴贾绍辉田峻武汉体育学院运动医学院湖北省武汉市430079 武汉大学中南医院康复医学科湖北省武汉市430071

背景:间充质干细胞是从多种组织中分离出来的多能基质细胞,能够在特定的条件下分化为成骨细胞,光生物调节作为一种外部刺激能够单独或与其他诱导物联合使用加速间充质干细胞成骨分化的进程,从而为解决系列骨疾病提供新的思路。目的:综... 详细信息

背景:间充质干细胞是从多种组织中分离出来的多能基质细胞,能够在特定的条件下分化为成骨细胞,光生物调节作为一种外部刺激能够单独或与其他诱导物联合使用加速间充质干细胞成骨分化的进程,从而为解决系列骨疾病提供新的思路。目的:综述光生物调节诱导间充质干细胞成骨分化的相关研究及机制,旨在为选用间充质干细胞作为种子细胞的骨组织工程奠定理论基础,并提出一些发展方向的建议。方法:检索中国知网、PubMed及Wed of Science数据库近年来发表的相关文献,中文检索词为“光生物调节,低功率激光,低水平激光,发光二极管,间充质干细胞,成骨分化,生物材料”;英文检索词为“Photobiomodulation,low level laser(light),light-emitting diode(LED),mesenchymal stem cell,osteogenic differentiation,Biomaterials”,最终纳入88篇文献进行分析。结果与结论:①以低水平激光和发光二极管为代表的光生物调节对于促进间充质干细胞的增殖与分化有着积极的影响。②光生物调节诱导间充质干细胞成骨分化的可行性已在细胞实验、动物实验中得到验证,一方面,光生物调节能够通过激活相关信号通路、上调成骨标志物的表达促进干细胞在体外扩增与分化;另一方面,光生物调节可以提高系统移植的干细胞体内存活率及归巢效应,缩短骨缺损愈合时间。但是光生物调节存在双相剂量效应,各项研究中激光参数、实验环境及细胞类型等要素参差不齐,使得研究结果缺乏一致性,难以推广。③光生物调节可以与生物材料、其他物理因子及药物联合使用加速干细胞成骨分化的进程。④总之,光生物调节因其无创、高效且无明显副反应等优势在医疗领域的应用逐渐广泛;近年来,其在骨组织工程中的作用也逐渐凸显,为骨缺损等疾病的治疗提供了新策略,后续研究应进一步探索光生物调节的标准化治疗参数。

关键词：光生物调节低水平激光低功率激光发光二极管间充质干细胞成骨分化细胞实验动物实验物理因子治疗生物材料

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中药有效成分治疗骨关节炎机制中的信号通路

中国组织工程研究 2024年第4期28卷 609-614页

作者：刘潞兴狄鸣远杨强天津中医药大学天津市301617 天津医科大学天津市300070 天津医院脊柱外科天津市300210

背景:骨关节炎是一种慢性骨骼肌肉退变性疾病,发病率呈现逐年增加的趋势,但是其发病机制尚未明确。常用的药物有非类固醇类抗炎药、糖皮质激素等,但此类药物的不良反应会降低患者的依从性,因此最终影响了治疗效果,而中药有效成分因具备... 详细信息

背景:骨关节炎是一种慢性骨骼肌肉退变性疾病,发病率呈现逐年增加的趋势,但是其发病机制尚未明确。常用的药物有非类固醇类抗炎药、糖皮质激素等,但此类药物的不良反应会降低患者的依从性,因此最终影响了治疗效果,而中药有效成分因具备安全性等特点被研究者们所密切关注。目的:综述近些年中药有效成分对于骨关节炎相关信号通路影响的研究进展,为防治骨关节炎的新药研发、基础研究以及临床应用提供思路和理论依据。方法:通过检索中国知网、万方、维普、PubMed、GeenMedical等数据库,检索近十年相关文献,以“骨关节炎、中药、中药成分、软骨细胞、炎症、信号通路、作用机制”“OA、Chinese traditional medicine、active ingredients of traditional Chinese medicine、Chondrocyte、Inflammation、Signal pathways、Mechanism”等作为检索词进行检索,排除无关重复且年代较久的文献,最终筛选63篇文献进行探究。结果与结论:中药有效成分主要通过Wnt/β-catenin、NK-κB、P38 MAPK、PI3K/Akt、JAK2/STAT3等信号通路调节相关炎症因子的水平,促进软骨细胞的增殖分化,调控软骨细胞凋亡,延缓软骨细胞退变,从而减缓骨关节炎病情的进展。

关键词：中药有效成分骨关节炎信号通路作用机制研究进展

异基因造血干细胞移植后短期内死亡的危险因素分析

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中国组织工程研究 2024年第13期28卷 2009-2016页

作者：高思雨姚莉红边志磊张素平李丽范金鹏秦菁彭英楠万鼎铭郑州大学第一附属医院河南省郑州市450052 黄河三门峡医院河南省三门峡市472000

背景:异基因造血干细胞移植是治愈各种血液病的有效甚至唯一手段,但患者移植后短期内死亡率较高。目的:探讨影响血液病患者异基因造血干细胞移植后短期(100 d)内总体生存的危险因素,旨在降低异基因造血干细胞移植后短期(100 d)内死亡率... 详细信息

背景:异基因造血干细胞移植是治愈各种血液病的有效甚至唯一手段,但患者移植后短期内死亡率较高。目的:探讨影响血液病患者异基因造血干细胞移植后短期(100 d)内总体生存的危险因素,旨在降低异基因造血干细胞移植后短期(100 d)内死亡率及有效预防相关危险因素。方法:回顾性分析于2018-01-01/2021-06-30在郑州大学第一附属医院造血干细胞移植中心行异基因造血干细胞移植的585例血液病患者的临床资料,探究影响血液病患者异基因造血干细胞移植后100 d内总体生存的危险因素。结果与结论:共585例血液病患者行异基因造血干细胞移植,92例死于移植后100 d内,死亡率为15.7%(92/585),死亡时中位年龄为26.5岁(1-56岁),死亡病例的中位生存时间为48 d(0-97 d)。单因素分析显示,年龄≥14岁、发生急性移植物抗宿主病、Ⅳ度急性移植物抗宿主病、细菌血流感染及耐碳青霉烯类革兰阴性杆菌血流感染是影响异基因造血干细胞移植后100 d内总体生存的危险因素(P<0.05);多因素分析显示,年龄≥14岁、发生Ⅲ-Ⅳ度急性移植物抗宿主病、细菌血流感染及耐碳青霉烯类革兰阴性杆菌血流感染是影响异基因造血干细胞移植后100 d内总体生存的独立危险因素,相对危险度分别为1.77(95%CI 1.047-2.991),7.926(95%CI 3.763-16.695),2.039(95%CI 1.117-3.722),3.389(95%CI 1.563-7.347)。结果表明:异基因造血干细胞移植后短期内全因死亡率较高,对于移植后短期内合并细菌血流感染、Ⅲ-Ⅳ度急性移植物抗宿主病的患者需及时发现、给予有效治疗,从而改善异基因造血干细胞移植的疗效。

关键词：异基因造血干细胞移植急性移植物抗宿主病血流感染耐碳青霉烯类革兰阴性杆菌血流感染危险因素

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物理因子促进干细胞的成骨分化

中国组织工程研究 2024年第7期28卷 1083-1090页

作者：王姗姗舒晴田峻武汉体育学院运动医学院湖北省武汉市430079 武汉大学中南医院康复医学科湖北省武汉市430071

背景:针对骨缺损传统修复方法的局限性,干细胞广泛应用于再生医学的研究。化学性因子是当前的研究热点,但是近年来的研究证实,国内外应用物理因素调控干细胞分化的研究不断深入,物理因子联合生物支架在骨组织工程中为解决骨缺损修复难... 详细信息

背景:针对骨缺损传统修复方法的局限性,干细胞广泛应用于再生医学的研究。化学性因子是当前的研究热点,但是近年来的研究证实,国内外应用物理因素调控干细胞分化的研究不断深入,物理因子联合生物支架在骨组织工程中为解决骨缺损修复难题提供了一种新的思路和方法,具有良好的发展前景。目的:就物理因子如电磁场、超声等对干细胞成骨分化的分子机制以及信号通路的调控、在骨组织工程中应用的可行性等方面做一总结。方法:应用计算机检索中国知网和PubMed数据库中近20年的相关文献,在标题和摘要中以“干细胞,骨缺损,成骨分化,电磁场,超声,冲击波,低强度激光,机械力,骨组织工程”或“stem cell,osteoporosis,osteogenic differentiation,Electromagnetic Fields,Ultrasound,Bone Tissue Engineering”为检索词进行检索,对相关文章94篇进行综述分析。结果与结论:(1)物理因子作为一种无创、非接触的辅助疗法对骨组织工程有着显著影响,在调控干细胞的成骨分化、促进细胞的增殖以及在骨工程支架内的生存能力方面有着积极作用。(2)除了激活信号通路和成骨基因转录外,物理因子还可以改善血管化、增加支架中形成的骨的体积、面积和厚度,可以促进骨整合,提高骨支架再生健康骨组织的成功率。(3)然而,将物理因子用于骨组织工程的研究均采用不同的实验条件,如支架类型、细胞类型及干预条件等,无法直接进行比较以确定最佳参数设置,在临床应用中,这些不同干预对促进骨折愈合的有效性研究结果也缺乏一致性,因此未来还需要进一步确定物理因子用于骨组织工程的最佳参数。(4)总体而言,物理因子作为一种理想的辅助疗法,在与各种生物材料结合并应用于骨组织工程方面具有巨大的潜力。

关键词：干细胞骨缺损成骨分化电磁场超声冲击波低强度激光机械力骨组织工程

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韧带损伤影响腰椎稳定性的生物力学特征

中国组织工程研究 2024年第21期28卷 3286-3292页

作者：李银倩吕杰丁立军王多多郭潘靖曹金凤周楠吕强上海健康医学院康复学院上海市201318 上海健康医学院医疗器械学院上海市201318 上海理工大学健康科学与工程学院上海市200093 上海大学期刊社上海市200444 上海中医药大学附属岳阳中西医结合医院上海市200437

背景:韧带是维持腰椎稳定的重要结构,由于产生的机械应力这些结构容易退化,而对于韧带损伤的研究较少。目的:基于三维有限元模型模拟韧带损伤,确定各个韧带在运动状态下的活动度及应力方面的作用,系统探讨韧带受损对腰椎稳定性的影响和... 详细信息

背景:韧带是维持腰椎稳定的重要结构,由于产生的机械应力这些结构容易退化,而对于韧带损伤的研究较少。目的:基于三维有限元模型模拟韧带损伤,确定各个韧带在运动状态下的活动度及应力方面的作用,系统探讨韧带受损对腰椎稳定性的影响和生物力学意义。方法:建立腰椎L4-L5有限元模型,约束L5下表面所有自由度,施加5 N·m力矩模拟腰椎的各个运动状态,通过改变韧带弹性模量模拟韧带渐进式受损。结果与结论:①大部分韧带损伤伸展活动度都出现了明显的增大;相比之下侧弯活动度无明显变化。②关节囊韧带受损后前屈、后伸和侧弯的活动度明显增大;前纵韧带受损后伸展活动度明显增大;横突韧带损伤导致侧弯活动度明显增大。③单韧带损伤后,伸展时活动度变化最为显著;单韧带受损后剩余韧带应力增大,尤其是关节囊韧带;整体来看棘间韧带和黄韧带应力变化最不明显;韧带应力在侧弯状态下变化最小,而扭转状态下变化最大。④韧带受损并未导致椎间盘压力发生重大变化,提示韧带损伤导致腰椎活动度增大,影响腰椎稳定性。⑤关节囊韧带稳定前屈、后伸和侧弯;前纵韧带稳定后伸;横突韧带稳定侧弯。⑥后伸运动对韧带损伤敏感,可通过后伸运动检查韧带病理变化。⑦单韧带损伤后剩余韧带给予应力补偿以维持腰椎稳定性。⑧棘间韧带和黄韧带损伤对周围韧带影响最小,关节囊韧带损伤对周围韧带影响最大。⑨韧带损伤对侧弯运动下的剩余韧带应力影响最小,而对扭转运动下的韧带应力影响最大,韧带损伤患者应避免扭转运动;韧带损伤不影响椎间盘压力。

关键词：有限元腰椎韧带渐进性损伤生物力学

骨痹通消颗粒干预激素性股骨头坏死小鼠模型的作用及机制

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中国组织工程研究 2024年第16期28卷 2599-2604页

作者：方祥周正新朱磊芮仞许茂玉朱彩玉安徽中医药大学安徽省合肥市230038 安徽医科大学庚玖临床学院安徽省合肥市230041 安徽中医药大学第一附属医院骨科安徽省合肥市230038

背景:研究发现,糖皮质激素可抑制甲状旁腺素1受体(parathyroid hormone typeⅠreceptor,PTH1R)/蛋白激酶A(protein kinase A,PKA)信号轴中关键基因表达,干扰骨髓间充质干细胞向成骨、成血管方向分化,导致骨内血供、骨组织结构的破坏。... 详细信息

背景:研究发现,糖皮质激素可抑制甲状旁腺素1受体(parathyroid hormone typeⅠreceptor,PTH1R)/蛋白激酶A(protein kinase A,PKA)信号轴中关键基因表达,干扰骨髓间充质干细胞向成骨、成血管方向分化,导致骨内血供、骨组织结构的破坏。课题组前期研究结果表明骨痹通消颗粒可诱导血管形成、抑制成骨细胞凋亡,对激素性股骨头坏死具有一定的防治作用,其机制尚未明确。目的:观察骨痹通消颗粒对激素性股骨头坏死模型小鼠的治疗效果,从PTH1R/PKA信号轴探讨其作用机制。方法:采取腹腔注射脂多糖和臀肌注射醋酸泼尼松龙建立激素性股骨头坏死模型,将造模成功的60只C57小鼠随机分成模型组、骨痹通消颗粒组和通络生骨胶囊组,每组20只,另选取12只健康小鼠作为正常对照组,分别灌胃相应药物12周后,苏木精-伊红染色观察股骨头组织形态学变化,酶联免疫吸附测定法检测血清中骨碱性磷酸酶、Ⅰ型氨基端延长肽、甲状旁腺激素、骨钙素、碱性磷酸酶水平,Western blot和RT-qPCR法检测股骨头组织中PTH1R、PKA、MEF2、SOST、GNAS的蛋白及基因表达水平。结果与结论:骨痹通消颗粒可能通过降低小鼠血清甲状旁腺激素水平,抑制PTH1R/PKA信号轴的激活,进一步上调SOST、MEF2的表达,提高骨碱性磷酸酶、Ⅰ型氨基端延长肽、骨钙素、碱性磷酸酶水平,从而改善股骨头坏死情况,与通络生骨胶囊干预效果相当,推测骨痹通消颗粒可能通过调节PTH1R/PKA信号轴发挥防治激素性股骨头坏死的作用。

关键词：骨痹通消颗粒通络生骨胶囊激素性股骨头坏死 PTH1R PKA 甲状旁腺激素

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白细胞介素9缺失抑制小鼠的成骨能力

中国组织工程研究 2024年第26期28卷 4178-4183页

作者：王怡陈迟迟周熙超施勤苏州大学附属第一医院骨科苏州大学骨科研究所江苏省苏州市215006

背景:小鼠成骨能力受到JAK/STAT通路的调控,白细胞介素9能够通过JAK-STAT通路调控多种细胞的功能,有潜力成为调控成骨能力的新型细胞因子。目的:探究体内白细胞介素9的缺失对于小鼠成骨能力的影响。方法:将2月龄野生型小鼠(WT)和白细胞... 详细信息

背景:小鼠成骨能力受到JAK/STAT通路的调控,白细胞介素9能够通过JAK-STAT通路调控多种细胞的功能,有潜力成为调控成骨能力的新型细胞因子。目的:探究体内白细胞介素9的缺失对于小鼠成骨能力的影响。方法:将2月龄野生型小鼠(WT)和白细胞介素9基因全敲除小鼠(IL-9^(-/-))股骨进行Micro-CT扫描,分析其骨量变化;并分别对小鼠股骨切片行苏木精-伊红染色、Masson染色以及Ⅰ型胶原蛋白免疫组化染色。提取2月龄WT和IL-9^(-/-)小鼠骨髓细胞进行骨髓间充质干细胞克隆形成实验,并检测成骨基因的表达。为了进一步验证白细胞介素9是否通过JAK-STAT通路进行信号传导,采用Westernblot检测STAT3蛋白的表达。结果与结论:①Micro-CT扫描结果显示,相较于WT小鼠,IL-9^(-/-)小鼠的骨量显著降低,骨密度、骨体积分数、骨小梁数目显著降低,骨小梁分离度显著增大;②苏木精-伊红染色与Micro-CT结果一致,IL-9^(-/-)小鼠骨小梁密度更低;③Ⅰ型胶原蛋白免疫组化染色以及Masson染色结果显示,IL-9^(-/-)小鼠Ⅰ型胶原蛋白阳性成骨细胞数量显著减少,同时胶原形成能力更差;④克隆形成实验结果表明,IL-9^(-/-)小鼠成骨细胞的矿化能力显著低于WT小鼠;⑤Western blot结果显示,成骨诱导激活STAT3信号传导,WT成骨诱导组pSTAT3表达明显高于IL-9^(-/-)成骨诱导组,说明白细胞介素9通过JAK-STAT3通路调控成骨,白细胞介素9的缺失抑制成骨细胞的分化与功能,这可能是IL-9^(-/-)小鼠骨量降低的原因之一。

关键词：白细胞介素9 骨质疏松间充质干细胞成骨能力成骨诱导成骨矿化