半月板損傷多年來一直是一個具有挑戰(zhàn)性的問題，特別是考慮到歷史上半月板被認為是一種在膝關節(jié)中沒有重要作用的結(jié)構(gòu)。這導致了早期的治療，旨在在稱為半月板切除術(shù)的過程中去除整個結(jié)構(gòu)。然而，隨著目前對半月板功能和作用的理解，半月板切除術(shù)已被確定顯著加速關節(jié)退化，并且不再是半月板撕裂的首選治療選擇。目前的治療方法現(xiàn)在集中于再生、修復或替換受傷的半月板以恢復其固有功能。隨著時間的推移，修復在技術(shù)和材料方面得到了改進，各種植入裝置被使用和開發(fā)。
最近，策略已應用干細胞、組織工程、以及它們的組合以增強愈合以實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)修復組織并延緩與受傷或功能不全的半月板相關的關節(jié)退化。因此，本綜述的目的是總結(jié)目前干細胞移植和組織工程進行半月板修復和再生的臨床前和臨床文獻。
干細胞療法在修復半月板損傷中的臨床研究進展
間充質(zhì)干細胞因其具多潛能分化潛力，可同時向纖維軟骨和關節(jié)軟骨分化，且有強大增殖能力、免疫調(diào)節(jié)能力、來源方便、損傷性小、可移植、低免疫原性等優(yōu)點。使其成為軟骨組織修復應用方面重要種子細胞，為治療半月板損傷治療提供了新方向。
干細胞技術(shù)修復半月板損傷四種機制
干細胞可分化為成骨細胞，脂肪細胞，軟骨細胞，滑膜細胞等多種組織細胞，且擁有良好免疫調(diào)節(jié)作用，因此應用干細胞技術(shù)用于修復骨及軟骨損傷具有較高研究和應用價值。
干細胞療法主要通過四種機制干預半月板損傷：
1）定向歸巢到損傷部位；
2）分化為不同細胞類型；
3）分泌為多種細胞因子參與免疫反應；
4）具有免疫抑制特性。
干細胞療法具體修復半月板損傷機制包括：干細胞可以抑制T細胞增殖及低水平表達主要組織相容性復合物（MHCⅠ、MHCⅡ），血管細胞黏附因子（VCAM-1），可以多潛能分化、參與旁分泌過程進行免疫調(diào)節(jié)。
當干細胞注入膝關節(jié)后會黏附在損傷半月板表面，為軟骨提供營養(yǎng)并分泌生長因子、細胞因子，促進祖細胞自我增殖，抑制軟骨凋亡，并且在體內(nèi)歸巢、存活、分化為軟骨細胞，產(chǎn)生細胞外基質(zhì)及表達細胞外基質(zhì)蛋白collagenⅠ和collagenⅡ，促進半月板組織重建，有效改善半月板。
干細胞治療半月板損傷臨床前研究
來自不同來源的簡單MSC注射已用于各種動物模型，以評估它們對組織再生和愈合的影響。最近，滑膜已被確定為MSCs的良好來源，因為這些細胞具有很高的增殖和成軟骨分化潛力。
表2總結(jié)了我們審查中包含的臨床前干細胞注射數(shù)據(jù)研究。
表 2. 使用干細胞注射的臨床前研究總結(jié)。
| 作者/年份 | 動物/缺陷模型 | 來源/細胞數(shù)量/傳遞方法 | 控制 | 結(jié)果衡量/時間表 | 結(jié)果 |
|---|---|---|---|---|---|
| 中川等人/2015 | 微型豬/內(nèi)側(cè)半月板全層縱向撕裂 | 同種異體滑膜MSCs/20×106/縫線修復+MSC懸浮液注射 | 縫合修復+脫細胞懸浮液 | 宏觀和組織分析、IMHC、TEM、MRI、生物力學分析/12 周 | 肉眼觀察：與對照組相比，MSC 組在所有時間點的得分都更好。組織學：與對照組相比，MSC組在所有時間點的得分均較高。TEM：MSC組有致密的膠原纖維，對照組無。MRI：MSC組的T1rho值比對照組更接近完整半月板。MSC組抗拉強度較高 |
| 初飾等人/2014 | 豬/內(nèi)側(cè)半月板前半切除術(shù) | 同種異體滑膜MSC/50 ×106×3/IA注射x3，滑膜MSC間隔2周 | PBS注射 | 宏觀和歷史分析。IMHCTEM MRI/16周 | 宏觀：兩組前內(nèi)側(cè)半月板再生。組織學：MSC組中Safranin-O染色較好，COL I和II染色在MSC組中表現(xiàn)出較大代表性。MSC組Mod Pauli評分較高。MRI：MSC組的再生區(qū)域顯得更有組織 |
| 費里斯等人/2014 | 馬/半月板撕裂 | 自體BMSCs/15–20× 106/關節(jié)鏡檢查+IA注射BMSCs | 既往手術(shù)數(shù)據(jù) | 返回工作崗位/24個月 | 18/24 (75%) 患有半月板損傷的馬恢復工作。9 恢復到之前的活動水平 |
| 阿卜杜勒-哈米德等人2005 | 狗/縱向全層半月板撕裂 | 自體BMSCs/2-4ml抽吸物/撕裂部位注射 | 撕裂未治療 | 希斯托，IMHC/12周 | 與對照組相比，注射組的愈合反應更好。組織：與對照相比，注射的血管生成、膠原蛋白沉積和成纖維細胞增殖 |
干細胞聯(lián)合組織工程修復半月板損傷
有關半月板再生的組織工程技術(shù)已將MSCs與工程支架和生長因子結(jié)合使用，以實現(xiàn)更有效和更好質(zhì)量的修復/再生組織。
表3總結(jié)了我們審查中包含的臨床前組織工程干細胞研究。
| 作者/年份 | 動物/缺陷模型 | 來源/細胞數(shù)量/傳遞方法 | 控制 | 結(jié)果衡量/時間表 | 結(jié)果 |
|---|---|---|---|---|---|
| 張等人/2009 | 山羊/內(nèi)側(cè)半月板前角全層缺損 | BMMSC轉(zhuǎn)染hIGF-1/30×106/mL/海藻酸鈣凝膠至缺損處 | 零處理缺陷 | 組織、TEM、GAG 檢測 MRI/16周 | BMMSC w/hIGF-1組具有較好的修復組織，無清晰邊緣。修復缺陷內(nèi)大量排列整齊的細胞。TEM顯示圓形橢圓形軟骨細胞樣細胞。 MRI：平滑連續(xù)前角控制更高的GAG含量 |
| 森口等人/2013 | Pig/內(nèi)側(cè)半月板4 毫米圓柱形缺損 | 滑膜MSC/0.2×106細胞—3周培養(yǎng)/3D基質(zhì)構(gòu)建體 (TEC) | 無處理 | 大體形態(tài) Histo/6個月 | 與對照相比，TEC植入的缺陷顯示出纖維軟骨修復和整合。組織：軟骨樣細胞，細胞核位于腔隙中 |
| 近藤等人/2017 | 猴/內(nèi)側(cè)半月板前角半月板部分切除術(shù) | 滑膜間充質(zhì)干細胞/0.25 × 10 6 /聚集體 | 零寶石 | 宏觀和組織分析MRI/8周 (n=3) 16周 (n=4) | 宏觀：在第8周和第16周時，對照組和具有MSC的MSC組的再生顯示出更大的內(nèi)側(cè)半月板。 組織：第8周時番紅-O輕微染色，第16周呈陽性。對照MRI中無染色：與對照相比，MSC組更接近完整的半月板。 |
| 德桑多等/2016 | 羊/單側(cè)內(nèi)側(cè)半月板切除術(shù) | 骨髓濃縮物或 BMSC/BMC：39× 106 BMSC：6×106/關節(jié)切開術(shù)骨髓或 BMMSC在HA網(wǎng)中 | 無處理 | 大體形態(tài) 顯微斷層掃描 組織 免疫組織學/12周 | BMC+HA組的半月板組織再生最大。與對照組相比，BMC和BMSC組均顯示出良好的細胞密度和蛋白聚糖含量。與BMSCs組相比，BMC+HA組Col II的表達高于I。 |
干細胞移植治療半月板損傷臨床研究
評估間充質(zhì)干細胞治療膝關節(jié)注射效果的臨床研究有限，但早期臨床數(shù)據(jù)表明結(jié)果令人鼓舞。目前，在臨床使用MSC注射液中沒有任何安全問題或副作用的報道。
迄今為止，只有一項隨機雙盲對照研究研究了內(nèi)側(cè)半月板切除術(shù)后MSC注射對膝關節(jié)的影響。該研究包含3組中的55名受試者，他們接受了同種異體MSCs的經(jīng)皮注射，其中一組接受50×106細胞，另一組接受150×106細胞，對照組僅接受HA。在12個月的隨訪中，MRI掃描結(jié)果報告，接受50×106細胞的患者中，半月板體積顯著增加。
帕克等人報告了一名患者接受超聲引導下自體脂肪干細胞 (ASC) 關節(jié)內(nèi)注射到膝關節(jié)以治療孤立的半月板撕裂的結(jié)果。最終的注射混合物含有ASC、富含血小板的血漿 (PRP)、HA和氯化鈣。該患者還接受了 PRP、HA和地塞米松的后續(xù)注射。對該患者進行了為期18個月的隨訪，并報告其膝關節(jié)疼痛評分和膝關節(jié)功能持續(xù)改善。3個月的MRI掃描報告半月板撕裂幾乎完全消退。超出該時間點的放射學評估不可用。因此，這項研究缺乏對照，仍然難以確定這種治療的功效。
Onoi等人最近的一篇論文報告了間充質(zhì)干細胞注射后兩名患者的第二次膝關節(jié)鏡檢查結(jié)果。然而，只有一名接受治療的患者進行了二次關節(jié)鏡檢查。該患者因內(nèi)側(cè)半月板后角的退行性撕裂而接受了部分半月板切除術(shù)。在間充質(zhì)干細胞注射后6個月，二次關節(jié)鏡檢查不僅顯示軟骨狀態(tài)得到改善，而且半月板切除部分得到修復。
| 作者/年份 | 研究類型/患者編號 | 來源/細胞數(shù)量 | 交貨方式 | 結(jié)果/跟進 | 結(jié)果 |
|---|---|---|---|---|---|
| 范斯內(nèi)斯等人/2014 | 隨機對照試驗/55 | 來自BMAC/A的同種異體MSC：50×106 B：150×106 | 經(jīng)皮膝關節(jié)注射 | MRI/VAS/Lysholm 膝關節(jié)評分/2年 | 3個月后成績明顯提高。12個 月時的12個月MRI：與對照組相比，MSC組的半月板體積顯著增加 |
| 帕克等人/2014 | 病例控制/1 | 腹部吸脂術(shù)/未報道 | 經(jīng)皮膝關節(jié)注射 | VAS、功能評定指數(shù)、ROM、MRI/18個月 | 3個月時MRI顯示沒有半月板撕裂的證據(jù)，18個月時癥狀改善且無癥狀 |
| 森特諾CJ等人/2008 | 病例控制/1 | 髂嵴 BMAC/45.6 × 10 6 | 經(jīng)皮膝關節(jié)注射 | VAS、功能評級指數(shù)、MRI/3個月 | MRI上半月板體積增加。 VAS分數(shù)從3.33降低至0.13 |
| 小野等人2019 | 病例報告/2 | 大腿抽脂/5.5×10 6 | 經(jīng)皮膝關節(jié)注射 | MRI/KOOS 關節(jié)鏡檢查/6個月 | 兩名患者在6個月的隨訪中均報告了更好的評分。第二次關節(jié)鏡檢查顯示半月板撕裂愈合 |
| 關谷等人/2019 | 案例系列/5 | 關節(jié)鏡采集的 滑膜組織/32–70× 106 | 關節(jié)鏡下移植自體滑膜間充質(zhì)干細胞懸液至縫合半月板病灶 | Lysholm膝關節(jié)評分 KOOS NRS 3DMRI/24個月 | Lysholm評分顯著提高1年。其他評分在2年內(nèi)顯著提高 3DMRI：淚水無法區(qū)分 |
干細胞聯(lián)合組織工程修復半月板損傷
從臨床角度來看，MSCs與組織工程的結(jié)合也是一個新興領域，更多的研究更多地集中在尋找軟骨缺損的解決方案上。懷特豪斯等人報告了5名患者的病例系列，其中BMMSCs被注射到膠原蛋白支架上，并使用垂直褥式縫合線縫合到無血管的半月板撕裂處。五分之三的患者在12個月后報告了積極的結(jié)果，臨床評分顯著提高。
| 作者/年份 | 研究類型/患者數(shù)量 | 來源/細胞數(shù)量 | 交貨方式 | 結(jié)果/跟進 | 結(jié)果 |
|---|---|---|---|---|---|
| 懷特豪斯等人/2017 | 案例系列/5 | 髂嵴 BMAC/1×106/cm?2 | 關節(jié)鏡下 MSC 注入膠原蛋白支架 | IKDC評分 Lysholm評分。ROM MRI/2年 | 3名患者報告臨床結(jié)果和MRI成像顯著改善 |
| 奧利沃斯-梅薩 /2019 | 案例系列/17 | s/cG-CSFx 3次抽血。 細胞分離分離培養(yǎng)CD 90+細胞/20×106 | 關節(jié)鏡下植入 MSC 細胞接種的聚氨酯支架與無細胞聚氨酯支架 | Lysholm評分 MRI/12個月 | 兩組的Lysholm分數(shù)都有所提高。沒有注意到組間差異。MRI Cartigram：細胞接種支架在9個月時有所改善，但在 12個月時降至初始值 |
結(jié)論
總之，現(xiàn)有文獻表明，間充質(zhì)干細胞在產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)半月板修復方面似乎是安全有效的。有令人信服的臨床前數(shù)據(jù)研究了各種細胞來源、支架甚至生長因子添加劑的影響。盡管如此，目前對于半月板再生的理想細胞來源和支架還沒有達成共識。目前數(shù)據(jù)的局限性包括缺乏長期隨訪、對照組和客觀結(jié)果終點。與關節(jié)軟骨再生相比，已有更多關于修復組織組織學、二次關節(jié)鏡檢查和放射成像的臨床研究報告，半月板干細胞治療研究仍然缺乏可靠的結(jié)果。
由于半月板組織的復雜表型和功能，半月板組織再生的解決方案是一個特別難以捉摸的解決方案，并且比軟骨再生的解決方案復雜得多。我們預計干細胞療法將在不久的將來變得更加有效，以幫助半月板修復方式，從而增加另一種武器來延緩膝關節(jié)可怕的OA進展。
參考資料：Jacob G, Shimomura K, Krych AJ, Nakamura N. The Meniscus Tear: A Review of Stem Cell Therapies. Cells. 2019 Dec 30;9(1):92. doi: 10.3390/cells9010092. PMID: 31905968; PMCID: PMC7016630.
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