脐血在骨伤实验中的研究现况与展望

李永乐 何强

·综述·

脐血在骨伤实验中的研究现况与展望

李永乐 何强

脐血;脐血间充质干细胞;骨创伤

脐血又称胎盘血或脐带血，是在足月胎儿娩出之后，经结扎脐带断脐，通过脐静脉穿刺或切开引流收集到的残存在胎盘和脐带中的血液。研究发现脐血中含有丰富的干细胞，可用于造血干细胞移植，因此脐血多用于治疗血液系统疾病和免疫系统疾病。已证实脐血跟骨髓一样能促进骨折愈合，现就脐血在骨伤实验中的研究成果、研究方向、应用优势和问题展望阐述如下。

1 脐血细胞实验研究

1.1 脐血间充质干细胞分化成骨的潜能 脐血中含有丰富的干细胞，干细胞是具有多向分化的多功能细胞，被称为“万能细胞”。研究发现脐血间充质干细胞在体外可诱导分化为成骨细胞［1-3］。国内学者也对脐血间充质干细胞分化成骨潜能进行了研究，张赫［4］等，研究脐血间充质干细胞生物学特性和向成骨样细胞诱导分化时证实了脐血间充质干细胞可以在体外诱导分化为成骨样细胞。张积华［5］等，实验研究也论证了脐血间充质干细胞可以诱导分化为成骨样细胞这一观点。但是脐血间充质干细胞在体外可诱导分化为成骨细胞很大程度上依赖于诱导条件，且成骨活性较弱，骨化过程较慢。这一关键问题的解决有待于进一步研究，同时也指出新的研究方向。

1.2 脐血间充质干细胞在骨伤实验中的应用 脐血间充质干细胞在体外可诱导分化为成骨细胞，在骨伤修复实验中能否发挥作用引起国内外学者的浓厚兴趣。骨缺损会严重影响骨折愈合甚至造成骨不连，骨缺损的治疗对于骨科医生是一个挑战性的任务。研究发现使用脐血间质干细胞和骨基质为支架的组织工程化骨可以成功修复临界大小的大鼠颅骨缺损模型［6］。进而研究脐血间充质干细胞在骨折愈合中的影响，结果显示脐血间充质干细胞能有效的促进大鼠股骨骨折愈合［7］。相关研究显示脐血间充质干细胞有较强的诱导成骨作用，可以成功的修复兔股骨头缺损性坏死［8］。脐血间充质干细胞将为骨伤修复提供一个有效的治疗方案，也必会发挥重要的作用。

脐血间充质干细胞研究取得了令人兴奋的研究进展，有望成为理想的骨组织工程的种子细胞，虽然目前国内外关于脐血间充质干细胞在特定的条件下向成骨细胞诱导分化的研究已有较多报道证实，由于脐血干细胞在骨伤修复中的应用是初步研究阶段，所以有些问题目前无法解决有待进一步研究:如何提高脐血间充质干细胞的分离培养成功率、如何使脐血间充质干细胞高效地向成骨细胞转化、诱导分化后植入体内是否能被接纳相容并且发挥目的作用以及安全性如何。随着研究的深入以及关键问题的解决，脐血间充质干细胞在未来的骨伤修复中将发挥巨大作用。

2 脐血实验研究

2.1 与骨伤修复相关的脐血生物学特性 脐血在引起医学界关注后诸多学者对其研究兴趣与日俱增，使人们认清脐血，从而为脐血的应用奠下理论基础。脐血中微量元素的含量高于正常成人外周血［9，10］，现已证实微量元素在早期骨折愈合中发挥着重要的作用。血浆是血液的重要组成部分，一些学者对脐血血浆进行研究发现脐血血浆中含有丰富的造血生长因子，这些因子具有具有刺激造血的功能，同时也发现了FGF-4、BMP-2、BMP-7、IGF-1 骨生长因子［11，12］。在对脐血血清研究时，发现脐血血清对骨髓基质细胞有增殖的作用［13］。脐血的这些特性在骨伤修复中是不是发挥着重要作用需要实验研究证实。

2.2 脐血的动物实验研究 脐血中不仅有造血干细胞还有间充质干细胞，脐血间充质干细胞可向多种组织分化诱导已得到证实，因此脐血具有组织修复潜力［14］。王蓬文［15］等，通过研究在实验羊背部脊椎两侧制做伤口模型，发现胎羊不同组分(羊水、胎皮、脐血)可促进伤口愈合，缩短愈合时间。脐血在骨伤修复中的应用引起众多学者的关注和研究，骨髓的成骨特性不断在实验及临床应用中得到证实，国内外学者认为骨髓的成骨特性主要基于骨髓基质干细胞、骨形态发生蛋白及骨祖细胞的存在［16-18］。脐血的基本成分与骨髓相同，但不知脐血是否能像骨髓一样促进骨折愈合。彭明［19］等，采用实验动物模型骨折端注射的方法研究脐血是否能促进骨折愈合，结果显示:脐血对促进骨折愈合具有明显作用，愈合时间较对照组平均缩短一周以上。在整个实验过程中实验组与对照组相比未发生明显的全身副反应，这是目前国内外首例将脐血用于骨创伤方面的报道。为证实异种脐血是否能促进骨折愈合把实验动物分为新生儿脐血组和兔脐血组探讨同种及异种脐血是否有促进骨折愈合的作用，结果论证了脐血对促进骨折愈合具有明显作用，并发现两脐血组间无明显差异。对于局部注入脐血所产生的免疫作用，做了IgG和SIL-2R检查，发现各组术后均比术前高，但术后各组间并无显著差异。脐血中多为幼稚细胞，局部少量应用，无明显的免疫排斥反应，这为进一步动物实验研究提供了理论根据［20］。上述实验仅是说明了脐血有促进骨折愈合的作用，至于脐血促进骨折愈合的机理、有关组分、理化特性尚不清楚，脐血注射量、时间、方法与骨折愈合的关系还有待进一步观察。总之，实验中在骨折断端仅仅注射3 ml脐血就能显著促进骨折愈合，若能明确其有效成分并多次局部应用，不管是对于实验还是以后的临床应用效果都会更好。

3 脐血在骨伤方面应用的优势

近年来应用可注射型骨修复材料促进骨折愈合的实验研究和临床应用均取得了一定成果，包括自体骨髓及复合物移植、骨形成蛋白及复合物移植、金黄色葡萄球菌液等等［21］，然而脐血这一人类生物资源有着独特的应用优势。

3.1 来源广泛 脐血是被遗弃的广泛资源，采集较容易、不会对产妇及新生儿产生不良影响。

3.2 安全性高 脐血未受到放射、药物、毒物、病菌或其他环境污染。用采血袋无菌取血大大降低了污染率。

3.3 排斥反应低 脐血中的免疫细胞发育不成熟，抗原表达和功能活性低下，是移植后移植物抗宿主疾病发生率低的主要原因［22］。在临床中局部应用时经过严格的交叉配血后采用同型血将不会有明显的免疫排斥反应。

3.4 局部用药 骨折断端注射用药，对患者创伤小、操作简单门诊可以进行治疗。国外研究微创技术在骨折愈合中的应用，包括:①注射生长因子。②注射自体骨髓等，认为微创技术在治疗骨不连和加快骨折愈合中是一个单一有效的治疗方式［23］。

4 小结

人们从认识脐血到应用脐血直至后来建立了脐血库，在医学史上取得了辉煌的成果。然而人们对脐血的研究多集中在脐血干细胞移植方面，虽然脐血干细胞移植是一个令人振奋的治疗方法治疗了血液系统的许多疑难重病，在再生医学研究领域也有很大的优势［24］。但人们对脐血的研究还不够全面，随着科技不断进步及研究的不断深入，对其认识也会不断变化，从而将脐血的应用发挥到极致而不只是局限在内科领域。我们应该充分利用脐血这一被遗弃的宝贵资源作为一种骨折治疗的新方法进一步研究，相信脐血在骨伤修复中将会有更加广阔的应用前景。

［1］ Yu Y，Ren H，Yun W，et al.Differentiation of human umbilical cord blood-derived mesenchymal stem cells into chondroblast and osteoblasts.Sheng Wu Yi Xue Gong Cheng Xue Za Zhi，2008，25(6):1385-1389．

［2］ 鲁俊山，王建伟，马勇.人脐血间充质干细胞定向成骨分化的研究进展.现代中西医结合杂志，2012，21(13):1475-1476．

［3］ Jager M，Zilkens C，Bittersohl B，et al.Cord blood-an alternative source for bone regeneration.Stem Cell Rev，2009，5(3):266-277．

［4］ 张赫，李昂，饶国洲，等.人脐血间充质干细胞的分离培养及成骨诱导活性.上海口腔医学，2010，19(3):290-295．

［5］ 张积华，孙康，王妍，等.脐血间充质干细胞生物学特性及其成骨成脂分化潜能.中国组织工程研究与临床康复，2010，14(27):4984-4987．

［6］ Liu GP，Li YL，Sun J，et al.Repair of calvarial defects with human umbilical cord blood derived mesenchymal stem cells and demineralized bone matrix in athymic rats.Zhonghua Zheng Xing Wai Ke Za Zhi，2010，26(1):34-38．

［7］ Nagano M，Kimura K，Yamashita T，et al.Hypoxia responsive mesenchymal stem cells derived from human umbilical cord blood are effective for bone repair.Stem Cells Dev，2010，19(8):1195-1210．

［8］ 李涛涛，王湘达，田少奇，等.重组增强型绿色荧光蛋白慢病毒载体示踪转染的脐血间充质干细胞移植治疗兔股骨头缺血性坏死.中国组织工程研究与临床康复，2011，15(10):1897-1900．

［9］ 施蓉，王沛，高宇，等.孕妇全血、脐血中微量元素和重金属元素检测及相关性探讨上海交通大学学报(医学版)，2010，30(8):897-901．

［10］ 全贞姬，全贞玉，李宜丹.新生儿钙、镁、铜、铁和锌水平测定.中国现代医学杂志，2009，19(3):406-408．

［11］ 张学忠，徐燕丽，田韧.脐血血浆的研究及应用.临床血液学杂志，2003，16(1):39-40．

［12］ 张丽.脐血血浆成分分析及其对脐血CD34+细胞增殖的影响．郑州:郑州大学，2011．

［13］ 芦奕，吴智远，惠国桢，等.新生儿脐血血清对人骨髓基质细胞增殖的实验研究.实用临床医药杂志，2004，8(1):10-11．

［14］ Arien-Zakay H，Lazarovici P，Nagler A.Tissue regeneration potential in human umbilical cord blood．Best Pract Res Clin Haematol，2010，23(2):291-303．

［15］ 王蓬文，杨佩荪，陈晋杰，等.羊水、胎皮与脐血对创伤愈合的影响．首都医科大学学报，2001，22(1):21-23．

［16］ Marsell R，Einhorn TA.Emerging bone healing therapies.Orthop Trauma，2010，24(1):4-8．

［17］ Ma D，Zhong C，Yao H.Engineering injectable bone using bone marrow stromal cell aggregates.Stem Cells Dev.2011，20(6):989-999．

［18］ 刘琦，何建能，王昌兴，等.骨髓移植在骨折愈合中的应用进展. 医学综述，2010，16(3):360-362．

［19］ 彭明，王玉州，李伟，等.胎儿脐血对骨折愈合的实验研究.铁道医学，1996，24(3):134．

［20］ 张会生，何强，李达，等.脐血对骨折愈合影响的实验研究.中国骨伤，2001，14(11):673-674．

［21］ 王广宇，赵芳，朱旅云.脐血中免疫细胞的免疫学特性概述．医学综述，2010，16(3):343-345．

［22］ 李龙，肖曾明.可注射型骨修复材料治疗骨折延迟愈合或不愈合.中国临床康复，2006，10(21):149-152．

［23］ Pountos I，Georgouli T，Kontakis G，et al.Efficacy of minimally invasive techniques for enhancement of fracture healing:evidence today．Int Orthop，2010，34(1):3-12．

［24］ 党建红，金志军.脐血干细胞的生物学特性及其应用.国际妇产科学杂志，2011，38(2):89-92．

075000 张家口，河北北方学院(李永乐);解放军第二五一医院(何强)