治疗骨缺损的几种不同方式

黄祖泰，熊 龙

（1.赣南医学院2018级硕士研究生，江西 赣州 341000；2.南昌大学第二附属医院骨科，江西 南昌 330006）

创伤、肿瘤切除和畸形矫正等因素造成的骨缺损、骨不连是骨科临床常见治疗难题。骨不连、骨缺损研究由骨缺损修复与骨缺损两部分组成［1］。骨移植常见用于骨缺损的修复。骨移植材料已有数百年的历史。目前临床上骨移植的频率仅次于输血，位居第二［2］。目前骨移植材料按组织来源分为：自体骨、同种异体骨、异种骨、人工骨、组织工程骨。随着社会的发展，市场需求的提高及社会科研的投入，在人们的共同努力下，各种骨移植材料在临床和科研上已经取得很大的进展。

1 自体骨移植

自体骨移植仍然是骨替代物质的首选［3］。自体骨有着骨诱导性、骨传导性与成骨性3 大优点。当前自体骨主要包括松质骨、皮质骨与骨髓3 大类。松质骨其硬度明显小于皮质骨，松质骨主要用于较小的骨缺损，一般用于4～6 cm 缺损部位，常常是缺损部位对移植物无强度特殊要求。松质骨选取供体部位主要是髂骨、股骨。由于松质骨的成骨特性及其促进移植物积极融合的能力，为松质骨提供早期愈合［4］。松质骨与宿主骨相融合时，松质骨发挥诱导性与骨传导性，主要靠其孔隙与血管相互融合的作用。殷渠东等用松质骨治疗胫骨大段缺损，平均愈合时间6.1个月，愈合率达98%，结果显示出松质骨具有良好的诱导成骨作用［5］。但是移植松质骨有一定的缺陷：不适用于负重部位。皮质骨是遍布在骨质的最外层的骨密质，因其硬度与致密性能满足长骨和其他负重骨的应力要求，为骨缺损提供了力学的支撑。在皮质骨植入骨缺损部位中，2～3 周后出现皮质骨吸收现象，部分皮质骨因血运未能受到良好的供应而发生坏死，形成大量吸收陷窝，3 个月后大量的破骨细胞附着于吸收陷窝上。破骨细胞使皮质骨边缘塑性变圆钝，6个月时骨陷窝相对3个月减少并形成一条相对成熟的新骨，新骨在被吸收的皮质骨边缘可以观察到，这说明皮质骨具有较强成骨能力，随着骨细胞释放，周围出现大量成骨细胞，随着时间延长血运差的骨细胞被吸收，新骨不断生成，在12 个月左右结构及强度基本恢复［6］。左东波等［7］在临床中发现皮质骨髂骨块植入前臂骨缺损中，效果良好，骨折断端及功能恢复都良好。SUMMERS 等［8］认为术后6 个月。主要是供区疼痛、深部感染、骨折、麻木、神经损伤、骨区疝形成等。SOO-HAN KIM 等［9］用自体骨移植进行颈椎前路椎间盘切除术和融合治疗下颈椎损伤，平均随访28.9个月，用自体骨移植，术后融合成功率满意。但是术后供体部位出现慢性疼痛、血肿、感染、相邻神经损伤、伤口愈合时间延长、手术时间及部位增加。

2 同种异体骨移植

同种异体骨比自体骨来源更广阔，具有低免疫原性、良好的承重能力、塑造不同形状。其分为新鲜骨、深冻骨、冻干骨等。当前常用的是冻干同种异体骨，从骨愈合能力来说，其具有较好的骨传导性、骨诱导性。当前去除冻干骨免疫原性较为成熟，将附着在同种异体骨表面的组织骨膜清除干净，并冲洗骨髓［10］，然后进行深冻→脱脂→冻干→灭菌处理。当前采用低温深冻（－70 ℃～－80 ℃）降低免疫原性，降低排斥反应，同时也降低病毒的传染。冻干是同种异体骨在真空干燥处理去除水分的过程，使组织重新冷冻并冻干至残留水分小于5%，在冻干过程中骨的硬度、部分骨诱导性得以保存，干燥过程中骨的易氧化物质得到良好的保护，使冷冻干燥骨可在室温下保存3～5年［11］。近年来同种异体骨常用于切除骨肿瘤造成的大段骨缺损。胡小晓用冻干异体骨联合自体外周血干细胞治疗骨缺损，术后10 个月在X 线上显示骨折愈合良好，证实了冻干骨具有良好的诱导性和成骨性［12］。近些年来不同的实验发现，冻干骨支架含有的骨形态蛋白和骨诱导性的酶发挥良好的骨传导性［11］。冻干骨在临床上有广阔应用前景，但是异体骨的安全不确定性，异体骨可能传播病毒等诸多因素限制同种异体骨应用。随着发展更安全的冻干骨将用于临床中。

3 异种骨

异种骨移植材料来源于猪骨、牛骨、羊骨，但是由于种群差异，产生抗原性，一定要接受去蛋白、脱脂等处理，避免排斥反应。此外，潜在的致病性病毒也要处理例如牛携带的朊病毒。在处理抗原性中，破坏了诱导成骨能力，保留部分生物力学特征，用于骨修复材料会丧失部分骨诱导性能。赵文博等［13］在对2006—2012 年足踝手术资料统计发现异种异体骨移植在术后48 周不愈合的概率为58%，非异种骨移植为5%，远高于非异种骨移植，因此在骨诱导性与成骨能力相互矛盾。当前制备异种骨有研究者加入生长因子或其他复合材料，制成复合异体骨。DONGHAI LI等［14］将生长因子rhBMP-2（重组人骨形态发生蛋白-2）与去抗原牛松质骨（BCB）合成混合异种骨修复山羊胫骨，将新型混合异种骨生物学特性、降解及成骨活性与自体骨移植做对比。结果发现：（1）rhBMP-2/无抗原BCB 混合骨易于成型；（2）rhBMP-2/BCB 混合骨与自体骨植入相比具有更好的成骨效果、骨传导能力、促进缺损愈合且更易降解。由此证明新型异种骨是一种良好并能促进骨缺损修复的新型骨移植材料，值得临床推广应用。

4 人工骨移植

当前市场上人工骨主要是磷酸钙、硫酸钙、人工高分子复合材料类。此类材料比同、异种骨具有良好的相容性、吸收性、降解性、传导性及无抗原与传播疾病的风险性，目前在市场上潜力巨大。

磷酸钙类：磷酸钙是目前最常见的人工骨替代品，磷酸钙与人体骨骼无机物成分相似。磷酸钙材料主要成分是羟基磷灰石，相比之下，在承重受力方面是其缺陷，限制了其应用，因此为改进材料，β-磷酸三钙及其衍生物诞生，其具有高度的机械强度及对免疫系统具有轻度的刺激［15］。然而β-磷酸三钙的临床应用仍受到其脆弱性、吸收率不可预测以及不能塑性等因素的限制，使得β-磷酸三钙的临床疗效总体较差。近年来研究表明，在β-磷酸三钙中掺入不同的化合物可以提高材料的抗压能力、力学性能、吸收速率。FIELDING 等［16］证明，氧化硅和氧化锌与β-磷酸三钙的结合使力学性能强度增加到2.5 倍，细胞活力增加到92%；随着科技的进步，数字化的引入将3D 打印技术引入β-磷酸三钙中，使得内部孔隙率更加精确、降解快，在治疗大段骨缺损，12 周时通过Micro-CT 扫描发现新骨通过爬行更加顺利。Masson 染色发现较多的蓝染色的新骨，随时间增多而增加［11］。

5 组织工程骨

在20 世纪80 年代，就有学者开始研究组织工程骨，组织工程骨为一种临时的基石，为骨生长和发育提供一个特定的环境和结构。组织工程骨包含常用的三大件“种子细胞、支架、生长因子”，支架是组织工程骨的基础，支架可与不同类型的细胞结合，为细胞、生长因子植入提供了良好的三维空间［17］。支架必须具备以下特点：①必须具有生物相容性、生物吸收性、无毒性、细胞粘附性和降解产物不干扰机体功能；②避免宿主免疫反应。近年来免疫惰性生物材料的概念已经被应用到免疫调节材料中，免疫调节材料能够调节免疫系统；③支架生物活性，即其与周围活组织或器官彼此作用的能力。支架生物活性的设计目的是促进适当的细胞迁移或分化，组织新生和在宿主中的整合，避免不必要的过程，如疤痕［18］。

5.1 支架支架是通过添加其成分优化结构来达到符合组织工程需要的因子与细胞的载体，近些年学者们不断的改进支架材料。有学者［19］将胶原与壳聚糖混合制成支架，通过扫描电镜和HE 染色，发现支架既增强骨骼的孔隙，又减少了免疫排斥反应。ZENG J 等［20］将空心羟基磷灰石（HA）微球/壳聚糖（CS）制成复合材料负载rhBMP-2，发现可以延缓rhBMP-2 的释放，其效果具有良好的生物相容与骨诱导性，细胞能在支架上黏附生长。近30 多年，支架一直是骨组织工程研究的热点，虽然研究结果是肯定的，但是研究阶段大多还是处于动物实验阶段，生物支架还有很多问题有待解决。

5.2 种子细胞选取理想的种子细胞应具有成骨分化潜能的干细胞，当前常用的是骨髓间充质干细胞（Bone marrow mesenchymal stem cells，BMSCs），骨髓间充质干细胞来源于中胚层，具有以下特性：⑴具有自我复制能力和多能分化潜能；⑵具备多个方向分化能力和较强的增殖能力；⑶具有免疫调节功能，通过细胞间作用产生细胞因子作用于T细胞，使其低表达避免了免疫反应；⑷来源方便，在体外多次传代扩增后仍具有干细胞特性。GONZÁLEZ-GIL A B等［21］用脱细胞聚己内酯支架（PCL）载间充质干细胞治疗大段骨缺损中在10周之后，用微计算机断层扫描，定量骨体积填充缺损，显示PCLPMSCS组比其他组有显著的新骨形成。对于大段骨缺损，有时会联合其他药物，如促红细胞生成素（EPO），发现EPO能动员BMSCS 到达骨缺损部位，EPO+BMSCs 组的新生骨形成、组织结构、新生血管密度、骨痂形成和骨密度（BMD）均显著增加［22］。

5.3 生长因子生长因子在骨组织工程材料起着重要的作用，它主要促进种子细胞增殖、分化。目前应用组织工程骨的生长因子，主要包括：骨形态发生蛋白（BMP）、转化生长因子（TGP-β）、碱性成纤维细胞生长因子——β（bFGF），BMP 属于转化生长因子β 家族。BMP 通过与BMSCs、成骨细胞和成熟软骨细胞上的特异性跨膜受体结合促进骨诱导。有6 种［23］已鉴定的BMP（BMP-2、-4、-6、-7、-9、-14）显示出有意义的成骨特性。目前发现BMP-2、BMP-7有强大的促进成骨作用。rhBMP-2 能调节成骨细胞的功能和分化BMSCs 的迁移，从而促进大段骨缺损修复，rhBMP-2 广泛应用于骨科与口腔科中。在新鲜骨折当中，rhBMP-2促进骨折愈合达到92.4%［23］。在四肢骨折当中rhBMP-2不但能促进骨折愈合还能使股骨头坏死率下降，缩短修复时间提高生存质量［24］。胡思科等采用闭合复位和空心加压螺钉内固定增加rhBMP-2 治疗股骨颈骨折，发现增加rhBMP-2组术后下床锻炼时间、骨折愈合时间、卧床时间、股骨头坏死发生率均低于对照组［25］。但是如何优化支架、生长因子和种子细胞的结合及临床应用效果，还需要进一步研究。

6 结论与展望

治疗骨缺损方法已有数百年历史。当前自体骨移植治疗骨缺损受到取材来源的限制，同种异体骨来源广泛、可朔形性，但是其携带病毒危险，使其在临床应用受到限制。异种骨移植经过脱脂处理，降低免疫排斥，但是破坏了诱导成骨能力。如何降低排斥，保留成骨性是当前问题。随着生物科技的发展，合成了一些生物类材料，但是孔隙率、降解率没有得到很好的解决。当前3D 打印技术在应用材料中通过叠加多层构建，可以控制孔隙率来解决问题。近年来基因工程技术应用的骨移植材料是通过蛋白质的作用来刺激骨再生。各种骨移植材料在临床和科研上已经取得很大的进展，但仍需进一步研究。