人工肌腱用于严重损伤的
手指鞘内屈肌腱断裂及
肌腱松懈时周围
疤痕严重的患者用的修复
材料。
发展历史
20世纪80年代,黄凤鸣等首先用人发不经任何特殊处理植入动物体内,实验发现,人发肌腱具有以下优点:组织相容性好,无明显排斥反应,衔接部牢固,但同时易于感染粘连,诱导腱化过程缓慢,生长的肌腱滑动性差。
1991年,国外学者用重组胶原肌腱材料修复肌腱损伤,取材于牛皮的胶原经过纯化,重组成胶原纤维,制成肌腱材料。
1991年,国内学者王铁丹等用特殊生物化学方法处理人发,制成人发胶蛋白人工腱。
第二军医大学侯春林教授领导研究的可吸收生物材料生物聚酯韧带已从实验阶段进入临床使用,用于治疗各种韧带断裂缺损效果较好。
工作原理
将分离的高浓度有活力的肌键种子细胞种植于生物相容性好、可生物降解的细胞载体即支架材料,体外培养后回植入到缺损部位,形成新的、自身的、具有功能的肌键组织,最终达到生物学意义上的完全修复。
临床技术
人工肌腱的组织工程就其技术路线可以分为体外组织工程技术和体内组织工程技术。
体外组织工程化肌腱:先从宿主组织中取得宿主细胞,在体外进行培养,再植入到某种生物降解物质所制成的支架材料中,这样合成的复合植入物,一同植回宿主体内,使其继续再生过程。
体内组织工程化肌腱:在生物材料中不加入任何细胞,直接将生物材料植入宿主体内,由宿主细胞直接进入植入物,通过宿主细胞生物学作用,将植入物转化为宿主自身的、具有原有组织活性和功能的组织,最后达到组织再生的要求。
研究
人工肌腱主要从以下四个方面进行研究:一是种子细胞,二是支架材料,三是生长因子,四是体内力学环境的体外模拟。
1. 种子细胞。种子细胞主要有肌腱细胞、皮肤成纤维细胞和骨髓基质干细胞。种子细胞的特点:
1) 取材部位恒定,方式简单,不易污染,对人体无干扰。
2) 体外增殖能力要强,并能定向分化。
3) 能适应材料和受区环境。
4) 能够方便地通过分子生物学技术进行基因修饰,以便能让种子细胞具有更丰富的基因表型来提高期望值。
2. 支架材料。支架在组织工程技术中占有非常重要的地位,它不仅起支撑作用,保持原有组织的形状,而且还起到模板作用,为细胞提供寄宿、成长、分化和增殖的场所,对受损组织的再生进行引导和对再生组织的结构进行控制,是决定组织工程技术是否能用于临床的关键因素。肌腱细胞支架材料的特点:
1) 细胞支架材料必须无毒、具有良好的生物相容性。
2) 材料必须具有生物可降解性,能随着细胞的增殖而在体内逐渐降解、代谢,而后被吸收。
3) 材料的降解产物必须无毒、具有良好的生物相容性,不会对组织和机体产生不良的影响。
4) 材料必须具有良好的加工性能,能被加工成所需要的形状和结构。
5) 支架必须具有开放性的孔结构,其孔隙大小必须符合一定的要求。
6) 支架必须与所需要再生、修复的组织或器官具有相同的形状和大小。
7) 支架必须具有良好的细胞亲和性,适合细胞黏附、增殖,并分泌基质。
8) 支架必须具有一定的力学性能,包括强度、柔韧性等。
9) 支架必须能够耐受消毒,在常规消毒条件下不发生物理、化学和生物力学方面的变化。
10) 支架不仅应在细胞培养操作过程中保持形状,而且应能经受植入体内的手术操作,保证在植入过程中不会破碎,能与机体贴合,并不会对机体组织形成机械损伤。
3. 生长因子。生长因子是能够诱导和刺激细胞增殖、促进细胞生长、维持细胞存活的蛋白质或多肽。
4. 体内力学环境的体外模拟。在体外构建的组织工程化肌腱,在组织学上虽然与天然组织相似,但由于缺乏力学刺激,不能承受与天然组织相当的负荷。因此,构建仿生肌腱时,必须对生物体内的力学环境进行体外模拟。
优点
组织工程化人工肌腱修复缺损肌腱与其他传统方法相比,主要有以下优点:
1. 所形成的肌腱组织有活力和功能,可对肌腱缺损进行形态修复和功能重建,并达到永久性替代。
2. 以相对少量的肌腱细胞经体外培养扩增后,修复严重的肌腱缺损。
3. 按缺损肌腱形态任意塑形,达到形态修复。
缺点
人工肌腱应用时常见有排异反应、过敏反应、组织和皮肤磨损、折断、感染、消毒后变性、粘连、诱发组织畸变或癌变等。
扩展阅读
[1] 张屹阳. 人工肌腱材料在手外科中的应用[J]. 中国组织工程研究, 2010, 14(21):3953-3956.
[2] 王军红. 人工生物材料修复肌腱急性损伤及预防粘连[J]. 中国组织工程研究, 2012, 16(12):2225-2228.
[3] 辛亮. 组织工程支架修复人工肌腱的研究进展[J]. 山西医药杂志, 2008, 37(16):733-735.