史冬泉，李嘉威

0 引 言

軟骨組織是人體內(nèi)重要組織，主要分布在四肢關(guān)節(jié)、椎間盤、支氣管和耳朵輪廓等處。軟骨組織在四肢關(guān)節(jié)處主要成分為透明軟骨，在負(fù)重、關(guān)節(jié)潤(rùn)滑和四肢運(yùn)動(dòng)中起著十分重要的作用［1］。關(guān)節(jié)軟骨中80%的成分為水分，其余為細(xì)胞外基質(zhì)和軟骨細(xì)胞。其特點(diǎn)是缺乏血管、神經(jīng)和淋巴的分布，因此關(guān)節(jié)軟骨在損傷后難以修復(fù)并常常發(fā)展為骨關(guān)節(jié)炎［2］。目前對(duì)于軟骨損傷修復(fù)包括保守治療及手術(shù)治療。保守治療主要是通過藥物緩解疼痛和炎癥，包括選擇性2型環(huán)氧酶（cyclooxygenase 2-selective，COX-2）抑制劑［3］、非甾體類抗炎藥物（nonselective nonsteroidal anti-inflammatory drugs，NSAIDs）及關(guān)節(jié)腔注射皮質(zhì)類固醇類藥物［4］。手術(shù)治療包括微骨折、軟骨同種異體移植、軟骨自體移植［5］。這些方法雖然都取得一定的療效，但是仍然存在許多的限制和不足。因此，需要更有效的方法和途徑來促進(jìn)軟骨再生和整合，并為原始軟骨提供持久的功能上的替代。目前軟骨缺損治療方法的局限性，促使軟骨組織工程領(lǐng)域?qū)で髮⒉牧瞎こ淘砗蜕飳W(xué)原理相結(jié)合，促進(jìn)新軟骨的生長(zhǎng)以替代受損組織。在組織工程領(lǐng)域，一些天然和合成的支架材料已經(jīng)被評(píng)估并進(jìn)行研究。多數(shù)研究者試圖模擬原始天然組織的某些特點(diǎn)（形狀、機(jī)械性能、含水量等），然而，目前大多數(shù)在開發(fā)既能模擬原生組織的化學(xué)性質(zhì)又能模擬其機(jī)械性質(zhì)的材料，以及體現(xiàn)其生物功能的過程中所做的進(jìn)度都是有限的，這也導(dǎo)致了其在臨床轉(zhuǎn)化上的困難。

1 軟骨損傷的治療現(xiàn)狀

軟骨損傷的傳統(tǒng)治療主要以外科為主，包括關(guān)節(jié)腔注射和外科手術(shù)治療。關(guān)節(jié)腔注射是一種將特定藥物注入到關(guān)節(jié)內(nèi)部的微創(chuàng)手術(shù)。皮質(zhì)類固醇是國(guó)際骨關(guān)節(jié)炎研究協(xié)會(huì)指南推薦的在關(guān)節(jié)內(nèi)注射的抗炎劑，以減輕骨關(guān)節(jié)炎產(chǎn)生的疼痛［6］。然而，關(guān)節(jié)內(nèi)注射皮質(zhì)類固醇僅在低劑量時(shí)起作用，皮質(zhì)類固醇的高劑量和長(zhǎng)期暴露與軟骨損傷和軟骨細(xì)胞毒性相關(guān)［7］。透明質(zhì)酸是膝關(guān)節(jié)正?；旱闹匾M成部分，也是關(guān)節(jié)穩(wěn)態(tài)的重要組成因素［8］。但是據(jù)隨機(jī)臨床試驗(yàn)的meta分析顯示，與安慰劑治療組相比，并未發(fā)現(xiàn)膝關(guān)節(jié)腔內(nèi)注射透明質(zhì)酸具有顯著治療效果［9］。

臨床實(shí)踐中廣泛用于軟骨修復(fù)的外科手段主要為微骨折和鑲嵌成形術(shù)。微骨折主要是進(jìn)行軟骨下骨的破壞，以促進(jìn)骨髓來源的多能基質(zhì)細(xì)胞向軟骨缺損區(qū)域募集，從而達(dá)到修復(fù)目的［10］。多項(xiàng)證據(jù)表明，微骨折僅對(duì)小缺損軟骨損傷有效［11］。鑲嵌成形術(shù)是用從關(guān)節(jié)軟骨的非負(fù)重區(qū)采集的自體移植物替換軟骨缺損區(qū)域［12］。但該項(xiàng)技術(shù)的結(jié)果和有效性受限于年齡、性別和病變大?。?3］。隨后，軟骨修復(fù)組織技術(shù)開始在組織工程方向發(fā)展，先后經(jīng)歷了4代技術(shù)。第1代軟骨組織工程技術(shù)即1994年報(bào)道的自體軟骨細(xì)胞移植（autologous chondrocyte implantation，ACI）［14］。ACI是采用從關(guān)節(jié)軟骨的非負(fù)重區(qū)域采集的自體軟骨細(xì)胞在體外培養(yǎng)擴(kuò)增后，將這些細(xì)胞注射到軟骨缺損區(qū)域中，并用可生物降解的膠原膜覆蓋［15］。與微骨折或鑲嵌軟骨成形術(shù)相比，ACI的確可以修復(fù)較大的軟骨缺損［16］。但是這種方法的主要局限性是軟骨細(xì)胞獲取時(shí)造成的傷害，以及后期修復(fù)時(shí)纖維軟骨的形成。纖維軟骨通常由于細(xì)胞擴(kuò)增過程中軟骨細(xì)胞的分化而發(fā)生，其機(jī)械性能和生物功能遠(yuǎn)低于天然的透明軟骨［17］。第2代技術(shù)注重解決第1代技術(shù)的并發(fā)癥問題，將含有自體軟骨細(xì)胞（預(yù)先體外培養(yǎng)擴(kuò)展）的特殊三維支架移植到軟骨缺損區(qū)域中，即基質(zhì)誘導(dǎo)自體軟骨移植［18］。體外擴(kuò)增的自體軟骨細(xì)胞總是表現(xiàn)出軟骨特異性Ⅱ型、Ⅳ型、Ⅵ型膠原蛋白、聚集蛋白聚糖的表達(dá)減少［19］和糖胺聚糖、非特異性Ⅰ型膠原蛋白的合成明顯升高［20］。第3代技術(shù)總結(jié)了前2代技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，開始采用異體細(xì)胞移植、傳導(dǎo)基質(zhì)材料及預(yù)先體外培養(yǎng)組織提高材料的生物力學(xué)以更利于移植［14］。近年來，隨著更多新技術(shù)的興起，包括組織3D打印、基因治療、干細(xì)胞療法，許多學(xué)者將這些技術(shù)與軟骨組織工程結(jié)合形成了第4代軟骨修復(fù)組織工程技術(shù)［14］。第4代技術(shù)因?yàn)樵诩夹g(shù)和細(xì)胞來源上具有一定復(fù)雜性，目前并沒有得到廣泛的應(yīng)用。

近年來許多用于軟骨修復(fù)的產(chǎn)品上市。如自體軟骨移植（cartilage autograft implantation system，CAIS；DePuy/Mitek，Raynham，MA）和幼年軟骨顆粒同種異體移植（DeNovo Natural Tissue，NT；ISTO，St.Louis，MO）。在短期臨床研究中，這2種方法顯示都是安全、可行和有效的，并且患者主觀評(píng)分有所改善，MRI檢查也顯示缺損部位填充良好［21］。但是CAIS也有同ACI的缺點(diǎn)，即對(duì)于獲取軟骨部位的傷害。NT的缺點(diǎn)是存在疾病傳播和免疫抑制的風(fēng)險(xiǎn)。另外還有Medipost公司生產(chǎn)的Cartistem產(chǎn)品（Cartistem；Medipost，Seongnam-si，Gyeonggi-do，Korea，http://www.medi-post.com），它主要的成分組成為同種異體人臍帶血來源間充質(zhì)干細(xì)胞（human umbilical cord blood-derived MSCs，hUCB-MSCs）和透明質(zhì)酸水凝膠。臨床試驗(yàn)結(jié)果表明，由同種異體hUCB-MSCs和透明質(zhì)酸水凝膠組成的新型干細(xì)胞為基礎(chǔ)藥物產(chǎn)品，在核心試驗(yàn)階段和延長(zhǎng)隨訪期間具有可接受的功效和安全性［22］。

軟骨組織工程是一項(xiàng)綜合工程學(xué)、材料學(xué)和生物學(xué)等多學(xué)科的策略，許多科學(xué)家試圖開發(fā)一種生物移植物來治療軟骨缺損。其中涉及一些藥物使用生物材料構(gòu)建支架結(jié)合物理化學(xué)因素對(duì)合適的細(xì)胞進(jìn)行包裹/黏附，或包載合適的生長(zhǎng)因子等促軟骨生成，從而促進(jìn)軟骨組織重建以達(dá)到緩解炎癥疼痛和功能恢復(fù)［23］。軟骨組織工程在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中得到巨大的進(jìn)展，但是軟骨組織的復(fù)雜性、藥物或生長(zhǎng)因子傳輸限制、血管化和宿主組織整合以及細(xì)胞分化調(diào)控等重要因素仍阻礙著其向臨床轉(zhuǎn)化跨越。見圖1。

圖1 軟骨修復(fù)現(xiàn)狀Figure 1 Current status of cartilage tissue engineering

2 軟骨組織工程面對(duì)臨床轉(zhuǎn)化的挑戰(zhàn)

2.1 生物材料支架由于軟骨組織的特殊性，缺乏血管神經(jīng)的特點(diǎn)以及低細(xì)胞密度（占總體積的5%），因此開發(fā)可以模擬軟骨基質(zhì)并在缺損部位恢復(fù)功能的生物材料成為重要的軟骨組織工程的研究途徑。用于軟骨組織理想的生物材料需符合以下條件:①在生理的條件下易于調(diào)控；②具有良好的生物兼容性和生物降解性；③具有模擬軟骨ECM特征和促進(jìn)細(xì)胞軟骨形成潛能的能力；④能夠容易填補(bǔ)關(guān)節(jié)軟骨內(nèi)的缺損部位，并與周圍的天然軟骨組織黏合且不會(huì)輕易脫落；⑤在軟骨修復(fù)期間具有良好的耐久性。目前為止，許多優(yōu)良的生物材料包括天然材料和人工材料，在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)上取得良好的效果。但是能夠應(yīng)用到臨床轉(zhuǎn)化的案例仍然十分稀少。

軟骨組織本身雖然成分簡(jiǎn)單但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，從淺至深分為4層結(jié)構(gòu):淺表層、中間層（轉(zhuǎn)化層）、深層（放射層）、鈣化層。在不同層面內(nèi)軟骨細(xì)胞的表型、細(xì)胞型態(tài)以及細(xì)胞外基質(zhì)的結(jié)構(gòu)都不盡相同［24］。生物材料支架的設(shè)計(jì)必須考慮到天然組織的化學(xué)和材料特性，以及細(xì)胞相互作用的復(fù)雜機(jī)制。因此軟骨組織工程的生物材料設(shè)計(jì)遇到重重困難。第一，在模擬軟骨高含水量和黏彈性的特點(diǎn)時(shí)，生物材料無法達(dá)到天然軟骨的物理機(jī)械特性，既在膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)和行走中的抗壓抗磨損能力不足；第二，人工設(shè)計(jì)的生物支架仍然沒有能力去模擬軟骨本身的多層復(fù)雜結(jié)構(gòu)，可能會(huì)導(dǎo)致新生軟骨細(xì)胞表型的差異以及影響新生軟骨的物理機(jī)械特性；第三，軟骨損傷的病情具有多樣性:多種病因（炎癥、運(yùn)動(dòng)損傷、勞損）、不同損傷面積、不同損傷深度（是否損傷到軟骨下骨）。因此這也會(huì)增加生物支架材料設(shè)計(jì)的難度。目前許多軟骨組織生物材料并不能對(duì)所有的軟骨損傷情況全面覆蓋以及更有針對(duì)的治療。大規(guī)模制造所需的生物材料用于臨床治療所面臨的最明顯的挑戰(zhàn)是要為患者量身定做生物支架，所以要著重考慮解剖的異質(zhì)性和生理學(xué)的特點(diǎn)，而不是“一刀切”；第四，我們還需要考慮的因素是材料本身的生物降解性和生物兼容性之間的平衡，和軟骨組織功能恢復(fù)程度的關(guān)系。在有效的干預(yù)措施促進(jìn)軟骨生成的情況及保證生物兼容性的情況下，是否能夠在足夠的降解時(shí)間內(nèi)完成一個(gè)較為理想的軟骨修復(fù)，目前大部分的研究報(bào)道并沒有討論時(shí)間平衡的問題。

2.2 細(xì)胞療法種子細(xì)胞是軟骨組織形成持續(xù)維持的驅(qū)動(dòng)力。細(xì)胞療法是利用植入體外培養(yǎng)的細(xì)胞來刺激軟骨自然再生的有效途徑。目前為止，研究中用到的細(xì)胞包括成熟的軟骨細(xì)胞、來自骨髓和滑膜的間充質(zhì)干細(xì)胞（mesenchymal stem cells，MSC）、誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞（induced pluripotent stem cells，iPSC）、胚胎干細(xì)胞（embryonic stem cells，ESCs）和軟骨前體干細(xì)胞（chondrocyte stem/progenitor cells，CSPCs）。大量研究表明，這些細(xì)胞具有形成關(guān)節(jié)軟骨的能力，并且當(dāng)植入軟骨缺損部位時(shí)，能與天然軟骨和軟骨下骨結(jié)合。然而，到目前為止，對(duì)于軟骨細(xì)胞的分化和再生修復(fù)機(jī)制并沒有得到充分理解。因此，如何有效調(diào)控從植入的干細(xì)胞定向分化到特定軟骨細(xì)胞仍然是一個(gè)令人困擾的問題。為了保證細(xì)胞外基質(zhì)的有效形成和快速穩(wěn)定循環(huán)，進(jìn)一步研究如何將植入的干細(xì)胞導(dǎo)向生物材料中特定的軟骨細(xì)胞系是十分必要的。另外，軟骨組織根據(jù)其含有膠原蛋白的不同分為纖維軟骨［富含一型膠原蛋白（collagenⅠ）］和透明軟骨［富含二型膠原蛋白（collagenⅡ）］。透明軟骨是關(guān)節(jié)軟骨的主要成分，而纖維軟骨是一種致密的纖維狀軟骨，缺乏透明軟骨的抗壓強(qiáng)度和無摩擦特性［2］。目前研究中軟骨組織再生并不是理想的透明軟骨形成。纖維軟骨的存在與自體關(guān)節(jié)軟骨移植存在類似的問題，缺乏整合和功能特性的不匹配并且限制了缺損部位的完全再生［25］。所以，如何定向誘導(dǎo)干細(xì)胞向軟骨細(xì)胞分化，并且能夠產(chǎn)生含有二型膠原細(xì)胞外基質(zhì)的透明軟骨是軟骨組織工程中細(xì)胞療法最重要的課題之一。

在軟骨細(xì)胞的定向分化上，許多研究者開始采用LncRNA和甲基化修飾等表觀遺傳學(xué)的手段。許多研究證明，LncRNA在干細(xì)胞的分化尤其是軟骨細(xì)胞的分化上起到重要作用［26］。LncRNA H19與關(guān)節(jié)軟骨的發(fā)育具有緊密的聯(lián)系。Zhao等［27］研究發(fā)現(xiàn)LncRNA H19能夠通過競(jìng)爭(zhēng)STAT2的miRNA調(diào)節(jié)，在脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞的軟骨分化過程中發(fā)揮其重要調(diào)節(jié)功能。DNA甲基化是在CpG二核苷酸處向DNA添加甲基并將胞嘧啶殘基轉(zhuǎn)化為5-甲基胞嘧啶（5-mC）。CpG序列通常聚集在約30%基因的啟動(dòng)子上的“島”中。這些島的甲基化與基因表達(dá)的抑制相關(guān)，DNA甲基化的重要功能是轉(zhuǎn)座子的沉默［28］。對(duì)軟骨和/或軟骨細(xì)胞中的單個(gè)基因啟動(dòng)子的檢查表明，對(duì)少數(shù)但功能上重要的CpG基因座DNA甲基化的精細(xì)調(diào)節(jié)，可對(duì)基因表達(dá)產(chǎn)生很大影響進(jìn)而影響軟骨細(xì)胞的定向分化［29］。有研究結(jié)果表明，軟骨特異性基因DNA甲基化的差異調(diào)節(jié)可能有助于軟骨細(xì)胞去分化。因此，這些基因的表觀遺傳學(xué)操作可能是抵消伴隨體外繁殖的軟骨細(xì)胞去分化和改善ACI治療結(jié)果的潛在策略。但是目前關(guān)于LncRNA和DNA甲基化修飾等技術(shù)仍有待更深入的研究。

2.3 生物活性因子生長(zhǎng)因子因其強(qiáng)大的增殖潛力，促合成代謝能力和抗異化能力而得到廣泛的研究，包括轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β（transforming growth factor-β，TGF-β）、成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子（fibroblast growth factors，F(xiàn)GFs）和胰島素樣生長(zhǎng)因子-1（insulin-like growth factor-1，IGF-1）［30］。并且生物材料與生物活性因子的結(jié)合大大促進(jìn)軟骨組織工程的發(fā)展。在組織原位形成的生物材料，特別是水凝膠也被用作藥物遞送系統(tǒng)，使得藥物在關(guān)節(jié)內(nèi)得到控制并持續(xù)釋放，這種系統(tǒng)可用于治療關(guān)節(jié)炎或類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎等關(guān)節(jié)疾病。比如Kartogenin（KGN），一種可以促進(jìn)軟骨生成的小分子蛋白，通過包載在可生物降解的PLGA納米顆粒（nanoparticles，NPs）中，同時(shí)嵌入可光交聯(lián)的丙烯酸化透明質(zhì)酸注射水凝膠中，并且與透明質(zhì)酸基質(zhì)與KGN-NPs相結(jié)合后，KGN的釋放速率在2個(gè)月的實(shí)驗(yàn)期間幾乎無明顯的突釋現(xiàn)象［31］。更有研究者針對(duì)關(guān)節(jié)炎的病情程度不同，開發(fā)病情進(jìn)展程度智能應(yīng)答的水凝膠生物支架，它能夠依賴一種小分子親水分子，三聚甘油單硬脂酸酯（triglycerol monostearate，TG-18），并根據(jù)關(guān)節(jié)內(nèi)炎性因子含量的濃度來釋放治療性藥物［32］。目前對(duì)于此類活性因子的釋放做了大量的研究，但是對(duì)于用于臨床應(yīng)用的軟骨組織工程藥物緩釋，我們更高的目標(biāo)是高效、智能、靶向、精準(zhǔn)和持久性，而為此需要做更多的努力和工作。

在骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)展進(jìn)程以及軟骨再生過程中，有許多生物信號(hào)通路參與其中。比如Wnt通路、TGF-β通路、BMP通路、MAPK通路、Hedgehog通路、NF-kB通路、PTHrP通路。在人類遺傳學(xué)研究中，已經(jīng)提出與Wnt/β-catenin信號(hào)傳導(dǎo)相關(guān)基因的改變作為骨關(guān)節(jié)炎發(fā)展的易感因子［33］。從來自骨關(guān)節(jié)炎患者的關(guān)節(jié)軟骨、骨和滑膜組織中Wnt相關(guān)基因表達(dá)發(fā)現(xiàn)，Wnt7b與骨關(guān)節(jié)炎進(jìn)展關(guān)系最密切［34］。另外，TGF-β和BMP在軟骨形成和骨生成中具有重要作用，其信號(hào)傳導(dǎo)的突變引起廣泛的骨骼疾病。這些研究不僅揭示了TGF-β和BMP信號(hào)在骨形成和體內(nèi)平衡中的作用，而且還破譯了相關(guān)骨病的分子機(jī)制和發(fā)病機(jī)制。MAPK是軟組織中保守的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)之一，其在軟骨形成分化中起關(guān)鍵作用。MAPK級(jí)聯(lián)構(gòu)成3個(gè)順序激活的激酶復(fù)合物，包括p38 MAPK，c-Jun N末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）和細(xì)胞外調(diào)節(jié)激酶（extracellular regulated kinase，ERK），其是MAPK激酶（MAPK kinases，MKKs）磷酸化的底物［35］。Hedgehog信號(hào)調(diào)節(jié)對(duì)正常骨骼發(fā)育和細(xì)胞功能至關(guān)重要［26］，在軟骨內(nèi)骨發(fā)育過程中，生長(zhǎng)板中軟骨細(xì)胞分化受嚴(yán)格控制的hedgehog信號(hào)通路激活的空間和時(shí)間調(diào)節(jié)［27］。NF-κB信號(hào)通路參與廣泛的免疫應(yīng)答、細(xì)胞生長(zhǎng)分化等過程。對(duì)于軟骨組織來說激活的NF-路參調(diào)節(jié)多種基質(zhì)降解酶的表達(dá)，從而影響軟細(xì)胞外基質(zhì)蛋白的數(shù)量和重塑功能［28］。PTHrP在軟骨細(xì)胞生物學(xué)中的生理作用具有重要作用［29］。PTHrP（-/-）突變小鼠骨骼生長(zhǎng)板的顯微鏡結(jié)果顯示，由于細(xì)胞分裂數(shù)量減少，軟骨柱解體，靜息和增殖的軟骨細(xì)胞區(qū)域的高度顯著降低。肥大區(qū)以及Ⅱ型膠原等基質(zhì)分子的沉積明顯減少［36］。眾多信號(hào)通路同時(shí)參與軟骨組織的形成和修復(fù)以及病理生理過程，他們之間又有復(fù)雜緊密的聯(lián)系。如何安全有效的利用這些信號(hào)通路也是軟骨組織工程跨向臨床轉(zhuǎn)化的障礙之一。

3 軟骨組織工程面對(duì)臨床轉(zhuǎn)化的機(jī)遇

軟骨修復(fù)仍然是骨科醫(yī)師和生物研究者正在研究的熱點(diǎn)和攻克的難題。隨著技術(shù)的進(jìn)步和更替，盡管軟骨組織工程在模擬天然環(huán)境和增強(qiáng)軟骨基質(zhì)生成的能力逐步增強(qiáng)，而且在種子細(xì)胞生長(zhǎng)定向分化的機(jī)制和藥物緩釋的研究上有了進(jìn)展，但目前在多個(gè)方面仍未達(dá)到預(yù)期最好的效果，進(jìn)入臨床轉(zhuǎn)化和臨床應(yīng)用仍有一定困難。對(duì)于軟骨組織工程臨床轉(zhuǎn)化的要求是:①一個(gè)完整成熟的產(chǎn)品，并且可以直接投入應(yīng)用；②操作上無需手術(shù)，可進(jìn)行微創(chuàng)化；③能夠牢固結(jié)合到天然軟骨和天然軟骨細(xì)胞表面，已達(dá)到最大效率的修復(fù)；④能夠產(chǎn)生透明軟骨以達(dá)到軟骨重塑和功能恢復(fù)。

軟骨修復(fù)技術(shù)產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù)是生物材料支架的制備。目前軟骨組織工程研發(fā)的支架包括天然的和人工的，依舊存在機(jī)械抗磨損能力差以及缺乏靶向修復(fù)的特性。因此研發(fā)令人滿意的具有強(qiáng)機(jī)械應(yīng)力以及智能的支架也是未來研究的重點(diǎn)。生物材料支架必須是具備良好的生物兼容性、智能性、抗機(jī)械磨損性，符合關(guān)節(jié)內(nèi)軟骨原有生物特性。3D組織打印技術(shù)、3D器官打印、水凝膠技術(shù)或更多的新興技術(shù)都能為這一方面提供更多的突破。對(duì)于軟骨重塑，目前仍然無法突破的瓶頸就是透明軟骨的形成。軟骨損傷后修復(fù)的軟骨往往傾向于纖維軟骨或軟骨肥大化，這都非常不利于后期的功能恢復(fù)。對(duì)于這一問題需要解決的關(guān)鍵技術(shù)在于，首先誘導(dǎo)并定向分化種子細(xì)胞，形成透明軟骨，或誘導(dǎo)纖維軟骨或肥大化的軟骨轉(zhuǎn)變?yōu)橥该鬈浌?，而透明軟骨是關(guān)節(jié)內(nèi)生物及物理功能的基本保證。解決這一問題必須要從多個(gè)緩解綜合突破研究出發(fā)，包括種子細(xì)胞的來源（軟骨細(xì)胞、干細(xì)胞、異體或自體等）、培養(yǎng)細(xì)胞的方式（從原先的2D培養(yǎng)到3D支架內(nèi)立體培養(yǎng)）、定向分化種子細(xì)胞（繩子因子干預(yù)、甲基化修飾）等多個(gè)角度。然后，對(duì)于參與軟骨組織修復(fù)的生長(zhǎng)因子以及信號(hào)通路眾多繁雜，也有許多祖細(xì)胞或干細(xì)胞參與，并且相互影響相互作用，尋找最高效、最智能和最安全的信號(hào)通路同樣也是軟骨組織工程工作的方向。最后，在下一代軟骨組織工程中應(yīng)該結(jié)合更多技術(shù)，為工程組織提供更先進(jìn)的功能。這其中包括在生物支架移植過程中可以監(jiān)控組織和生物支架性能的能力，或者監(jiān)控疾病狀態(tài)的能力［37］。對(duì)支架外植物的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)能夠使臨床治療在基于數(shù)據(jù)分析的方法下，對(duì)整個(gè)治療過程進(jìn)行微調(diào)。光學(xué)相關(guān)層析成像技術(shù)在眼科的臨床應(yīng)用可以作為細(xì)胞在生物支架中的定位提供一個(gè)有用的借鑒，使移植深度達(dá)到微米級(jí)［38］。MRI、PET和多光子成像技術(shù)的進(jìn)展有助于生物材料支架內(nèi)細(xì)胞的跟蹤，以及整體性能的評(píng)估［39-40］。通過利用先進(jìn)的成像策略在治療中結(jié)合實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可以實(shí)現(xiàn)更加個(gè)性化和可調(diào)節(jié)的治療，以及在整個(gè)治療周期中感知疾病狀態(tài)的治療診斷方法。

在過去軟骨組織工程的基礎(chǔ)研究和轉(zhuǎn)化研究中，我們顯著提高了對(duì)軟骨發(fā)育、正常功能和病理功能的認(rèn)識(shí)。軟骨組織屬于單細(xì)胞類型且分布稀疏，沒有血管供應(yīng)，但是它的應(yīng)力基質(zhì)及其結(jié)構(gòu)和機(jī)械特性難以設(shè)計(jì)，目前成熟的針對(duì)軟骨損傷治療方法仍然距離真正的軟骨修復(fù)成功還有很大距離，但是我們確信軟骨組織工程是軟骨損傷修復(fù)最有希望和潛力的治療方法。

4 結(jié) 語

近幾十年對(duì)軟骨組織工程的新發(fā)現(xiàn)預(yù)示著軟骨組織再生困難，這個(gè)困擾著我們的問題將最終得到解決。但是目前對(duì)于軟骨損傷病理生理機(jī)制和軟骨細(xì)胞生長(zhǎng)分化機(jī)制的理解仍然不夠全面，這也阻礙著軟骨組織工程的發(fā)展和進(jìn)一步的臨床轉(zhuǎn)化。未來，在臨床醫(yī)學(xué)、材料學(xué)、生物學(xué)、工程學(xué)等多學(xué)科交叉緊密合作下，獲得天然透明軟骨的技術(shù)必將日益成熟，軟骨組織工程也必定會(huì)給眾多軟骨損傷的患者帶來福音。