量身定制:新型干细胞疗法,改善股骨头坏死患者的疼痛和功能

2021
11/06

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近日,美国耶鲁大学医学院在股骨头坏死治疗方面取得新进展,将干细胞疗法与3D成像技术结合起来,作为股骨头坏死治疗的新手段。该研究负责人Daniel Wiznia博士说:”这种新的干细胞疗法促进患者疼痛和功能的改善,干细胞降低了股骨头塌陷的风险。这意味着需要髋关节置换术和后期再次手术的年轻患者更少。”

股骨头坏死是由股骨头的血液供应受损引起的,如果得不到治疗,最终可能会导致股骨头塌陷,需要患者接受髋关节置换。据了解,美国每年有2万多人发生股骨头坏死,通常发生于30多岁-40多岁。然而,对于这个年龄段的患者,全髋关节置换术并不理想,因为它很可能会磨损,患者后期需要更多的手术。因此如何防止股骨头坏死后股骨头塌陷和髋关节置换是目前有待解决的核心问题。

干细胞结合3D成像,为患者量身定制治疗方案

Daniel Wiznia博士团队将干细胞应用于股骨头坏死的治疗,首先从患者的骨盆中采集骨髓,然后,将干细胞从骨髓中分离出来,浓缩,并注射到股骨无血管部分的病变中。干细胞疗法显示出了令人振奋的结果。手术后不久,许多患者股骨头坏死区域的血液供应恢复,骨骼重新填充新的细胞。

目前,该研究团队应用3D成像技术以便更好地为每个特定的患者量身定做这种治疗方法。通过使用计算机建模,能够定制图像并创建针对每个患者的模型,使得医生能够更好地定位病变和坏死骨。使用3D成像技术后医生可以更有针对性的注射干细胞,使得缺损部位完全愈合,恢复关节的完整性[1]。

间充质干细胞治疗股骨头坏死的多种策略

股骨头坏死是伴随着骨坏死和骨重建的过程。然而,由于股骨头内成骨细胞数量和功能不足,骨重建的速度不足以补偿骨坏死,从而不可避免地导致股骨头坏死。间充质干细胞(MSCs)的特点是具有自我更新能力和分化为多种细胞类型的潜能,因此其能分化为成骨细胞和血管内皮细胞,用于骨修复和血管生成。此外,干细胞可以分泌多种细胞因子,如IL-6、肝细胞生长因子(HGF)、血管内皮生长因子(VEGF)等,通过旁分泌效应促进坏死区的血液供应。因此,成骨和血管生成是MSCs治疗股骨头坏死最重要的机制之一[2]。

近年来,已经有多个采用间充质干细胞与其他技术相结合的方法来治疗股骨头坏死,并取得了临床疗效。

图片来自文献[2]

NO.1

髓芯减压术联合间充质干细胞移植

髓芯减压术是早期治疗股骨头坏死最经典的方法,它可以降低骨内压力,去除坏死组织,刺激新骨的形成。然而,髓芯减压术只有在病变较轻的患者中才能观察到良好的结果,对于病变较重患者疗效不佳[3]。

因此,科学家尝试将髓芯减压术联合间充质干细胞移植用于治疗股骨头坏死,以达到1+1>2的疗效。早前进行的一项随机对照研究[4],结果表明,髓芯减压联合自体骨髓单个核细胞移植治疗的患者的临床评分和平均髋关节存活率明显好于单纯髓芯减压的患者。

NO.2

基因修饰的间充质干细胞移植

随着基因工程技术的快速发展,基因修饰的间充质干细胞在临床前试验中被认为是治疗股骨头坏死的种子细胞。经基因修饰后,间充质干细胞的治疗效果显著提升。

国外一项动物试验[5]探讨了血管内皮细胞生长因子-165(VEGF-165)与骨形态发生蛋白-2(BMP-2)基因修饰的骨髓间充质干细胞(BMSCs)对兔股骨头坏死的治疗作用,结果提示VEGF-165/BMP-2基因转染增强了BMSCs的成骨作用,提高了新骨的数量和质量,加速了股骨头坏死后的修复。

图片来自文献[5]

NO.3

间充质干细胞移植与骨组织工程技术

目前,骨组织工程技术是骨科研究的热点领域,其由细胞,载体和支架共同组成。MSCs由于其优异的分化能力,强增殖活性和低免疫原性而成为骨组织工程最理想的细胞来源。载体或支架可用于调节细胞功能,不仅通过整合细胞和受体,而且可为股骨头坏死区域提供生物力学支持。因此,MSCs与载体或支架的结合有望治疗股骨头坏死的新方法。目前,多种新型材料开始与干细胞联合应用于股骨头坏死治疗,不过还处于初步尝试,需要进行更进一步的探索。

目前,越来越多的研究表明,间充质干细胞治疗股骨头坏死是安全有效的,有望为股骨头坏死治疗提供新的思路。但仍有一些问题需要解决,如哪些患者适合接受干细胞治疗,最佳细胞来源、最佳的移植方法以及最佳使用细胞数量等。尽管目前仍有许多问题需要解决,但随着研究的深入,未来干细胞有望成为股骨头坏死治疗的有效的保留髋关节的替代方案。

参考文献:

[1]https://medicine.yale.edu/news-article/stem-cells-used-to-treat-avascular-necrosis-of-the-femoral-head/

[2] Xu Y, Jiang Y, Xia C, Wang Y, Zhao Z, Li T. Stem cell therapy for osteonecrosis of femoral head: Opportunities and challenges. Regen Ther. 2020 Nov 28;15:295-304.

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33426232/

[3] Rajagopal M, Balch Samora J, Ellis TJ. Efficacy of core decompression as treatment for osteonecrosis of the hip: a systematic review. Hip Int. 2012 Sep-Oct;22(5):489-93.

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/23100153/

[4] Sen RK, Tripathy SK, Aggarwal S, Marwaha N, Sharma RR, Khandelwal N. Early results of core decompression and autologous bone marrow mononuclear cells instillation in femoral head osteonecrosis: a randomized control study. J Arthroplasty. 2012 May;27(5):679-86.

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/22000577/

[5]Ma XW, Cui DP, Zhao DW. Vascular endothelial growth factor/bone morphogenetic protein-2 bone marrow combined modification of the mesenchymal stem cells to repair the avascular necrosis of the femoral head. Int J Clin Exp Med. 2015 Sep 15;8(9):15528-34.

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/26629044/

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关键词:
MSCs,股骨头,干细胞,髋关节,减压术

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