研究表明，骨髓內(nèi)含有多種干細(xì)胞 ，其中骨髓源的間充質(zhì)干細(xì)胞又被稱為骨髓基質(zhì)干細(xì)胞(bone marrow stem cell，BMSC)。各國學(xué)者對動物來源的BMSC進(jìn)行了大量的研究，結(jié)果證實(shí)可以在體內(nèi)外定向分化為軟骨細(xì)胞、成骨細(xì)胞及脂肪細(xì)胞等多種中胚層來源的細(xì)胞。

BMSC是目前組織工程種子細(xì)胞研究的焦點(diǎn)。作為組織工程種子細(xì)胞具有以下優(yōu)點(diǎn)：取材操作相對簡單，對機(jī)體損傷??；抽取骨髓后，機(jī)體可自行修復(fù)、補(bǔ)充相應(yīng)的細(xì)胞成分，因而可重復(fù)取材；培養(yǎng)體系成熟，便于推廣應(yīng)用；體外誘導(dǎo)技術(shù)基本成熟，容易達(dá)到預(yù)期結(jié)果。因此，在一定程度上可以說是一種理想的種子細(xì)胞。通過微創(chuàng)取材，得到少量的種子細(xì)胞，在體外大量擴(kuò)增，然后用于新組織的構(gòu)建，從而實(shí)現(xiàn)無創(chuàng)或微創(chuàng)愈合的的外科治療效果。

    目前，國內(nèi)外對BMSC的研究已較為深入，大量文獻(xiàn)報(bào)道了其成功向軟骨細(xì)胞、成骨細(xì)胞、脂肪細(xì)胞誘導(dǎo)的現(xiàn)象及應(yīng)用于組織缺損修復(fù)，甚至初步應(yīng)用于臨床。

    1．成軟骨誘導(dǎo)

    BMSC向軟骨細(xì)胞的誘導(dǎo)分化的相關(guān)研究很多，目前較肯定的誘導(dǎo)因子主要有：TGF-β(transforminggrowthfactor-β，TGF-β)1、2、3，骨形態(tài)發(fā)生蛋白(bone morphogenetic protein，BMP)2、6、9、13，胰島素樣生長因子-1(insulin-like growth factor-1，IGF-1)，軟骨源性發(fā)生蛋白cartilage-derived morphogenetic protein，CDMP)1、2及地塞米松等。TGF-β主要作用于誘導(dǎo)的早期階段，一般認(rèn)為通過其受體激活Smad傳導(dǎo)通路而啟動軟骨特異性基因的轉(zhuǎn)錄，主要是上調(diào)Ⅱ型膠原的表達(dá)與合成。BMP2、6等則可明顯增強(qiáng)聚集蛋白聚糖(aggrecan)的表達(dá)與合成。IGF-l能明顯提高上述兩類因子的效能，增強(qiáng)它們的誘導(dǎo)作用，并能維持誘導(dǎo)后細(xì)胞的軟骨表型與功能。CDMP是軟骨分化早期的一類誘導(dǎo)因子，在胚胎肢體形成與軟骨發(fā)育方面具有重要作用，可促進(jìn)未分化的間充質(zhì)細(xì)胞向軟骨細(xì)胞分化。地塞米松是一種多效能的誘導(dǎo)因子，它能促進(jìn)向軟骨細(xì)胞、成骨細(xì)胞及脂肪細(xì)胞等多種方向的分化。

    此外，一些有利于軟骨細(xì)胞保持分化狀態(tài)的因素也具有不同程度的誘導(dǎo)作用，如低氧濃度、低血清濃度或無血清培養(yǎng)及高密度聚集培養(yǎng)等。但目前大多數(shù)研究于在體外成軟骨誘導(dǎo)分化，體內(nèi)實(shí)驗(yàn)多數(shù)在關(guān)節(jié)內(nèi)進(jìn)行，這可能與誘導(dǎo)的在體內(nèi)異位(如皮下)成軟骨能力較低有關(guān)。研究表明，TGF-p1與地塞米松誘導(dǎo)后，BMSC可大量表達(dá)軟骨細(xì)胞特異性的細(xì)胞外基質(zhì)成分，但與聚環(huán)氧乙丙烯(pluronic)混合后，注射到裸鼠或豬自體皮下均不能形成成熟軟骨組織，而是形成血管化明顯的纖維樣組織；但是將其注射到關(guān)節(jié)內(nèi)環(huán)境中，則能形成成熟軟骨組織，甚至修復(fù)關(guān)節(jié)軟骨全層缺損。這說明關(guān)節(jié)內(nèi)微環(huán)境有利于BMSC向軟骨細(xì)胞分化。

    總之，盡管BMSC向軟骨細(xì)胞分化的機(jī)制尚未*明了，但研究人員已經(jīng)掌握了其向軟骨細(xì)胞誘導(dǎo)分化的成熟方法，因此，未來廣泛應(yīng)用于臨床的可能性大大增加。

    2．成骨誘導(dǎo)

    BMSC體外培養(yǎng)中不但能分化為骨、軟骨等多種細(xì)胞，而且在體外長期傳代后仍能保持其成骨潛能。在BMSC的多向分化潛能中，其成骨能力表現(xiàn)得尤為明顯。在體外培養(yǎng)時(shí)向培養(yǎng)液中加入p-磷酸甘油、地塞米松及維生素D：等骨誘導(dǎo)成分后，BMSC便逐漸表現(xiàn)出成骨細(xì)胞的表型：細(xì)胞呈梭狀，能自發(fā)地形成鈣鹽沉積，形成特征型的鈣結(jié)節(jié)，肉眼觀察可見培養(yǎng)皿底部形成多個(gè)結(jié)節(jié)樣結(jié)構(gòu)。多種組織學(xué)染色方法可證明鈣結(jié)節(jié)的存在：茜素紅染色(ARSstain)形成紅色的結(jié)節(jié)，vonKossa染色形成黑色的結(jié)節(jié)。BMSC經(jīng)成骨誘導(dǎo)后7天即可表現(xiàn)出堿性磷酸酶的顯著增加。各種成骨特異性蛋白，如骨鈣蛋白(osteocalcin，OCN)、骨橋蛋白(osteopontin，0PN)以及骨涎蛋白(bone sialoprotein，BSP)等，也陸續(xù)開始表達(dá)。   

    3．BMSC修復(fù)關(guān)節(jié)軟骨缺損

    軟骨缺損是創(chuàng)傷治療領(lǐng)域的一大難題。由外傷、腫瘤或軟骨退行性病變所引起的關(guān)節(jié)軟骨缺損，在臨床上尚無有效的修復(fù)方法，zui終將導(dǎo)致關(guān)節(jié)功能喪失，甚至殘廢，給患者帶來嚴(yán)重的身心痛苦。人工關(guān)節(jié)置換術(shù)目前雖頗為盛行，但其有限的使用壽命及在體內(nèi)可能引發(fā)的假體松動、毒性等一系列問題尚未得到妥善解決，尤其不適合年輕患者。因此，尋求一種生物性表面重建(biological resurfacing)方法，以便從根本上解決這一難題，成為臨床的迫切需求。

    半個(gè)多世紀(jì)以來，人們先后研究了軟骨移植、軟骨膜移植、骨膜移植等多種修復(fù)方式，但大多形成以纖維軟骨組織為主的假性修復(fù)，并伴隨遠(yuǎn)期退化，根本無法滿足臨床要求。體外軟骨細(xì)胞培養(yǎng)的成功，使得人們嘗試直接以軟骨細(xì)胞修復(fù)關(guān)節(jié)軟骨缺損。將軟骨細(xì)胞懸液注射到關(guān)節(jié)軟骨缺損部位，結(jié)果表明，缺損為纖維組織修復(fù)，鏡下僅見少量新生軟骨細(xì)胞結(jié)節(jié)。

    BMSC同時(shí)具有成軟骨與成骨潛能，理論上應(yīng)是修復(fù)關(guān)節(jié)軟骨與骨復(fù)合缺損的*種子細(xì)胞。在關(guān)節(jié)負(fù)重部位制造大面積全層關(guān)節(jié)面缺損，然后取自體的BMSC經(jīng)體外大量擴(kuò)增、成軟骨誘導(dǎo)后，與可吸收支架材料聚乙醇酸復(fù)合后，用于修復(fù)關(guān)節(jié)缺損。研究結(jié)果表明，缺損不僅得到了良好的修復(fù)，而且其修復(fù)質(zhì)量甚至超過了以自體軟骨細(xì)胞為種子細(xì)胞的修復(fù)，表現(xiàn)為軟骨缺損為組織工程化軟骨組織修復(fù)，而深部的骨缺損則為組織工程化骨組織修復(fù)。因此，BMSC不但能在體外形成軟骨、骨組織，還能在體內(nèi)原位修復(fù)組織缺損。

    4．BMSC在臨床的初步應(yīng)用

    各種外傷和腦外科術(shù)后造成的顱骨缺損是臨床常見疾病，當(dāng)缺損面積大于顱骨面積的1/10后，即不能通過周圍骨組織再生修復(fù)缺損。目前常用的治療方法如自體骨移植、異體骨移植及各種材料修復(fù)均存在不同程度的缺陷，并導(dǎo)致多種并發(fā)癥。以BMSC為種子細(xì)胞，與可降解材料復(fù)合后回植到體內(nèi)，隨著材料的逐步降解，細(xì)胞分泌細(xì)胞外基質(zhì)，zui終形成具有生理功能的骨組織，有望成為一種骨缺損修復(fù)的全新治療模式。

    以天然可吸收材料(如部分脫鈣骨)為支架，利用經(jīng)體外成骨誘導(dǎo)的自體hBMSC為種子細(xì)胞，進(jìn)行組織工程技術(shù)修復(fù)人顱骨缺損的研究目前已在國內(nèi)成功開展。通過三維CT及多項(xiàng)檢測技術(shù)，可檢測組織工程骨在人體內(nèi)的形成過程及組織工程骨的結(jié)構(gòu)和生物化學(xué)組成。三維CT結(jié)果顯示：骨缺損區(qū)被填充，術(shù)后3～6個(gè)月，三維CT示置人的細(xì)胞材料復(fù)合物形成高密度影，提示組織工程骨形成并修復(fù)骨缺損區(qū)。術(shù)后6～48個(gè)月，三維CT示形成的組織工程骨穩(wěn)定存在，且未觀察到明顯骨吸收現(xiàn)象，CT平掃可見組織工程骨和鄰近骨存在融合現(xiàn)象。組織學(xué)檢測結(jié)果顯示形成的組織工程化骨的外圍為正常骨小梁樣結(jié)構(gòu)，并可見軟骨陷窩，說明這是典型的軟骨內(nèi)化骨過程。免疫組織化學(xué)檢測顯示，新生組織也表達(dá)骨橋蛋白和骨粘連蛋白等骨組織特異性蛋白質(zhì)。

    組織工程骨在顱骨缺損修復(fù)中的應(yīng)用結(jié)果已體現(xiàn)出其明顯優(yōu)勢：從少量骨髓中分離hBMSC，經(jīng)體外大規(guī)模擴(kuò)增后修復(fù)大塊骨缺損，改變目前骨缺損治療中供區(qū)骨來源不足的問題，避免對自體骨供區(qū)的進(jìn)一步損傷；經(jīng)zui長2年的隨訪，形成的組織工程骨穩(wěn)定，生理功能正常。與傳統(tǒng)自體骨移植治療方法相比，組織工程技術(shù)修復(fù)缺損可不受缺損面積的限制，不造成供區(qū)的組織缺損和功能障礙，因此可達(dá)到無創(chuàng)修復(fù)大面積骨缺損的目的，易于被患者接受。