干细胞软骨再生的进展与展望

软骨的组织学特征引起人们注意，由于缺乏血液供应，软骨几乎没有自我修复的能力, 神经, 或淋巴管. 干细胞已成为软骨组织工程和再生医学领域的一个有前途的选择，并可能导致软骨修复. 许多研究已经检验了利用干细胞的软骨再生. 然而, 该程序的潜力和局限性仍然存在争议. 这篇综述总结了在软骨组织工程和再生医学中使用干细胞的新兴趋势. 尤其, 它专注于软骨干细胞的表征, 干细胞的软骨分化, 以及已用于软骨修复和临床研究的涉及干细胞的各种策略和方法. 基于软骨细胞和干细胞技术的研究, 本综述探讨软骨的损伤与修复以及干细胞的临床应用, 以期增加我们对干细胞在软骨再生中应用的系统认识; 此外, 讨论了软骨修复的几种先进策略.

1. 介绍
软骨缺损, 最常见的关节疾病, 可能会导致肿胀, 疼痛, 以及随后的关节功能丧失 [1]. 软骨的自我修复能力因其独特的结构而受到限制, 因为它缺乏血液供应, 神经, 和淋巴管; 软骨主要从滑液中吸收补充剂. 所以, 外伤性关节软骨损伤和早期骨关节炎 (办公自动化) 引起疼痛, 加速关节, 并导致严重的功能障碍. 半月板损伤导致患者疼痛, 限制他们的行动, 并可加速OA的发生和发展. 椎间盘软骨损伤是慢性背痛的主要原因之一 [2].

软骨损伤和随后的组织退化可能导致长期慢性疾病; 而且, 这种损害消耗了大量的医疗资源 [3]. 然而, 再生医学领域在修复受损软骨方面显示出有希望的发展.

种子细胞是再生医学的关键组成部分, 这会导致治愈. 自体软骨是再生医学中软骨种子细胞的金标准 [4]. 自体软骨细胞植入 (ACI) 在修复软骨缺损方面已得到广泛应用并取得临床效果 [5, 6]. 由于自体软骨细胞的供体来源有限, 细胞在植入前必须在体外单层扩增以满足修复的要求. 然而, 单层细胞的扩张会导致软骨细胞快速去分化, 导致原始细胞表型丧失 [7]. 与正常软骨细胞相比, 去分化的软骨细胞更有可能产生纤维软骨而不是透明软骨; 后者具有更好的生物力学性能并且更耐用. 然而, 自体软骨移植需要进行第二次手术，并增加供区健康软骨受伤的风险. 当体内与细胞因子一起在三维空间中培养时，软骨细胞保持其表型 (3D) 文化 [8, 9]. 然而, 自体软骨细胞修复的临床应用有限.

干细胞 具有自我更新和分化成多种细胞系的潜力. 干细胞可分为三大类: 胚胎干细胞 (ESC), 诱导多能干细胞 (诱导多能干细胞), 和成体干细胞 [10]. ESC 源自囊胚期胚胎的内细胞团 [11]. iPSC 可以通过基因重编程从体细胞衍生而来 [12]. 成体干细胞从各种成体组织中分离出来 [13]. ESC 和 iPSC 是多能细胞，可分化为所有三个谱系的细胞: 外胚层, 中胚层, 和内胚层 [14]. 成体干细胞分为多能干细胞和单能干细胞; 单能细胞只能分化成一种细胞类型, 例如卫星干细胞或表皮干细胞. 多能细胞可以分化为一个谱系中的多种细胞类型; 例如, 间充质干细胞 (间充质干细胞) 可以分化成成骨细胞, 软骨细胞, 和脂肪细胞 [13]. 干细胞的自我更新能力和多重分化潜力, 例如ESC, 诱导多能干细胞, 和间充质干细胞, 在组织再生领域得到了广泛的研究. 此外, MSCs研究已全面应用于临床 [15]. 在这篇评论中, 我们专注于软骨损伤机制和治疗策略以及干细胞在软骨再生领域的研究.

2. 软骨干细胞的表征
基于连续损伤修复理论, 道思韦特等人. 是第一个描述软骨干细胞的人 (CSC) 位于关节软骨表面 [16]. 他们发现 CSC 和纤连蛋白具有密切的相互关系. 此外, 他们表明CSCs具有很高的集落形成效率并且可以表达Notch 1, 在缺口信号传导的早期步骤中起着重要作用, 诱导软骨形成 [17].

CSC 也存在于终末期 OA 患者中 [18], 具有软骨形成潜力的细胞可以快速迁移到受损软骨中，下调Runx-2的表达, 成骨转录因子, 并增强Sox-9的表达, 软骨形成转录因子. 通过调节Runx-2和Sox-9抑制受损软骨的成骨, CSC 可以促进软骨形成，改善软骨自我修复 [19]. CSCs 的基质合成潜力可以在不改变其迁移能力的情况下增加. 而软骨细胞通常存在于软骨表面 [16, 18], 余等人. 发现于 2014 CSCs也存在于软骨深层 [20]; 三分之一的表面积比三分之二的深层区域含有更多的软骨干细胞.

不同区域具有不同的基因表达模式和特定的分化潜力, 这些特征可能与浅层和深层干细胞的独特性质有关, 从而参与关节软骨的稳态. 周等人。. 表明, 与软骨细胞相比, 软骨干细胞可以过度表达趋化因子，例如白细胞介素 8 (白细胞介素8) 和C-C基序配体 2 (覆铜板-2). 然而, 颗粒培养期间, 糖胺聚糖含量 (插科打诨) 低于软骨细胞 [21]. CSC 过度表达趋化因子, 增加免疫细胞. 此外, 它们在软骨损伤和修复过程中介导炎症. 软骨诱导后, 可检测 II 型胶原蛋白和聚集蛋白聚糖 (但不是 X 型胶原蛋白), 与骨髓干细胞不同 (骨髓间充质干细胞) [22]. 然而, X型胶原蛋白与软骨退化和衰老密切相关 [23]. 同时, 体外诱导BMSCs和CSCs进入软骨细胞更有可能导致细胞肥大. 多项研究表明，CSCs在体外软骨诱导方面比滑膜细胞具有更好的效果 [21]. 这些结果表明 CSC 可能比 MSC 具有更强的潜力 (BMSC 和滑膜细胞) 用于软骨诱导.

在 2016, 蒋等. 进一步研究人软骨源干细胞及其在软骨组织修复临床应用中的潜力 [24]. 使用体外和体内实验, 他们比较了在不同条件下培养的软骨干细胞的软骨形成能力. 他们发现, 在低密度, 低糖二维 (2DLL) 中等的, 软骨干细胞可以自发分化成软骨, 不被诱导, 支持临床应用的潜力. 其中一项体内研究包括 15 接受软骨祖细胞软骨修复手术的患者, 每个人的损伤面积为 6–13cm2. 最近, 黄等人。. 在半月板中发现干细胞 [25]. 他们比较了半月板来源的基质细胞的几个特征, 自体骨髓间充质干细胞, 和纤维软骨细胞, 包括它们的形态, 增殖, 集落形成, 免疫细胞化学, 和多分化. 半月板来源的基质细胞和骨髓间充质干细胞都具有与干细胞相关的标记. 此外, 它们可以分化成骨细胞, 脂肪细胞, 和体外软骨细胞. 与骨髓间充质干细胞相比, 然而, 更多半月板来源的基质细胞可以分化成软骨, 这意味着它们在软骨形成方面更有效.

宋等人. 分离的髓核干细胞 (纳米粒子干细胞) 和纤维环干细胞 (AFSC) 来自椎间盘 [26]. 两种盘干细胞都可以在早期细胞传代过程中形成集落并表达干细胞标记物, 每种类型的干细胞都有不同的特征，反映它们所代表的组织功能.

普通关节软骨与分化软骨干细胞形成的诱导软骨在细胞表型和再生潜力上存在差距. 这种差异影响形成高质量透明软骨的能力. 然而, 与大多数干细胞相比, 软骨干细胞具有卓越的软骨再生潜力 [27]. CSCs的研究仍处于早期阶段, 需要进一步的研究来了解它们在软骨再生中的作用. 自体干细胞面临与 ACI 类似的问题, 例如健康软骨受伤的风险, 第二次手术的要求, 以及软骨缺损修复过程中出现的一系列问题. 克服细胞免疫排斥或细胞免疫原性低的问题, 同种异体软骨干细胞为软骨缺损修复提供了一种有吸引力的方法 [24].

3. 干细胞的软骨分化
干细胞具有多重分化和自我复制的潜力, 使它们成为软骨组织工程中用作种子细胞的理想选择. 软骨组织工程的一个重要步骤是干细胞的诱导 (包括ESC, 诱导多能干细胞, 和成体干细胞) 进入软骨细胞. 通过组织工程, ESC可被诱导形成软骨细胞，修复软骨损伤 [54]. 因为未分化的ESC具有较高的致瘤性和畸胎瘤风险, 使用稳定有效的培养条件来扩增 ESC 并诱导其分化为特定的软骨形成谱系非常重要 [55]. 许多策略已被应用于诱导 ESC 分化为软骨细胞谱系 [56], 包括 (1) 拟胚体形成, 模仿胚胎发育早期阶段的外胚层策略, 中胚层, 和外胚层; (2) 分化为间充质干细胞, 一种利用MSC的免疫豁免特性和更高安全性的方法, 促进软骨组织工程; 和 (3) 使用生长因子和细胞因子，例如 TGF-β 家族成员 (例如。, TGF-β1 和 TGF-β2), BMP家族 (例如。, 骨形态发生蛋白-2, 骨形态发生蛋白-4, 和BMP-6), PDGF-bb, 胰岛素样生长因子1, 和音速刺猬蛋白 (SHH). 已经使用了与成体干细胞策略类似的其他几种策略, 例如软骨细胞或纤维细胞共培养, 3D 培养改变细胞微环境, 缺氧诱导, 和机械刺激 [54].

iPSC 可以通过基因重编程从体细胞中获得 [57]. ESC 和 iPSC 显示自我复制和多能性, iPSC 比 ESC 具有明显的道德优势. 起初, 四个因素——八聚体结合转录因子 3 和 4 (10 月 3 日/4 日), 克鲁佩尔样因子 4 (Klf4), v-myc 禽骨髓细胞瘤病毒癌基因同源物 (c-myc), 和 Sox-2——在小鼠模型中被鉴定为参与成纤维细胞转变为 iPSC [57]. 四人之中, Oct3/4 和 Sox-2 是转录因子, 而 Klf4 和 c-myc 是在肿瘤中表达上调的基因 [10]. 这一发现是干细胞领域的突破，为基因治疗和组织工程提供了新工具. 自那以后, 体细胞, 成纤维细胞, 软骨细胞已成功重编程为 iPSC 并分化为软骨细胞谱系 [58]. 源自皮肤成纤维细胞的 iPSC 可诱导分化为软骨细胞. 此外, 基于 HLA 表型, 可以构建可提供同种异体 iPSC 的 iPSC 库. 可以将文库中的细胞诱导为软骨细胞以再生软骨. 这种策略是有利的，因为它限制了成本，同时提供了广泛的覆盖范围 [59]. 与其他 iPSC 系相比, 源自软骨细胞的 iPSC 系可以表达更多的聚集蛋白聚糖基因产物 [60]. 此外, 软骨相关基因的表达与软骨形成标记物的表达没有差异. iPSC 技术提供了一种安全的软骨修复新方法. 这个过程需要优化生产流程, 更好地了解生物学特性, 并建立分化策略以获得高产且有功能的软骨细胞样细胞系.

间充质干细胞被认为是最有希望通过细胞移植实现软骨再生的细胞, 并且已经应用于临床 [61]. 分子诱导间充质干细胞分化成软骨细胞, 细胞因子 (主要是生长因子), 和培养细胞的微环境. 间充质干细胞的软骨形成可分为三个阶段 [62]. 第一的, 干细胞凝结并发生细胞间相互作用. MSC开始表达粘附分子, 例如N-钙粘蛋白, 生腱蛋白-C, 和神经细胞粘附分子 (N-CAM). 间充质干细胞的浓缩在软骨形成的早期阶段至关重要. 然后, 转录介质被激活, 例如骨形态发生蛋白 (骨形态发生蛋白), Sox-9, 甲状旁腺激素/IHH, 和 FGF 信号通路 [63]. 最后, 细胞外基质 (细胞外基质) 并形成前软骨细胞. 前软骨形成后, 软骨膜细胞迅速增殖, 分泌更多ECM, 并充分区分.

成熟软骨细胞定位于软骨组织. 软骨细胞维持表型的能力与其局部微环境条件密切相关 [64], 包括 3D 细胞外基质的类型, 缺氧条件, 机械负载, 和专门的形态结构 [65]. 相似地, MSC 需要特定条件才能分化为软骨细胞. 软骨细胞与间充质干细胞共培养是软骨细胞诱导间充质干细胞的一种新的细胞培养方法, MSCs可以促进软骨细胞增殖 [66].

4. 软骨损伤机制和治疗
4.1. 关节软骨
暴力伤害可能导致关节软骨损伤, 慢性炎症性疾病，例如类风湿性关节炎 (RA), 或退行性关节疾病，例如 OA. 与软骨损伤和退化的发生和发展相关的几个重要机制包括改变软骨细胞表型的炎症反应, ECM 组件的损失, 以及软骨骨单元的损伤和重构 [67]. 炎症细胞因子在软骨退变的进展中发挥重要作用, 阻断一些炎症细胞因子可以延缓软骨退化. 炎症细胞因子由单核细胞分泌, 导致滑膜增生 [68]. 研究表明炎症反应仅存在于滑膜组织中, 但最近的研究也证实了软骨炎症的发生. 体外从退化肥大的关节软骨中分离软骨细胞 [69]. 软骨细胞表型的变化阻止它们产生软骨 ECM 成分，例如蛋白多糖和 II 型胶原蛋白, 维持软骨细胞的生物学特性所需的. 反过来, 软骨细胞可以减少蛋白聚糖的比例并产生更多的X型胶原蛋白, 与细胞衰老有关 [70]. 关节软骨和软骨下骨形成不可分割的有机软骨骨单元; 实际上, 关节软骨的损伤和退化必然会引起软骨下骨的破坏 [71]. 而且, 关节软骨与软骨下骨分离导致剥脱性骨软骨炎 (强迫症).

关节软骨损伤的治疗策略包括姑息治疗策略, 关节镜清创术和关节成形术治疗策略, 和再生治疗策略.

姑息治疗策略主要包括物理治疗 (热刺激和电刺激, 高强度超声波, 脉冲电磁场, 毫米波, 超声波, 和低强度激光治疗), 减肥和肌肉强化计划, 和药物 (葡萄糖胺和软骨素用于治疗软骨缺陷, 尽管这两种药物都不能缓解症状, 它们已被证明可以逆转或延缓软骨退化的进程). 注射治疗策略, 与手术相比, 提供便利且风险低. 注射材料可直接作用于关节软骨并长期保留在关节腔内. 由于这些特点, 已经报道了许多关于关节腔注射治疗策略的不同研究, 有关的, 例如, 富含血小板的血浆 (富血小板血浆) [72, 73], 药物输送策略 [74], 多酚稳定软骨胶原蛋白，防止降解, IL-1 受体作为润滑素代谢和软骨退化拮抗剂的作用, 雷帕霉素的活性 [75], 阿仑膦酸钠 [76], 透明质酸 [77], 骨形态发生蛋白7 [78], 和利多卡因 [79], 减少活软骨细胞并改变 COL II 和聚集蛋白聚糖的基因表达, 和关节内类固醇注射 [80]. 关节镜清创术主要用于关节软骨退变的中晚期. 尽管关节镜清创术作为膝关节 OA 的治疗方法已被广泛采用作为一种手术选择, 其功效一直存在争议 [81–83].

关节镜清创包括关节腔冲洗, 半月板肾部分切除术, 清除游离体, 去除滑膜, 软骨成形术, 和骨赘切除术. 研究表明关节镜清创术可缓解短期症状, 尤其是伴有急性疼痛的骨关节炎患者和关节腔内有游离体的患者. 关节置换术已广泛应用于治疗晚期关节软骨病变, 通常替换膝盖或臀部 [84].

4.2. 半月板
半月板由外侧纤维和内侧透明软骨组织组成. 它分散了胫骨平台和股骨髁之间的压力. 半月板损伤通常是由于直接暴力造成的，也可能反映出慢性退化 [85]. 比如软骨损伤, 半月板损伤显示出自我修复的局限性. 仅横向纤维, 有血液供应, 可以缝合, 但这种纤维损坏的情况相当罕见. 除了导致膝关节活动受限之外, 半月板损伤也会改变关节的机械结构, 加速其中的软骨退化. 半月板损伤最常用的治疗方法是关节镜下缝合或切除. 该手术可以为半月板提供最佳的机械稳定性，并为受损区域提供最强的结合力. 无法缝合的半月板损伤一般采用半月板切开术和半月板切除术治疗 [86]. 同种异体半月板移植和合成材料已应用于临床，与半月板切除相比，显示出更好的预防膝关节退变的效果 [87, 88]. 许多报告描述了使用干细胞相关的组织工程来治疗半月板损伤，并证明了其在半月板再生方面的优势, 显示出未来半月板损伤治疗的希望 [89, 90].

4.3. 椎间盘
很多患者都会出现背痛的情况 (终生患病率高达 84%) [91]. 尽管背痛是一种复杂的疾病，可能受到多种因素的影响, 大多数患者的背痛是由椎间盘急性损伤和退变引起的 [92]. 椎间盘是由髓核的内核形成的 (NP) 以及纤维环的纤维化, 围绕 NP. 前者由软骨细胞样椎间盘细胞组成, 未排列的胶原蛋白, 和富含蛋白聚糖的凝胶状基质成分. NP 由形成圆形排列的平行胶原纤维和成纤维细胞样细胞组成 [93]. 大多数由机械力引起的急性损伤会导致纤维环破裂, 突出的 NP 压迫周围组织, 导致临床症状. 椎间盘退变的发病机制尚不清楚; 然而, 椎间盘细胞死亡率增加, ECM 丢失, 椎间盘细胞表型的变化, 过度的炎症反应被认为在椎间盘退变中起关键作用 [94].

腰椎关节急性损伤、退变，主要采用保守或手术治疗. 如果保守治疗失败, 可以尝试手术来缓解神经滑脱症. 然而, 这些干预措施的重点是缓解症状, 而不是构成再生治疗. 最近几年, 生物再生疗法的引入和发展延迟了椎间盘退变并允许组织修复 (IE。, ECM修复与再生). 生物再生疗法包括基因疗法, 生物因素靶向, 微小RNA (miRNA) 治疗 [95], 以及基于干细胞的组织工程 [2, 61]. 在这些生物再生疗法中, 经皮注射间充质干细胞已应用于临床，对改善椎间盘源性疼痛效果显着 [96]. 这些技术可以改变椎间盘微环境的新陈代谢，并允许椎间盘组织再生, 同时保持脊柱原有的生物力学 [97]. 尽管很少有临床研究检验间充质干细胞注射, 他们已经证明了改善椎间盘源性疼痛的安全性和可行性. 然而, 需要更多的临床研究来支持这些好处 [2].

5. 软骨修复中的再生医学
5.1. 微骨折
关节软骨再生中的微骨折理论基于多能干细胞的假设, 主要是来自骨髓的BMSC, 可以通过微裂缝间隙到达受损区域 [98]. 程序结束时, 重要的是要评估是否有脂肪颗粒从骨髓中溢出，以验证正确的孔深度. 据报道，微断裂技术在受损面积为 2–4 cm2 时效果最佳 [99]. 该技术利用干细胞的多能能力，以低成本、手术损伤小的方式完成软骨修复. 然而, 该方法导致修复组织中形成纤维软骨, 而不是正常关节软骨中的透明软骨, 从而影响生物学性能 [4, 100].

5.2. 马赛克成形术
马赛克成形术, 也称为自体骨软骨移植, 采用从关节非承重区域取出的骨软骨塞来填充受损区域. 首次应用于 1997, 马赛克成形术并不严格被视为再生技术, 并且还存在移植早期失败的风险. 而且, 该技术只能修复受损区域 < 4 平方厘米 [101]. 通过自体骨软骨移植在受损部位形成的软骨与正常软骨相同的透明软骨. 马赛克成形术技术比微骨折修复效果更好, 但 ACI 又比马赛克成形术有更多优势 [102].

5.3. 脚手架
使用支架可以为软骨细胞提供3D微环境, 解决单层培养中软骨细胞分化的问题. 支架可防止软骨细胞损失, 它们在模拟软骨细胞正常排列的定向支架中生长，从而形成仿生结构 [103]. 通过它们的机械性能, 支架可以为患者早期康复带来益处. 支架是组织工程最重要的组成部分之一 [104]. 结合多种软骨相关细胞因子, 可用于培养自体干细胞，完成受损部位的组织修复状态, 包括来自血液的干细胞, 滑液, 滑膜组织, 和软骨. 负载在支架上的干细胞可以在特定的微环境下在体内诱导. 随着材料科学的不断发展以及3D打印技术在组织工程领域的应用, 软骨修复与支架材料相结合为关节软骨提供了一个充满希望的未来方向, 半月板, 和椎间盘修复 [105, 106].

5.4. ACI 和 MACI
首次应用于 1994, ACI 因其令人满意的长期效果而被广泛报道, 中期临床结果和磁共振成像 (核磁共振成像) 结果 [5]. 接受 ACI 的患者通常是 <50 岁, 损坏面积为 >1 平方厘米, 软骨损伤是急性外伤引起的一种类型 [107]. 与前期相比, ACI 探索了比以前更多的适应症. 软骨损伤修复已报道具有更好的临床效果，这是一个相当大的挑战, 例如软骨修复手术失败的患者 [108], 早期骨关节炎 [109], 年龄较大 [110], 复杂的髌股关节病变 [111], 深部骨软骨病变, 和强迫症 [112]. 彼得森等人. 总结 224 过去接受过 ACI 治疗的软骨损伤患者 20 年 [113]. 主观评分较术前有显着提高. 报告还指出 74% 的患者感觉好转或稳定，并且 92% 的患者对他们的治疗感到满意. 尽管有软骨下囊肿, 骨赘, 骨髓水肿, 和其他常见的副作用, 从长远来看，ACI仍然具有出色的临床效果. 然而, 这个程序也有几个缺点, 例如在获得骨膜补片时进行第二次切口, 修复区域肥大, 和软骨细胞渗漏 [114]. 据报道，用I型或III型胶原膜代替骨膜补片，可以避免二次切口，降低肥大的发生率. MACI可以避免细胞3D培养的细胞渗漏问题. 但无论ACI还是MACI, 软骨细胞表型的维持仍然是细胞培养过程中的一个棘手问题. 与 ACI 中延长单层培养相比, MACI 可以为软骨细胞粘附提供 3D 培养微环境, 增殖, 和基质分泌以维持软骨细胞表型 [115]. 据报道，3D培养微环境 [65] 和共培养 [116] 干细胞与软骨细胞的结合可以更好地维持软骨细胞表型, 这是决定ACI和MACI临床效果的关键点, 未来需要更多的研究.

5.5. 干细胞及其对软骨修复的作用
过去十年, 干细胞治疗已得到广泛应用, 并且关于该主题的研究数量迅速增加. 今天, 这种治疗是再生医学的一个重要分支. 干细胞有两个作用: 它们具有多重分化的潜力，并且具有旁分泌和免疫调节能力, 这都是使用间充质干细胞进行软骨再生的重要特征 [117, 118]. 干细胞可以分化为软骨细胞，并且支架可用于细胞附着，这一事实使得该系统适合在临床上使用干细胞进行软骨组织工程. 实验室研究和临床证据表明干细胞是治疗创伤性骨软骨损伤的有效方法 [119]. 虽然干细胞与支架材料结合的应用, 通过使用组织工程技术, 可以达到满意的修复效果, 尚无研究表明干细胞的修复效果优于软骨细胞. 干细胞与支架结合的应用, 用于创伤性软骨损伤的组织工程, 取得了满意的效果, 但在修复OA软骨退变方面鲜有成功报道.

这种治疗基于干细胞的旁分泌和免疫调节作用. 大多数干细胞 OA 治疗都涉及注射，将干细胞插入关节腔的受损区域. 关节腔注射治疗半月板损伤 [120, 121], 而椎间盘损伤则采用局部注射治疗 [122, 123]. 虽然机制尚未完全了解, 效果很明显, 特别是对于OA的治疗. 许多病理报告和随机对照试验证明了治疗效果. 干细胞分泌促进内源生长的介质, 刺激祖细胞的自我增殖, 并抑制软骨细胞凋亡或软骨变性, 实现软骨再生和软骨保护 [124]. 此外, 多项研究表明，受伤部位的炎症反应会抑制内源性干细胞或祖细胞的损伤修复 (例如软骨干细胞) [125].

6. Clinical Applications of Stem Cell Therapy in Cartilage Repair
与 ESC 和 iPSC 相比, 成体干细胞更安全，因此首先应用于临床治疗. MSCs是最具代表性的成体干细胞，广泛应用于临床软骨再生. 间充质干细胞可以有多种来源, 比如骨髓, 胖的, 胎盘, 脐带血, 滑膜, 外周血, 肌腱, 和软骨. 骨髓间充质干细胞, 脂肪干细胞, 滑膜间充质干细胞 (SMSC), 外周血来源的间充质干细胞 (外周血干细胞), 等干细胞应用于临床软骨损伤修复，效果满意 (桌子 1). 桌子 2 总结了 PubMed 数据库中涉及干细胞软骨再生临床试验的搜索结果, 发表于 2000 直到六月底 2016. 最近的几项研究调查了同种异体 BMSC 治疗 OA 的作用, 证明其在软骨修复方面的安全性和有效性. 此外, 近年来ADSC在软骨修复方面的研究不断深入. 与骨髓间充质干细胞相比, ADSC在治疗软骨损伤方面具有一定的优势. 骨质疏松导致骨髓间充质干细胞数量和质量下降, 但 ADSC 可以用来解决这种情况. 当基质血管部分减少时，软骨损伤修复的安全性更高 (SVF) 不是在体外培养的. 抽脂手术后, 脂肪组织, 以医疗废物的形式, 可以重复使用. 使用PBMSCs最吸引人的原因是它们很容易获得并且只需要一步手术即可修复软骨. 很少有研究描述 SMSC 和软骨细胞来源的祖细胞的用途 (CDPC) 修复软骨损伤, 还需要进一步的临床测试来明确其优缺点. CDPCs起源于软骨组织，具有优异的分化成软骨的能力. 需要修复的组织一般包括膝关节半月板和距骨软骨; 这些区域的损伤主要限于软骨损伤或早期骨关节炎. 可以使用多种方法输送细胞，例如简单直接注射 MSC, 或 MSC 与透明质酸混合 (哈), 富血小板血浆, 或胶水, 以及MSCs与支架结合.

细胞类型细胞来源位置损伤类型细胞携带者病例 (n) 后续描述结果
自体CDPC, 软骨来源的膝关节 AC 软骨缺损 I/III 型胶原蛋白支架 15 12 与 BMSC 相比, 软骨形成潜力更好四名患者的组织活检未发现异位钙化和血管化. 所有患者的临床评分均有改善; 功能改善，疼痛减轻. 2016 [24]
BMSCs 自体膝关节 AC OA 注射 3 5 年先前研究的更新干细胞注射的长期随访显示早期 OA 患者预后良好. 2016 [28]
BMSCs 同种异体膝关节 AC OA 注射 BMSCs: 15
哈: 15 12 月 RCT 与 HA 组比较, BMSC组的功能恢复和再生软骨的质量显着增强. 2015 [29]
BMSC同种异体膝关节AC和半月板OA注射小剂量: 18
高剂量: 18
哈: 19 2 年内侧半月板部分切除 RCT 膝关节疼痛缓解, MRI显示干细胞组半月板再生. 2014 [30]
BMSCs 自体膝关节 AC OA 注射 12 2 年之前研究的更新疼痛缓解后 1 治疗年份, 持续一年 2. MRI 显示一年中软骨质量更好 2 与年份相比 1. 2014 [31]
BMSCs 自体膝关节 AC OA 软骨缺损注射 HA + 骨髓间充质干细胞: 28
哈: 28 2 年 RCT 胫骨高位截骨术 + 微骨折有效改善短期临床和软骨修复组织评分. 2013 [32]
BMSC 自体踝关节软骨缺损胶原膜 25 2 年基质相关干细胞移植临床评分良好且无并发症. 2013 [33]
BMSCs 自体膝关节 AC 软骨缺损注射骨膜补片微骨折 + 骨髓间充质干细胞 + 哈: 35
骨髓间充质干细胞 + 修补: 35 2 年微骨折 + 骨髓间充质干细胞 + HA 与 BMSC 相当 + 修补, 但微创. 2012 [34]
SMSC 自体膝关节 AC + 半月板软骨缺损关节镜移植 10 37–80 个月 10% 自体人血清用于扩大细胞 MRI 评分, Lysholm评分, 和定性组织学均表明SMSC移植是有意义的. 2015 [35]
ADSC 自体膝关节 AC 软骨缺损关节镜 ADSC + 微骨折 + 纤维蛋白胶: 40
微骨折: 40 2 年 RCT 放射学和 KOOS 疼痛和症状评分显示比对照组更有意义的改善. 2016 [36]
ADSC 自体膝关节 AC OA 关节镜 ADSC + 纤维蛋白胶: 20 2 年临床和 MRI 评分显示显着改善. 2016 [37]
ADSCs 自体膝关节 AC OA 注射 SVF: 1,128 12–54 个月无严重副作用, 感染, 或与 SVF 相关的癌症. 2015 [38]
ADSCs 自体膝关节 AC OA 注射 30 2 年 4.04 × 106 干细胞对老年膝骨关节炎患者有效. 2015 [39]
ADSC 自体膝关节 AC OA 关节镜 ADSC: 37
脂肪干细胞 + 纤维蛋白胶: 17 24–34 个月关节镜检查和临床结果对两组的 OA 都有帮助. 然而, 脂肪干细胞 + 纤维蛋白胶组具有更好的 ICRS 分数. 2015 [40]
ADSC 自体膝关节 AC 早期 OA 关节镜 ADSC + 纤维蛋白胶: 49 意思是 26.7 月患者 > 60 岁数或有受伤部位 < 6 cm2 不适合此治疗. 2015 [41]
ADSCs 自体半月板半月板撕裂注射 ADSCs + 富血小板血浆 + 氯化钙 + 哈: 1 18 几个月疼痛减轻. 核磁共振成像在 3 治疗几个月后显示半月板撕裂几乎消失. 2014 [42]
ADSC 自体膝关节 AC OA 关节镜膝关节: 37 24–34个月影响修复效果的因素多为损伤面积大、BMI高. 第二次关节镜检查显示 76% 不定期修理. 2014 [43]
ADSC 自体距骨骨软骨病变注射骨髓刺激: 26
SVF + 骨髓刺激: 24 21.9 月 SVF 骨髓刺激组显示出比单独骨髓刺激组更好的结果. 2014 [44]
ADSCs 自体膝关节 AC OA 注射 I: 低剂量 (3), 中等剂量 (3), 高剂量 (3)
二: 高剂量 (9) 6 月低剂量: 1 × 107 中等剂量: 5 × 107 高剂量: 1 × 108 无不良事件. 高剂量组比其他组表现出更好的结果. 2014 [45]
ADSC 自体膝关节 AC OA 注射 ADSC + 富血小板血浆: 91 30 月通过 MRI 和电话随访证明自体 SVF 和经皮局部注射的安全性. 2013 [46]
ADSCs 自体膝关节 AC OA 注射 SVF + 富血小板血浆: 18 24–26个月髌下脂肪垫的ADSC有助于缓解关节疼痛和改善膝关节功能. 2013 [47]
ADSCs 自体距骨骨软骨病变注射微骨折: 30
微骨折 + 脂肪干细胞: 35 21.8 月上述患者中 50 年龄, 骨髓刺激作用 + ADSC 比单独的骨髓刺激效果更好. >109 mm2病灶大小和现有软骨下囊肿显示出更好的再生结果. 2013 [48]
ADSC 自体膝关节 AC OA 注射 ADSC + 富血小板血浆: 25 12 月 1.89 × 106 脂肪干细胞, 3 髌下脂肪垫的 mL PRP ADSC 可有效缓解关节疼痛并改善膝关节功能. 2012 [49]
PBSC 自体膝关节 AC 软骨损伤开放手术 1 7.5 年骨膜瓣 + 髌股重整 CT 和 MRI 显示效果更好. 手术后八个月, 第二次关节镜检查显示新生长的软骨表面光滑. 患者恢复练习跆拳道. 2014 [50]
PBSCs 自体膝关节 AC 早期 OA 注射 5 6 月 PBSC + 哈 + 生长因子 + 微骨折无不良事件，所有临床评分均有改善. 2013 [51]
PBSC 自体膝关节 AC 软骨缺损关节镜下微骨折 + 哈: 25
外周血干细胞 + 微骨折 + 哈: 25 2 年 RCT PBSC 组的新生儿软骨质量在组织学和 MRI 评估上优于对照组. 2013 [52]
PBSC 自体膝关节 AC 软骨缺损开放手术 52 6 胶原膜 PBSC 是修复大面积软骨损伤的有效方法. 此方法可用作 ACI 的替代方法. 2012 [53]
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桌子 2
过去和现在临床上用于软骨再生的干细胞类型. 该表显示了涉及干细胞软骨再生的临床试验的 PubMed 数据库搜索结果, 发表于 2000 直到六月底 2016 (论文数量).

年份细胞类型总计
BMSC ADSC PBSC SDSC CDPC
2002 1 0 0 0 0 1
2004 1 0 0 0 0 1
2005 1 0 0 0 0 1
2007 2 0 0 0 0 2
2008 1 0 0 0 0 1
2010 2 0 0 0 0 2
2011 2 1 1 0 0 4
2012 2 1 1 0 0 4
2013 2 2 2 0 0 6
2014 2 4 1 0 0 7
2015 1 4 0 1 0 6
2016 1 2 0 0 1 4
全部的 18 14 5 1 1 39

尽管经过多年的研究, 干细胞在软骨再生中的应用没有达到预期. MSC 具有软骨内骨形成的内在分化程序 [126]. 尽管研究人员试图避免间充质干细胞肥大的命运, 如果没有肥大软骨细胞表型，他们还无法创建关节透明软骨 [69]. 必须克服这一挑战，才能利用基于 MSC 的组织工程实现更好的软骨再生. 此外, 干细胞在软骨再生中的用途仅限于未经处理或增殖培养的干细胞. 虽然利用干细胞进行软骨再生的可行性已被证明, 由于诱导的细胞不稳定，临床研究报道很少 [127] (IE。, 它们很容易退化并导致肿瘤发生).