脂肪组织衍生干细胞在软骨生成中的应用

软骨是由少量软骨细胞构成的组织，这些细胞负责维持着细胞外基质的平衡。在正常人体软骨中，一个直径13μm的软骨细胞控制着104040～160707μm的基质。余下的组织块大体是由水（60%～85%）与胶原合成分子和非胶原合成分子两类分子构成。

软骨的主要功能是形成一个可以承受负荷的低摩擦系数的表面，在保护下面骨质的同时可以自由运动。关节软骨具有高度特异性，它本身无血管、神经和淋巴分布，成熟后的代谢活性很低。这些特点非常切合软骨的功能，但是却使其无法进行自我修复。软骨组织的退化和合成之间保持着严格的平衡，即使是很轻微的改变都可能导致严重的长期问题。有资料表明在组织损伤的早期，黏多糖迅速从组织流失。因此，大面积的缺损大多难以自行愈合，从而导致慢性关节炎症。目前对关节损伤的治疗选择包括关节灌洗、组织清创、对软骨下骨进行微创刺激以促使软骨再生，或者移植自体或异体的骨软骨片。这些治疗的成功率相差甚远。只有少数方法显效，而大多数却有可能导致纤维组织形成、细胞凋亡以及软骨进一步退化。这一结果促使研究人员进行了大量的工作，用以发展关节软骨组织工程技术，以试图在体外合成软骨，再将其移植入体内，替换再生损坏的关节。

然而，软骨的体外再生也颇为棘手。问题不仅在于再创造玻璃质软骨的复杂结构时，怎样采取正确比例，以及怎样进行各基质成分的正确结构排列，而且还包括在移植后，怎样将新形成的组织成功地融合入缺损区域。这不但需要软骨和软骨的融合，也包括软骨和骨的融合。

最新的体外合成软骨复合物的制备需要软骨细胞和细胞外基质。细胞可以是从身体其他部位软骨提取的成人软骨细胞或者是间充质干细胞，经调节分化为软骨细胞。各种不同的生长因子组合也被用来促进软骨细胞的分化，例如转化生长因子β、成纤维细胞生长因子-1、血小板衍生生长因子-BB、骨形态发生蛋白、胰岛素生长因子-1及胰岛素等。

生长因子并不是软骨再生的唯一因素，种植细胞时的层次结构也具有非凡的意义。单层的软骨细胞可能出现去分化现象，然而当细胞种植在适合的三维结构中用正确方法进行培养时，这些细胞可以明显恢复为正常的软骨细胞。

三维支架材料必须是可以生物降解，有利于细胞附着、增殖和基质合成的。人们在进行体内和体外的软骨再生时曾应用了多种材料作为支架，包括水凝胶、类海绵支架等。支架需要具备一定的机械硬度，可以承受持续压力和剪切力，同时又能保持软骨细胞表型，保留新近合成的基质成分。

资料表明脂肪衍生干细胞可以在适宜的培养基中转化为软骨细胞（培养液中添加转化生长因子β、2-磷酸抗坏血酸盐、地塞米松和成纤维细胞生长因子-2）。体外试验检测和比较了这些脂肪衍生软骨细胞与骨髓衍生干细胞产生的基质质量。相关的研究得出了不同的结果。一些研究发现，两种细胞产生的基质无明显差别，而另一些研究显示骨髓衍生干细胞的基质产生能力更加强大。两种细胞对骨形态发生蛋白诱导软骨生成作用的反应不同，只有骨形态发生蛋白-6可以诱导脂肪衍生细胞的软骨生成效应。脂肪衍生干细胞可以在球状培养和多种体外三维支架中产生软骨。不过，将其与间充质干细胞结合后移植入活体的软骨缺损区并不能完成关节软骨的持续再生。这并不是脂肪衍生干细胞特有的问题，而是所有软骨再生研究都会面临的一个普遍问题。同骨再生一样，软骨再生也需要一个理想的细胞组合。另外，将细胞从体外转移到体内也面临两个主要问题。首先就是怎样阻止软骨增生性肥厚（用非专业用语来说，怎样停止软骨的增殖），这是骨折后软骨骨化的一个环节。第二个问题就是软骨和缺损区的融合。由于其本身没有血管供应，软骨只能从邻近的软骨下骨质和关节滑液接收养分。在陈旧性损伤时，关节下软骨缺失，所以人们需要研究一种创建骨和软骨的复合骨片的方法，以使移植骨片更好地与健康的软骨下骨一起融合生长。

分析现有的研究结果和临床数据，还没有一项软骨再生研究能够解决关节退化性骨关节炎的问题。骨关节炎是软骨退化的最常见类型，其牵涉关节软骨的总体退化。骨关节炎的高危因素包括有衰老、肥胖、关节损伤以及软骨特异性基质蛋白突变。目前在美国，骨关节炎的直接和间接的治疗费用每年预计高达65亿美金。在软骨再生方面目前取得的成就还远远不能解决大面积的关节缺损和晚期退化问题。对关节缺损较小的年轻患者尽早干预可以降低其关节晚期退化的发生率。在面临这样富于挑战性的组织工程问题时，脂肪衍生干细胞的研究工作还远未达到临床应用的阶段。