關節軟骨再生之組織工程

綜述內容

Hyaline cartilage的傷害依程度不同分為：matrix disruption, partial thickness defects and full thickness defects三種；由于Hyaline cartilage不具有神經與血管，因此當其受到損傷后無法自我修復，所以臨床上便想到用各式各樣tissue engineering的方法來促進它的再生。以下為目前主要修復關節軟骨的組織工程研究現況：

1.組織移植：分為自體移植及異體移植。其中自體移植在2～5年成功率為70%，而異體移植在5年內約為95%。由于組織是取自體重負擔較輕的部位，所以其耐受力也不佳。此外，也有人利用外骨膜或軟骨膜來進行移植，但是效果不好。

2.軟骨再生：最常見的方法是打一個貫穿subchondral bone的洞，初期在關節面會形成透明軟骨，但是之后會轉變為纖維軟骨；此外，也有人使用藥物來刺激軟骨再生，例如：growth factor和croticosteroids，但是效果不佳并會產生股贅及疼痛。因此，未來的研究方向在于何種藥物及施用的劑量可以促進軟骨再生。

3.細胞移植：自1968年就開始嘗試進行軟骨細胞移植，但成功率只有40%；現今的做法則是合併外科的手術在損傷處補上一片軟骨組織，再把細胞注射到組織下，大大提昇了成功率。軟骨細胞在體外作細胞培養，其增生的速度大約三週可達10~12倍，但是培養在平面上，會產生type I collagen取代type II collagen，而培養在3度空間則可保有細胞特性及形狀，因此現在利用scaffold進行培養與植入；scaffold分為天然聚合物及合成聚合物，天然聚合物有hyaluronic acid-base及collagen等數種材質，在體內皆可逐漸溶解--提供空間給新生的組織且不用再開刀取出。而合成聚合物有PGA(poly glycolic acid), PLLA(poly L-lactic acid), PLGA(poly DL-lactic co glycolic acid)，皆為poly(α-hydroxy ester)的聚合物，亦可在生物體內水解；其中以PLLA培養未分化的軟骨膜細胞植入兔子股骨，約六週后就可發現類透明軟骨的生成；為了避免開刀，新的方式是以注射的方式將聚合物植入體內，其中cell-fibrinogen-thrombin混合液在注射入馬體內八個月有新的軟骨組織及type II collagen生成，而Alginate則會產生發炎反應。另外以PEO (poly ethylene oxide) gel培養胎牛軟骨細胞再注入裸鼠體內，在12週后長出和天然胎牛軟骨細胞幾乎相似之細胞。

4.Bioreactors for chondrocyte and cartilage tissue growth：通常在實驗室所培養的軟骨細胞數目及組織大小不足以應付臨床所需，于是利用bioreactor大量且迅速的培養軟骨組織，種類大約有：spinner flask, microcarriers, perfusion culture及rotating-wall bioreactors，其中microcarriers系統能使細胞數目每2～3天就成倍數成長，而rotating-wall bioreactor的HARV(high aspect ratio vessel)系統更能培養足夠覆蓋關節表面的大面積軟骨組織。

由于膝關節軟骨沒有血管且是由單一細胞所組成，綜觀各方長久以來的各種實驗結果，所以我們樂觀的認為膝關節軟骨有可能是繼皮膚之后另一個可成功再生的組織。。