關節炎患者的福音:組織再生技術可永久性重建關節軟骨
編者按:關節炎泛指發生在人體關節及其周圍組織的炎性疾病,可分為數十種。我國的關節炎患者有1億以上,且人數在不斷增加。關節置換是其中一種治療技術,但軟骨移植供體目前以金屬材料為主,患者置換時間長后仍將面臨再次置換的問題。大學問網有幸請到了上海交通大學醫學院附屬九院教授、組織工程國家工程研究中心常務副主任周廣東博士,為大家詳解關節軟骨組織再生技術的發展與應用現狀。
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▲周廣東教授
人物簡介:
周廣東:1972年10月出生,上海交通大學醫學院附屬九院組織工程學博士,教授,研究員,博士生導師,組織工程國家工程研究中心常務副主任,中國組織工程與再生醫學學會秘書長、常務理事,國家973、863計劃軟骨組織工程課題負責人,全國衛生系統青年崗位能手,教育部新世紀優秀人才,上海市曙光學者、青年科技啟明星、新長征突擊手、上海市醫學領軍人才、衛生局優秀學科帶頭人。主攻軟骨再生及其臨床轉化,在種子細胞新來源、軟骨微環境調控、幹細胞軟骨再生、體外三維軟骨構建、軟骨缺損修復以及臨床應用等諸多領域均有很深造詣和學術影響力。主持完成國家級課題12項,各類人才計劃14項,已發表學術論文200餘篇,其中第一/通訊作者SCI論著26篇(總IF>150分),發明專利17項,獲國家技術發明二等獎等科技獎項與榮譽20餘項。
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學問君:長期以來,您一直從事體幹細胞和軟骨組織工程相關研究,能否用通俗的語言為我們介紹一下?
周廣東:我們做整形外科經常會遇見許多先天性軟骨缺損的情況,如缺失鼻子、耳朵等組織或器官,或者是顳部兩邊顴骨明顯凹陷、短下巴等。這些患者需要做一些整形美容手術,彌補外形上的缺失或不足,既能改善患者容貌也能增加其自信心。
另外,還有許多燒傷、外傷、腫瘤切除等導致形態發生明顯改變的患者,他們都需要整形修復。這些顏面部的組織缺損,有相當一部分都和軟骨有關。
還有一些最常見的關節方面的病人,如人們在年老之後患上的關節炎等。這些患者大都以軟骨損傷為主。
從科學的角度來說,人體內軟骨損傷之後,自發恢復能力非常差。人們的皮膚上如果受小傷,如碰破一塊皮,可能幾天之後這塊皮就自動地、不留痕迹地長好。如果人們的骨頭受到一些小範圍損傷,也可以自發恢復。唯獨軟骨這個組織非常特殊,人們的軟骨組織一旦受損,如缺失耳朵、鼻子之類的器官后,將沒有自動修復的能力。
正因為這一點,我們想要實現軟骨缺損的修復,首先就必須要有一個軟骨移植的供體,目前臨床上最經典的辦法就是從患者自身的其它部位切取軟骨來進行修復。比如,我們在給病人做耳再造手術時,通常會切取患者自身
三到四塊肋軟骨,主刀醫生通過手工雕刻做成一個耳朵形態的軟骨支架用於耳廓再造。這樣做的優點是恢復了患者耳朵的形態且不會產生排斥反應(因為是患者自己的軟骨),但相應地,患者的肋軟骨也會遭受缺損,這對患者而言,損失也是比較大的。因為,做這樣手術的患者大都是8歲左右的兒童,三到四根肋軟骨的缺失很容易引起胸廓發育畸形。
我的老師曹誼林教授在美國時曾發明了一種被盛傳為「人耳鼠」的組織工程技術,即利用軟骨細胞和一個可降解支架材料,在老鼠身上重新長出了一個人耳朵。該技術如果能夠用於耳缺失病人的外耳再造將會有極大的優勢,因為應用這一技術,我們不用再取病人的肋軟骨,而是從他們殘留的耳朵中取出一些軟骨細胞,在實驗室中培養出新的耳朵來,給病人提供一個非常好的軟骨移植供體。這樣做最大的好處是不必使病人遭受新的創傷和軟骨缺損。這一技術不僅適用於耳朵,同時也適用於鼻子、氣管、關節等多種組織器官。
另外,我們現在還能利用幹細胞來實現軟骨組織的再生與修復。我們從病人身上抽取一些骨髓或者脂肪,從中取得幹細胞,經過一系列的體外增殖和軟骨定向誘導分化就可以用其製作出軟骨組織。
可以說我個人的主攻學術方向,從碩士開始,就一直圍繞著軟骨再生技術展開(利用病人的少量細胞來實現其軟骨的再生再造),重點解決軟骨移植供體缺乏的難題。
學問君:您剛才說到關節炎也屬於軟骨損傷,能否更詳細地介紹一下?
周廣東:隨著人們年紀增加,關節磨損會越發厲害,也就逐漸會發生退變。正常人關節的兩個表面都是有軟骨的,因為軟骨裡面沒有血管和神經,軟骨和軟骨一起磨損就不會產生痛感。我們正常走路的時候,重量基本都靠膝關節、胯關節等來承受。當軟骨磨損得厲害,變薄或者磨沒了,就會暴露軟骨下骨。軟骨下骨裡面是有血管和神經的,特別是神經會傳導出痛覺。這樣人們再繼續走路的時候,會感覺到痛。
所以關節炎的病人但凡走路運動都會十分痛苦,當下主要有兩種辦法來解決:
一:對於軟骨破壞很嚴重的患者,一般需要做關節置換手術,將其換成金屬或陶瓷等材質的關節。金屬或陶瓷之間相互摩擦,中間沒有神經連接,人們不會有痛感。因此,目前的主流技術仍比較專註於「人工關節」。
二:對於軟骨磨損較輕的患者,可以向關節腔內注射一些能夠減輕癥狀的、帶有激素性質的葯,或者注射一些潤滑劑,給關節一個緩衝,讓其退變速度緩慢下來,從而減輕一些病人的痛覺癥狀。這屬於「姑息療法」。
但其實病人如果做金屬等材質的關節置換,可能僅能維持十年左右的時間,就又要面臨再次置換的情況(因為金屬材料也會被磨損)。我們目前的研究是希望能夠通過軟骨再生技術重建軟骨功能,即取一些病人的細胞,培養出新的軟骨,直接置換給病人。這樣會帶來極大的便利,是一種永久性的生理功能重建。
學問君:除了年齡,還有其它因素會導致關節炎嗎?
周廣東:據相關的科學統計,65歲以上的老人,60%會出現關節炎,可以科學地分析,隨著年齡增長,人們軟骨的修復能力越來越差,所以年齡是一個佔主導的原因。但是除此之外,還有較大的個體差異。如:
①運動習慣:人們是否能夠有一個較好的運動習慣,是否保養得當,對於軟骨磨損也有很大影響。
②疾病:相當一部分人是由於疾病引起的關節炎,如風濕,類風濕,或者一些自身的免疫性疾病等。這些疾病加速了人們的軟骨磨損和破壞速度。
學問君:組織再生技術目前發展態勢如何?能否達到臨床應用階段?是否可以大範圍推廣?
周廣東:目前還沒有實現大範圍推廣使用。
從技術上來說,我們已經基本上掌握了軟骨再生的核心技術。但組織再生技術畢竟是在病人體外培養供體進行移植,目前雖然的確成功實現了不少案例,但卻並沒有經過充分地、足夠長的周期來觀察來確定其安全性,還不能對其做出絕對安全性的評判。例如,體外培養擴增軟骨細胞再加上軟骨組織再生時間一般需要三個月左右,其間細胞需要擴增許多代,而每一次擴增中,細胞都會進行多次分裂,可能需要從一百萬個細胞分裂擴增到一億甚至幾億個細胞。另外,在體外培養再生軟骨過程中,培養液中也會加入一些有利於軟骨再生的生長因子或藥物。經過了這些中間環節后,如何保障其安全性?當前國家對於這塊研究的學術性進展已比較肯定,但安全性研究的相關規範還沒有完全搭建起來,所以葯監局、衛計委等機關對於這項技術推廣使用的態度比較謹慎,審批會比較慢,難度也比較大。
另外還要考慮到民眾、醫生對這項技術的接受度。在對這項技術還不夠了解的前提下,他們很容易有一點排斥心理,希望可以多觀望,等技術成熟后再應用。
綜上,整體的進展還不夠快,還需要一個過程。如果把安全規範逐漸完善做好,我個人認為再過幾年,這極有可能成為一項被廣泛接受的主流技術。
✦記者/陳歡 ✦編輯/羅贇