间充质干细胞治疗半月板损伤的体内研究

膝关节的半月板是一种楔形的纤维软骨组织，外缘较厚，内缘较薄。半月板附着在股骨髁和胫骨表面之间，内侧半月板覆盖60%的胫股骨表面，外侧半月板覆盖90%的关节面。水和胶原组织分别占半月板组成的72%和22%。在22%的胶原蛋白组织中，80% 是I型胶原蛋白，20%是II型胶原蛋白。值得注意的是，胶原蛋白类型的分布不同，因为I型胶原蛋白纤维形成一个充满间质细胞、糖胺聚糖、糖蛋白和弹性蛋白的网络结构。间质细胞的表型在外周有更多的成纤维细胞样细胞，在内缘有更多的软骨细胞样细胞。半月板的主要功能是分散负荷、减少接触应力、吸收冲击、润滑关节和维持本体感觉。

由上下动脉形成的环状毛细血管可为外周半月板边缘10%–25%、内半月板边缘10%–30%以及半月板前角和后角的组织提供有限的血流。当这些毛细血管进入半月板时，通常分为上、中、下三层，这是半月板损伤后自我修复的基础。

然而，在半月板的其余部分，没有明显的血管营养，但膜状滑膜层覆盖在半月板表面并提供滑液，这是组织有限生长修复的主要来源。安德森等人推荐了1区（轮辋宽度<3mm）、2区（轮辋宽度3至<5mm）和3区（轮辋宽度≥5mm）的分类系统。

Meniscofemoral和meniscotibial，或1区，通常也称为外三分之一或红-红 (R/R) 撕裂。位于中间三分之一（2区）的眼泪被归类为红白（R/W）眼泪，位于内三分之一（3区）的眼泪被称为白-白（W/W）眼泪。R/W撕裂发生在外侧和中间三分之一区域的交界处，距半月板附件约4毫米，血管供应主要在撕裂的外侧三分之一处。W/W 撕裂位于没有血液供应的区域（图2）。

R-R，红-红；R-W，红白；W-W，白白。R-R区血供良好，如果撕裂很小，有时可以自行愈合，不一定需要手术治疗。R-W区供血部分，自愈能力低。W-W区几乎没有血液供应，该区域的撕裂不会自行愈合。

半月板损伤与损伤的形状和损伤期间的压力状态有关。半月板损伤的类型包括倾斜（鹦鹉嘴）、水平（剥落）、径向、垂直（纵向）和桶柄状撕裂（图1）。斜（鹦鹉嘴）撕裂是一种轻微的半月板损伤，从半月板的自由边缘撕裂到半月板的中部，影响上下表面。如果损伤撕裂整个半月板，则应称为径向撕裂。水平（散裂）撕裂的半月板就像松饼一样，撕裂中心层，但可能不会影响表面，而垂直（纵向）撕裂与半月板边缘平行。损伤类型可存在于红区或白区，若伴有半月板游离缘翻转，则应称为桶柄样撕裂。

如前所述，半月板修复能力与损伤类型之间存在关系。一些损伤，例如斜（鹦鹉嘴）撕裂和径向撕裂，通常穿过白色区域，即使用缝线或Fast-fix 缝合半月板也不容易治愈。桶柄样撕裂是一种严重的半月板损伤。

半月板损伤的类型包括垂直（A）、径向（B）、水平（C）、桶柄状撕裂（D）和倾斜（E）。由上下动脉形成的环状毛细血管可以为半月板外侧缘10%~25%、半月板内侧缘10%~30%以及半月板前角和后角的组织提供有限的血流（红色区域，F）。白色区域的软骨自我修复能力有限；由于缺乏自愈能力，患者可能会出现持续和反复的症状，以及加重的伤害。

正如我们对半月板血液供应描述的特征一样，这些眼泪的自我修复能力有限。患者可能会出现持续和反复的症状，以及由于缺乏自愈能力而加重的伤害。此外，半月板无血管区修复手术的失败率高达18%，因此半月板部分切除已成为临床首选的治疗方法。研究表明，即使在半月板损伤合并前交叉韧带损伤的情况下，半月板的部分切除也会导致侧膝骨关节炎的发病率增加10-20倍在半月板完全切除的患者中，骨关节炎的发生率甚至更高。

因此，我们的系统评价汇总了多项研究，旨在： 

• (i) 回顾使用MSCs治疗半月板损伤（特别是无血管区）的体内实验；
• (ii) 评估不同来源的MSCs在治疗动物和人类半月板损伤方面的功效；
• (iii) 找到证据支持关节内注射干细胞可作为治疗半月板损伤的新方法。

干细胞治疗半月板损伤的临床研究现状

半月板的细胞学处理诱导半月板成纤维细胞分化和成熟。最近的技术已经诱导了MSCs的分化（图1）。间充质干细胞是分布在许多人体器官中的多能干细胞，包括骨骼肌、胰腺、脂肪组织、胎盘、骨骼和骨髓。无论来源如何，所有MSC在成骨、脂肪生成和软骨生成方面都具有相似的能力。临床常用的间充质干细胞来源于骨髓、脂肪组织、脐带血和牙髓。

作为关节囊的结构特点，膝关节是一个相对封闭的空间。制备好的干细胞制剂可以通过皮肤直接注入关节腔内。

研究人员比较了最常用于半月板的不同MSC（来自骨髓、半月板、滑膜、脂肪组织、肌肉、韧带和骨膜）的能力，发现骨髓来源的MSC具有最高的分化潜能，其次是滑膜衍生的MSC。然而，在决定诊所的细胞来源时，还应考虑检索的难易程度、创伤的大小和可选择材料的范围。由于这些因素，脂肪间充质干细胞具有不可替代的优势。

干细胞移植治疗半月板损伤的动物试验

越来越多的研究人员开始关注MSCs在体外修复半月板损伤的能力（表1）。

时间	动物	注射	观察时间	组织学结果
水野等人。2007年	老鼠	1 × 10 7滑膜 MSC	12周	软骨细胞形态成熟，缺损周围的间隙得到改善。
泽尔纳等人。2013年	新西兰白兔	1 × 10 5自体MSC-透明质酸-胶原复合物植入	12周	修复组织呈半月板状，细胞数量较少，显示出典型的半月板细胞周腔，并含有大量的细胞外基质。
Al Faqeh H等人。2011年	羊	2 × 10 6骨髓间充质干细胞	6周	H&E 染色显示 CM 组的半月板样组织中存在细胞和纤维组织，这一特征类似于天然半月板中的纤维软骨，尽管细胞看起来不成熟，细胞核较大。
堀江等人。2011 年	老鼠	5 × 10 6滑膜-MSC	12周	再生后的半月板轮廓变得锐利，最终形态更接近正常半月板形状。
泽尔纳等人。2009年	新西兰白兔	1.5 × 10 6滑膜间充质干细胞	12周	可以观察到具有典型放射状胶原纤维的半月板结构的重建。
近藤等人。2015 年	灵长类动物	2.5 × 10 5滑膜间充质干细胞	16周	MSC组再生半月板番红-O染色呈阳性。
片桐, 2012	老鼠	2.5 × 10 4滑膜间充质干细胞	12周	再生后的半月板轮廓更加清晰，基质中II型胶原的染色能力较高。
鲁伊斯等人。2010	兔子	1 × 10 5脂肪间充质干细胞	12周	与正常组织相比，愈合区域的细胞数量略有增加。
齐等人。2015年	新西兰白兔	2 × 10 6脂肪间充质干细胞	12周	半月板的前部再生，具有大量的细胞过多的纤维软骨组织和细胞外基质（ECM）。
帕布鲁韦等人。 2009	羊	3.5 × 10 5人骨髓MSC可吸收胶原复合物植入	40天	当使用未分化的干细胞时，半月板表面之一发生广泛整合，但当使用分化的细胞时，仅显示出有限的整合。
达弘等人。2015 年	日本兔	5 × 10 4脂肪间充质干细胞	12周	番红-O 染色在第 2 周时出现，并随着时间的推移逐渐增加，直至第 12 周
达顿等人。2009	猪	1 × 10 6骨髓间充质干细胞	12周	MSC 处理的半月板具有完整的细胞结构，纤维软骨细胞是主要细胞。
沉等人，2013	老鼠	6 × 10 6人半月板祖细胞	12周	关节内注射 hMeSPC 显着诱导更多的新组织形成和细胞外基质 (ECM) 沉积。
奥库罗等人。2013	老鼠	5 × 10 6 个同基因 MSC、轻微不匹配 MSC 和主要不匹配 MSC	8周	再生半月板在轮廓、细胞结构、基质染色和II型胶原免疫染色方面与正常半月板不同。
洪等人。 2010	兔子	2 × 10 6人骨髓间充质干细胞	12周	间充质干细胞似乎可以增强半月板的再生，尽管在半月板中观察到的间充质干细胞太少，无法解释半月板的再生。

干细胞移植治疗半月板损伤临床案例研究

MSCs用于半月板修复的临床实验只有两个（表2）。一项是一名32岁女性的病例报告，另一项是一项多中心、随机、双盲对照研究，招募了55名内侧半月板损伤的受试者。

时间	研究型	纳入标准	注射	观察时间及评价指标	结果
帕克等人, 2013	病例报告	32岁，女性	混合注射富含血小板的血浆、氯化钙和低剂量自体脂肪间充质干细胞（术后14天）；富含血小板的血浆和氯化钙（术后 28 天）	视觉模拟评分 (VAS) 评分和 MRI（术后3个月）	患者症状改善，重复核磁共振显示撕裂的半月板几乎完全消失
范斯内斯等人，2012	多中心、随机、双盲对照研究	55 名受试者患有内侧半月板损伤	A组：骨髓间充质干细胞（5×107）、人血清白蛋白、透明质酸钠、血浆；B组：骨髓间充质干细胞（1.5×108）；C组：透明质酸钠	VAS评分和 MRI（术后12 个月）	在接受间充质干细胞治疗后，患有骨关节炎变化的患者中，疼痛减轻的比例较高。

自体脂肪间充质干细胞治疗半月板损伤

据报道，一名32岁女性的内侧半月板出现2级撕裂并接受了自体脂肪MSCs治疗。抽脂当天和术后3天、7天进行关节腔注射，再用CaCl2注射PRP和透明质酸（1mL）以与第一天相同的方式注射。术后14天进行富含血小板血浆、氯化钙和低剂量地塞米松的混合注射。术后28天注射富含血小板的血浆和氯化钙。随访3个月后，患者报告疼痛明显减轻。她的视觉模拟评分（VAS）评分显著降低，MRI显示半月板“几乎完全修复”。

骨髓间充质干细胞治疗半月板损伤

已进行了一项多中心、随机、双盲对照研究。从七个医疗中心招募了总共55名内侧半月板损伤的受试者，并随机分为三组。A组腔内注射含有5×10⁷个骨髓间充质干细胞、人血清白蛋白、透明质酸钠和血浆的骨髓间充质干细胞复合物；B组腔内注射含有1.5×10⁸的骨髓间充质干细胞复合物间充质干细胞；C组半月板切除术后7天腔内注射透明质酸钠作为对照。骨髓间充质干细胞来自骨髓库。半月板体积在术后12个月通过半定量MRI分析，增长大于15%被认为是阳性。

结果显示，A组24%的患者和B组6%的患者呈阳性生长，而C组没有患者出现阳性生长，说明腔内注射骨髓间充质干细胞可促进半月板再生。此外，同样患有软骨退变的患者在接受间充质干细胞治疗后疼痛明显减轻；对照组患者症状没有明显缓解。这被认为是循证医学的一级证据。

讨论：目前，虽然关节镜下半月板部分切除术是治疗半月板损伤的主要方法，但组织工程和间充质干细胞治疗半月板损伤的新技术也开始了初步的临床探索。

临床研究发现间充质干细胞治疗半月板损伤的机制包括：

• 1、MSCs可以直接分化成纤维软骨细胞；
• 2、间充质干细胞自身可提供大量细胞因子和信号因子，增强细胞活力和细胞增殖，减少细胞凋亡；
• 3、间充质干细胞可以迁移到损伤部位进行广泛的增殖和抗炎。

结论

几项研究表明，间充质干细胞疗法在促进半月板再生和修复方面表现出显著的功效。已经发现，除了作为具有多向分化能力的种子细胞外，MSCs还可以通过自分泌或旁分泌信号传导分泌细胞因子或生长因子 . 在干细胞的调控下，包括TGF-β、IGF-1、骨形态发生蛋白（BMP）和成纤维细胞生长因子（FGF）在内的细胞因子水平增加了数百倍。

同时，间充质干细胞可以通过旁分泌调节多种抗炎细胞因子，如白细胞介素（IL）-10、TGF-β和前列腺素E2来抑制损伤引起的炎症，从而为半月板愈合提供适当的微环境。间充质干细胞可以在半月板修复过程中产生滑膜组织，为半月板提供更多的营养。

目前，大量临床前研究表明，体内注射间充质干细胞治疗半月板损伤是一种安全、可靠、高效的半月板损伤修复方法。

参考资料：Dai TY, Pan ZY, Yin F. In Vivo Studies of Mesenchymal Stem Cells in the Treatment of Meniscus Injury. Orthop Surg. 2021 Dec;13(8):2185-2195. doi: 10.1111/os.13002. Epub 2021 Nov 8. PMID: 34747566; PMCID: PMC8654668.

免责说明：本文仅用于传播科普知识，分享行业观点，不构成任何临床诊断建议！杭吉干细胞所发布的信息不能替代医生或药剂师的专业建议。如有版权等疑问，请随时联系我。