脊柱融合的實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)展

劇榮森，郭昭慶

（1.北京市中關(guān)村醫(yī)院骨科，北京 100190；2.北京大學(xué)第三醫(yī)院 骨科，北京 100191）

脊柱融合（spinal fusion）手術(shù)于 1911年由Albee和Hibbs首次報(bào)道，目前已經(jīng)成為脊柱外科手術(shù)治療的一種常用方法。由于脊柱融合是一個(gè)多因素的復(fù)雜過(guò)程，臨床缺少可靠的非損傷性技術(shù)對(duì)融合的成功與否進(jìn)行評(píng)價(jià)，因此很難研究單個(gè)因素對(duì)脊柱融合的影響。1913年Albee首次使用動(dòng)物模型進(jìn)行脊柱融合研究。近些年來(lái)，隨著骨組織工程和基因治療的興起以及微創(chuàng)技術(shù)的使用，脊柱融合的實(shí)驗(yàn)研究得到了快速的發(fā)展。下面就脊柱融合的實(shí)驗(yàn)研究做一綜述。

1 脊柱融合的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的選擇

脊柱融合的動(dòng)物模型根據(jù)研究的內(nèi)容不同，主要分為兩類：生物力學(xué)模型和生物學(xué)模型。生物力學(xué)模型是研究脊柱的生物力學(xué)情況或脊柱器械的應(yīng)用情況，選擇較大的動(dòng)物模型比較適合，例如犬、羊、猴等，因?yàn)榧怪拇笮『凸切越馄逝c人類的脊柱比較接近，獲得的數(shù)據(jù)更可靠和實(shí)用；而生物學(xué)模型是研究脊柱融合的生物愈合過(guò)程和愈合機(jī)制，利用小的動(dòng)物模型（例如鼠）可以獲得大量的數(shù)據(jù)，比利用大的動(dòng)物模型獲得少量的數(shù)據(jù)要有價(jià)值。

1.1 鼠

鼠作為脊柱融合的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物開始應(yīng)用于評(píng)價(jià)藥物對(duì)脊柱融合的整體作用，近年來(lái)主要用于在組織工程和基因治療在脊柱融合的研究。由于裸鼠無(wú)免疫原性，在組織工程骨的研究中更為常用。Radall［1］用腺病毒（adenovir）作載體體外轉(zhuǎn)染攜帶骨形態(tài)發(fā)生蛋白-9（rhBMP-9）的骨髓基質(zhì)干細(xì)胞（hMSC），然后注射到裸鼠椎旁肌，8周后可見脊柱融合。Alden等［2］將含有骨形態(tài)發(fā)生蛋白2的腺病毒經(jīng)皮直接注入裸鼠的腰椎間隙，12周后CT掃描和組織學(xué)檢查發(fā)現(xiàn)在所有注入部位均有新骨形成，椎體被融合在一起。

1.2 兔

兔是腰椎解剖與人類相似的最小動(dòng)物之一，其骨性解剖部位可以提供足夠的空間進(jìn)行移植物植入，同時(shí)能夠提供足夠的髂骨進(jìn)行自體骨移植對(duì)照，而且兔的融合率與人相似，可以有效地比較不同誘導(dǎo)材料的成骨活性，而且，兔的開放性很強(qiáng)，便于飼養(yǎng)和維護(hù)，有很高的成本效應(yīng)比。多用于單節(jié)段胸腰椎融合，多采用橫突間融合模式，Boden等［3］用浸有骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2（rhBMP-2）的膠原海綿放置在新西蘭大白兔的去皮質(zhì)后的L4-L5橫突間隙，10周后可見堅(jiān)固的橫突間融合。Feiertag MA等［4］用42只新西蘭大白兔實(shí)施自體髂骨塊移植橫突間融合，實(shí)驗(yàn)組術(shù)后使之積極活動(dòng)，對(duì)照組術(shù)后不人為干擾其活動(dòng)，結(jié)果實(shí)驗(yàn)組融合率只有13％，而對(duì)照組融合率有50％，二者差異有顯著性。

1.3 犬

犬模型被用來(lái)詳細(xì)研究骨移植替代物，骨生長(zhǎng)因子。研究人員已經(jīng)研究出多種不同犬的融合模式，其中包括腰椎和胸椎后橫突間融合與前椎間融合。David SM等［5］用成年比格犬行雙側(cè)L4-5橫突間融合比較了rhBMP-2結(jié)合I型膠原和聚乳酸做載體對(duì)脊柱融合的效果，結(jié)果顯示rhBMP-2結(jié)合I型膠原可產(chǎn)生100％融合率且無(wú)不良反應(yīng)。Meyer［6］應(yīng)用犬對(duì)BMP-2因子的安全性進(jìn)行了有益的探討，20只成熟獵犬均行L5雙側(cè)椎板切除術(shù)，并刺破硬膜，使腦脊液外漏 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物隨機(jī)分為兩組，分別植入自體骨及復(fù)合rhBMP-2的骨移植材料，研究者發(fā)現(xiàn)：BMP-2組可以促進(jìn)椎板切除處骨愈合，并且在鞘膜囊及脊髓處無(wú)異常礦化。

1.4 羊

包括綿羊和山羊。綿羊模型用于前路的頸椎和腰椎融合、側(cè)后方腰椎融合，椎間孔椎間融合（TLIF ）和內(nèi)窺鏡胸腰椎融合。Kandziora等［7］使用綿羊頸前路減壓融合模型比較了不同的生長(zhǎng)因子對(duì)脊柱融合術(shù)的影響，結(jié)果顯示胰島素樣生長(zhǎng)因子（IGF）-1/轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子（TGF）-1和重組人骨形態(tài)發(fā)生蛋白（骨形態(tài)發(fā)生蛋白）-2都顯著增加脊柱融和的生物力學(xué)穩(wěn)定性。山羊是頸椎前路椎間融合研究中最理想的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物。山羊具有頭部直立、頸椎垂直負(fù)重等特點(diǎn)，脊柱融合的生物力學(xué)環(huán)境與人體相似，而且山羊的椎間盤和椎體的大小也與人類似，能夠有效地比較植入物在人體的情況，Zdeblick等［8］多次成功的用山羊模型做了頸椎前路椎間盤切除融合的實(shí)驗(yàn)。

1.5 豬

豬已被用于頸椎，胸椎和腰椎融合模型。最常用于前路脊柱融合。1994年，Rubino等［9］開發(fā)了一種內(nèi)鏡下前路頸椎和上胸椎的手術(shù)模式。證明在內(nèi)鏡幫助下，可以清晰地暴露顯示C1-T3的椎間盤，所有的豬都能很好的耐受手術(shù)，術(shù)后驗(yàn)尸報(bào)告顯示手術(shù)部位準(zhǔn)確、減壓效果確切。Li等［10］設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，以評(píng)估椎間盤組織對(duì)椎間融合的影響。用豬行前路腰椎間融合，實(shí)驗(yàn)組完全去除椎間盤組織，使用椎間融合器與自體髂骨作椎間融合，對(duì)照組僅用自體髂骨作椎間融合而保留部分自體髓核。結(jié)果實(shí)驗(yàn)組取得70％的融合，而對(duì)照組的融合率只有10％。從而表明椎間盤切除對(duì)椎間融合是必要的。

1.6 猴（非人類靈長(zhǎng)類動(dòng)物）

非人類靈長(zhǎng)類動(dòng)物是和人類表型最相似的動(dòng)物，分享98％的遺傳同質(zhì)性。靈長(zhǎng)類動(dòng)物脊柱解剖于人類非常相近，尤其是在腰椎。最常見的實(shí)驗(yàn)用靈長(zhǎng)類動(dòng)物是獼猴和恒河猴。由于猴比較珍貴，往往是用于新型脊柱融合技術(shù)、生長(zhǎng)因子、以及其他骨移植的替代品臨床前的終末期研究。Hecht等［11］用圓柱形同種異體皮質(zhì)骨塊和浸有rhBMP的膠原海綿在獼猴身上行L7-S1前路椎體間植骨融合，8周后融合率100％ 。Boden等［12］用21只恒河猴做雙側(cè)腰椎橫突間融合實(shí)驗(yàn)，其中16只用后路開放性手術(shù)，5只用借助內(nèi)窺鏡的側(cè)后方入路微創(chuàng)手術(shù)，用羥基磷灰石-磷酸三鈣（HA-TCP）與rhBMP-2做植入物，結(jié)果表明羥基磷灰石-磷酸三鈣（HA-TCP）與rhBMP-2做植入物融合率100％，而兩種手術(shù)方式融合效果無(wú)差別。

2 脊柱融合動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的手術(shù)方法

根據(jù)手術(shù)創(chuàng)傷的大小，可分為兩類：開放性手術(shù)和微創(chuàng)性手術(shù)。根據(jù)融合部位不同可分為：經(jīng)前方椎體間融合；經(jīng)后方椎體間融合、棘突間融合；后外側(cè)橫突間、椎板間融合、關(guān)節(jié)突間融合。不同的手術(shù)方法應(yīng)用于不同的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。不同類型的融合技術(shù)由于局部解剖結(jié)構(gòu)和血液供應(yīng)的差異，愈合的過(guò)程和愈合的結(jié)果存在很大差異。椎體間脊柱融合能提供相對(duì)較大的移植空間，移植物血液供應(yīng)豐富，移植物同時(shí)受到較大的機(jī)械應(yīng)力負(fù)重，而橫突間脊柱融合提供的空間相對(duì)較小，去皮質(zhì)后對(duì)移植物的血液供應(yīng)比椎體間相對(duì)少，特別是在移植物的中央部位沒(méi)有直接的血液供應(yīng)，需要血管再生化。研究中最常用的脊柱融合技術(shù)是前方椎體間融合和后外側(cè)橫突間融合。最常用的脊柱節(jié)段是頸椎和腰椎。頸椎多采用椎體間融合技術(shù)；腰椎節(jié)段采用椎體間和橫突間兩種脊柱融合技術(shù)。選用胸椎節(jié)段脊柱融合，可以利用胸椎節(jié)段內(nèi)在的穩(wěn)定性，避免脊柱不穩(wěn)定對(duì)融合產(chǎn)生影響［13］。

開放性手術(shù)可滿足所有的融合部位的需要。但傳統(tǒng)開放性手術(shù)有三大主要缺陷：肌肉去血供和去神經(jīng)化，供區(qū)并發(fā)癥和假關(guān)節(jié)形成。而微創(chuàng)手術(shù)可以減少或消除這些弊端。微創(chuàng)手術(shù)可分為經(jīng)皮穿刺和小切口手術(shù)，后者常借助腹腔鏡或內(nèi)窺鏡的幫助。經(jīng)皮穿刺手術(shù)一般用在鼠，用以研究骨生長(zhǎng)因子對(duì)脊柱融合的促進(jìn)作用。A lden TD等［14］用腺病毒作載體體外轉(zhuǎn)染骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2（rhBMP-2），然后經(jīng)皮注射到裸鼠腰骶肌旁，證明基因治療對(duì)脊柱融合是有用的。微創(chuàng)手術(shù)在報(bào)道中常借助內(nèi)窺鏡，應(yīng)用于前路椎間融合和后外側(cè)橫突間融合。Boden等［3］在用兔和猴研究浸有骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2 （rhBMP-2）的膠原海綿促進(jìn)橫突間融合實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)對(duì)比得出了借助內(nèi)窺鏡的微創(chuàng)手術(shù)和開放性手術(shù)對(duì)橫突間融合有一樣的效果。具體微創(chuàng)手術(shù)過(guò)程如下：在L4-L5水平中線兩側(cè)各開一個(gè)1.5～2.0 cm的切口，借助一個(gè)帶有30度鏡頭的光纖導(dǎo)管，在顯示器監(jiān)視下用一彎曲的微型擴(kuò)張器通過(guò)多裂肌和最長(zhǎng)肌間隙進(jìn)入暴露橫突，通過(guò)中空管鞘置入一枚直徑5 mm的鉆頭，對(duì)局部橫突去皮質(zhì)，再通過(guò)一中空工作管置入浸有骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2（rhBMP-2）的膠原海綿微塊，可吸收縫線縫合穿刺切口。Riley等［15］用小型豬對(duì)比了借助腹腔鏡微創(chuàng)與開放性手術(shù)行前路L7-S1單節(jié)段椎體融合的效果，結(jié)果顯示雖然借助腹腔鏡前路可以完成腰骶椎融合，但其術(shù)后融合骨塊的生物力學(xué)尚沒(méi)有達(dá)到開放性手術(shù)融合的效果。其微創(chuàng)具體過(guò)程如下：往腹腔打入15 mmHg氣壓造成氣腹，在腹腔建立標(biāo)準(zhǔn)的五個(gè)入口，通過(guò)不同的入口分別用18號(hào)穿刺針經(jīng)皮穿刺導(dǎo)出膀胱內(nèi)尿液，用一枚腹腔釘和腹腔鉗將排空的膀胱推至右側(cè)腹壁外，遠(yuǎn)離腰骶聯(lián)合處；牽開血管；充分暴露腰骶聯(lián)合處，通過(guò)腹腔鏡配套的刮匙、骨鑿、咬骨鉗去除椎間盤，高速磨鉆使上下終板去皮質(zhì)化，最后放入植入物。筆者尚未查到后外側(cè)入路行腰椎體間融合的微創(chuàng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，但在動(dòng)物身上進(jìn)行的PLDD（經(jīng)皮椎間盤激光減壓術(shù)）的手術(shù)入路可資借鑒：游箭等［16］用犬進(jìn)行L3～4、L4～5、L5～6三節(jié)段的PLDD，入路如下：犬取右側(cè)臥位，在透視下選定進(jìn)針平面，采用左側(cè)距正中線5～7cm作為穿刺點(diǎn)，透視監(jiān)視下穿刺椎間盤，透視正側(cè)位對(duì)比，正位針尖達(dá)棘突水平，側(cè)位針體平行于椎體上下緣，針尖達(dá)中后/3水平，臨床上郭江等［17］介紹了一種經(jīng)皮穿刺放置可膨脹式椎間融合器行椎間融合的新技術(shù)，其手術(shù)入路同PLDD及髓核切吸術(shù)相同：從L4-5間隙水平中線旁開8 cm作為穿刺點(diǎn)，通過(guò)腰大肌旁肌間隙向L4-5椎間盤進(jìn)針，逐層上套管，固定 6 mm工作套管于纖維環(huán)內(nèi)，經(jīng)此通路，鉗取和吸出椎間隙髓核組織；用長(zhǎng)柄中空方形括匙刮除軟骨終板及部分骨性終板，直到上下椎體表面出血。隨即將 4 g異體骨塊，用植骨器壓入椎間隙內(nèi)，再將帶安裝手柄的內(nèi)固定，由以色列Disc2O2Tech公司生產(chǎn)的 B2TW IN器械送入椎間隙內(nèi)，旋轉(zhuǎn)安裝手柄逐段膨脹，取出安裝手柄。

3 脊柱融合的移植物的選擇

在脊柱融合的實(shí)驗(yàn)研究中，多種材料曾被應(yīng)用?？煞譃閮深悾禾烊还呛腿斯す恰?/p>

3.1 天然骨

天然骨移植物包括自體骨和異體骨，異體骨又有同種異體骨和異種骨之分。自體骨移植因?yàn)橥瑫r(shí)具有骨誘導(dǎo)、骨傳導(dǎo)、骨形成作用，融合率高且無(wú)免疫反應(yīng)一直被視為脊柱融合移植物的“金標(biāo)準(zhǔn)”，但自體骨移植存在很多問(wèn)題。最大的問(wèn)題是供骨區(qū)的并發(fā)癥，如感染、骨折等，此外，臨床上有一些病人無(wú)法取到足夠的自體骨，如骨代謝、骨腫瘤病人。異體骨移植雖可以避免取自體骨所造成的并發(fā)癥，骨量也可以得到滿足，但異體骨最大的問(wèn)題是骨生長(zhǎng)能力低，被吸收率高，血管化程度低，導(dǎo)致融合率低，此外，異體骨還有傳染疾病，引起宿主炎性或免疫排斥反應(yīng)的危險(xiǎn)。以上種種限制了天然骨作為脊柱融合移植物的應(yīng)用。

3.2 人工骨

也稱組織工程骨。包括3個(gè)基本要素：（1）種子細(xì)胞（2）誘導(dǎo)成骨因子（3）合適的生物材料支架載體。

3.2.1 種子細(xì)胞：具有成骨潛能的細(xì)胞都可以用來(lái)做種子細(xì)胞，包括骨髓基質(zhì)細(xì)胞、成骨細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、肌原細(xì)胞等。其中骨髓基質(zhì)細(xì)胞（bone marrow stromal cells，BMSCs）應(yīng)用最多，它可向骨細(xì)胞、軟骨細(xì)胞分化，并能經(jīng)體外培養(yǎng)大量擴(kuò)增，有望成為骨組織工程最為理想的種子細(xì)胞。體外分離培養(yǎng)多取自實(shí)驗(yàn)動(dòng)物如大鼠斷開的股骨以DMEM培養(yǎng)基沖出骨髓，制成細(xì)胞懸液，離心、洗滌后，加入胎牛血清培養(yǎng)，胰蛋白酶消化傳代使用。

3.2.2 誘導(dǎo)成骨因子：Urist［18］在1965年的研究中顯示了脫鈣骨基質(zhì)中的某種物質(zhì)具有骨誘導(dǎo)能力，后來(lái)這種蛋白物質(zhì)被提純命名為骨形態(tài)發(fā)生蛋白（bonemorphogenetic proteins，BMPS），以后人們又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了很多具有誘導(dǎo)骨生成的因子，包括LIM礦化蛋白（LIM m ineralization protein，LMP）、成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子-2（fibroblast grow th factor-2，F(xiàn)GF-2）、胰島素樣生長(zhǎng)因子 （insulinlike growth factor，IGF）、生長(zhǎng)分化因子-5（growth and differentiation factor-5，GDF-5）、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子等。研究應(yīng)用最多的還是BMP。目前，BMP家族現(xiàn)已分離純化了 20種蛋白，其中最重要的是BMP-2。BMP-2具有促進(jìn)成骨細(xì)胞分化和誘導(dǎo)體外成骨的能力，同時(shí)具有使成骨細(xì)胞的前體細(xì)胞定向分化為成骨細(xì)胞的能力。BMP誘導(dǎo)成骨需3個(gè)條件：①達(dá)到有效BMP濃度，②存在BMP的靶細(xì)胞群：體內(nèi)骨髓中誘導(dǎo)性成骨細(xì)胞、結(jié)締組織中未分化、有活力的間充質(zhì)細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、骨膜細(xì)胞等，③允許骨生長(zhǎng)的正常環(huán)境。Schimandle［19］首次將rhBMP-2用于后外側(cè)橫突間脊柱融合動(dòng)物模型中，所有rhBMP-2組達(dá)到100％堅(jiān)強(qiáng)脊柱融合，生物力學(xué)檢測(cè)rhBMP-2組強(qiáng)度和硬度均超過(guò)自體骨組。BMP在不同部位的異位誘骨能力是不同的。Okubo［20］將5 lg rhBMP復(fù)合膠原后植入大鼠體內(nèi)不同部位，測(cè)試hBMP在體內(nèi)不同部位的異位誘骨能力，測(cè)試部位包括肌肉內(nèi)、肌間、皮下和脂肪，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在所有部位都有異位骨生成，而植

入肌肉內(nèi)的誘骨情況最好，脂肪內(nèi)的情況最差。最近的實(shí)驗(yàn)表明聯(lián)合兩種BMP單體比比單獨(dú)使用一種單體更有誘導(dǎo)活性。研發(fā)現(xiàn) rhBMP-2/rhBMP-7、rhBMP-4/rhBMP-2骨誘導(dǎo)活性是rhBM2活性的5～10倍［21］。BMP極易在局部組織中迅速降解或隨體液擴(kuò)散流失，單獨(dú)應(yīng)用達(dá)不到誘發(fā)骨生長(zhǎng)的目的，復(fù)合生物載體可減緩它的釋放，增加它的效果。

3.2.3 合適的生物材料支架載體：生物載體應(yīng)發(fā)揮的作用包括：提供骨細(xì)胞生長(zhǎng)的支架，誘導(dǎo)骨生長(zhǎng)，減緩骨誘導(dǎo)因子的釋放。理想的載體材料應(yīng)當(dāng)具有以下特點(diǎn)：①生物相容性較好。②無(wú)細(xì)胞毒性。③無(wú)抗原性或抗原性較低。④生物降解與新骨形成同時(shí)進(jìn)行，對(duì)新骨形成無(wú)影響。⑤尤其負(fù)重部位骨缺損要求移植物有一定機(jī)械強(qiáng)度。⑥易消毒和貯藏。組織工程骨載體按形態(tài)和用法可分為兩大類：固態(tài)和液態(tài)。固態(tài)載體無(wú)法注射應(yīng)用，而液態(tài)載體可注射使用。

3.2.3.1 固態(tài)型（不可注射）載體：包括磷陶瓷（calcium phosphate ceramics，CPC）、脫蛋白骨 AOB、多乳酸多羥基乙酰共聚物（PLA/PGA）、不溶性非膠原蛋白（iNCP）、骨基質(zhì)明膠（BM）、聚乳酸（PLA）等，近年來(lái)鈣磷陶瓷由于有良好的骨傳導(dǎo)性研究越來(lái)越多。CPC主要包括三種形式：羥基磷灰石（hydroxyapatite）、磷酸三鈣（tricalcium phosphate）和碳酸鈣（calcium carbonate）。三種形式各有特點(diǎn)：羥基磷灰石化學(xué)成分類似于骨的礦化基質(zhì)成分，具有很好的生物相容性，沒(méi)有系統(tǒng)毒性，沒(méi)有炎性或異物反應(yīng)。羥基磷灰石移植到體內(nèi)骨性環(huán)境中能夠與宿主骨產(chǎn)生緊密的結(jié)合［22］。但羥基磷灰石有其致命的缺點(diǎn)：脆、張力低、不能生物降解；磷酸三鈣有良好的生物降解性；而碳酸鈣吸收率最高。為了充分利用各種材料的優(yōu)點(diǎn)，新興復(fù)合載體的研究越來(lái)越受重視。馬興，胡蘊(yùn)玉等［23］使用顆粒型聚乳酸-聚羥乙酸/磷酸三鈣［PLGA/TCP］與牛bBMP復(fù)合成人工骨進(jìn)行兔椎板間多節(jié)段脊柱融合，結(jié)果顯示仿生活性人工骨誘導(dǎo)兔椎板間多節(jié)段的脊柱融合獲得成功，其融合率明顯高于自體髂骨移植。張余、尹慶水等［24］用復(fù)合珊瑚羥基磷灰石人工骨用犬做頸椎椎間融合，結(jié)果人工骨比自體骨的融合效果好。

3.2.3.2 液態(tài)型（可注射型）載體：可注射型載體可以采用局部注射的方式應(yīng)用，從而避免手術(shù)創(chuàng)傷及手術(shù)并發(fā)癥，具有廣闊的應(yīng)用前景。如、纖維蛋白粘合劑（FS）、膠原（collagen）、藻酸鹽（alginates）、角鯊?fù)椋╯qualane）聚乙烯吡咯烷酮（PV P）以及可注射性磷酸鈣、硫酸鈣、藻酸鈣骨水泥等。纖維蛋白是血液在正常狀態(tài)下凝固的終產(chǎn)物。其單體在凝血酶作用下聚合成具有可塑形性、可黏附性、可降解性及生物相容性的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，還可調(diào)節(jié)從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槟z的時(shí)間［25］。膠原為纖維的組成部分，是細(xì)胞外基質(zhì) ECM的重要成分，可用做骨軟骨細(xì)胞的培養(yǎng)基質(zhì)。膠原具有適宜的微孔徑、較好的滲透性，適于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、生物因子擴(kuò)散及血管長(zhǎng)入。藻酸鹽是一類從褐藻中提取的天然化合物，作為載體，有很好的優(yōu)越性：承載細(xì)胞量大，細(xì)胞接近體內(nèi)的生活狀態(tài)，可進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)和代謝物質(zhì)的交換，有利于細(xì)胞基質(zhì)的分泌和濃度的保持。目前，可注射型載體在骨修復(fù)的實(shí)驗(yàn)研究較多，而在脊柱融合方面的實(shí)驗(yàn)鮮有報(bào)道。劉通方、劉建等［26］在小鼠肌袋用注射型磷酸鈣骨水泥 /纖維蛋白膠復(fù)合BMP，結(jié)果證明在充分發(fā)揮纖維蛋白對(duì) BMP緩釋作用的同時(shí)又使載體獲得了良好的機(jī)械性能。李民、周躍等［27］應(yīng)用可注射硫酸鈣按1∶1混合自體松質(zhì)骨粒為植入物在狗行前路L3/4、L5/6椎間融合，比較自體髂骨塊為植入物的椎間融合，在術(shù)后 12周時(shí)，椎間隙基本融合，與自體髂骨融合相似。

建造組織工程骨的方式有以下三種［28］：①支架材料與成骨細(xì)胞；②支架材料與生長(zhǎng)因子；③支架材料與成骨細(xì)胞與生長(zhǎng)因子。用新型支架材料與生長(zhǎng)因子復(fù)合做人工骨移植似乎是脊柱融合實(shí)驗(yàn)的熱門［23-25，27］。

4 脊柱融合實(shí)驗(yàn)的新領(lǐng)域——基因治療

隨著分子生物學(xué)和基因組學(xué)的快速發(fā)展，可以預(yù)見基因治療將成為未來(lái)的發(fā)展方向?；蛑委煼椒òɑ蜣D(zhuǎn)移 （gene transfer）和基因轉(zhuǎn)染（gene transfection）?；蜣D(zhuǎn)移也稱為體內(nèi)轉(zhuǎn)移，即 in vivo方法，是將帶有目的基因的載體直接注入體內(nèi)?；蜣D(zhuǎn)染也稱為體外轉(zhuǎn)移，即ex vivo方法，是體外細(xì)胞培養(yǎng)，轉(zhuǎn)染目的基因后再注入體內(nèi)。脊柱融合實(shí)驗(yàn)包裝基因的載體是基因治療必不可少的部份，目前，基因轉(zhuǎn)染載體分為兩大類：非病毒載體和病毒載體。非病毒載體包括質(zhì)粒、脂質(zhì)體、基因槍和裸露的DNA。目前大多數(shù)高效載體是病毒載體，包括反轉(zhuǎn)錄病毒、腺病毒、腺相關(guān)病毒、單純皰疹病毒和慢病毒、其中以前二種載體較常用。Alden等［2］將含有骨形態(tài)發(fā)生蛋白2的腺病毒經(jīng)皮直接注入裸鼠的腰椎間隙，12周后CT掃描和組織學(xué)檢查發(fā)現(xiàn)在所有注入部位均有新骨形成，椎體被融合在一起。Radall等［1］用腺病毒作載體體外轉(zhuǎn)染攜帶骨形態(tài)發(fā)生蛋白-9（rhBMP-9）的骨髓基質(zhì)干細(xì)胞（hMSC），然后注射到裸鼠椎旁肌旁，8周后可見脊柱融合。

雖然脊柱融合的基因治療取得了大量的成果，但不能否認(rèn)的是基因治療尚處于起始階段，基因治療中存在的不可控性和基因突變等問(wèn)題尚需要長(zhǎng)時(shí)間的觀察。所以，要將基因治療用于臨床脊柱融合修復(fù)還需要更深入的研究。

5 脊柱融合實(shí)驗(yàn)的評(píng)價(jià)方法

一種新的脊柱融合技術(shù)或移植物能否達(dá)到確切的脊柱融合要求，要有客觀的評(píng)價(jià)方法。目前世界上公認(rèn)的評(píng)價(jià)方法有以下幾種：（1）生物力學(xué)檢查：包括融合骨塊的目測(cè)法，雙盲的觸診法，力學(xué)測(cè)試儀測(cè)試：包括壓縮、牽拉、彎曲和扭曲力學(xué)測(cè)試；（2）影像學(xué)檢查：包括對(duì)融合動(dòng)物局部的普通X-RAY攝像、CT攝像檢查觀察對(duì)比脊柱融合情況；（3）組織學(xué)檢查。另外，掃描電鏡和透射電鏡檢查、骨密度測(cè)試以及三維微CT檢查也被用到［29］。

脊柱融合從報(bào)道到現(xiàn)在已將近100年，要減少組織損傷所帶來(lái)的并發(fā)癥，微創(chuàng)手術(shù)是發(fā)展方向；椎間融合因?yàn)橹补敲娣e大、融合率高、對(duì)脊柱生理曲度的矯正效果好仍是首選的手術(shù)方式；脊柱融合骨移植物的選擇方面，新型可注射型生物載體復(fù)合BMP的人工骨是趨勢(shì)。如何用最小的創(chuàng)傷、最少的手術(shù)并發(fā)癥的方法來(lái)達(dá)到最有效的脊柱融合效果從而造福人類是脊柱融合實(shí)驗(yàn)根本的出發(fā)點(diǎn)。

［1］ Dumont RJ，Dayoub H，Li JZ，et al.Ex vivo bone morphogenetic protein-9 gene therapy using human mesenchymal cells induces spinal fusion in rodents［J］.Neurosurgery，2002，51（5）：1239-1244.

［2］Alden TD，Pittman DD，Beres EJ，et al，Percutaneous spinal fusion using bone morphogenetic protein-2 gene therapy［J］.Neurosurg，1999，90（1）：109-114.

［3］ Boden SD，Moskovitz PA，Morone MA，et al.Video-assisted lateral intertransverse process arthrodesis：Validation of a new minimally invasive lumbar spinal fusion technique in the rabbit and nonhuman primate（rhesus）models［J］.Spine，1996，21 （22）：2689-2697.

［4］ Feiertag MA，Boden SD，Schimandle JH，et al.A rabbitmodel for nonunion of lumbar intertransverse process spine arthrodesis［J］.Spine，1996，21（1）：27-31.

［5］ David SM，Gruber HE，Meyer RA Jr，et al.Lumbar spinal fusion using recombinant human bone morphogenetic protein in the canine.A comparison of three dosages and two carriers［J］.Spine，1999，24（19）：1973-1979.

［6］ Meyer RA，Jr Gruber，HE Howard BA，et al. Safety of recombinant human bone morphogetic protein-2 after spinal laminectomy in the dog［J］.Spine，1999，24（8）：747-754.

［7］Perka C，Spitzer RS，Lindenhayn K，et al.Matrix-mixed culture： new methodology for chondrocyte culture and preparation of cartilage transplants［J］.Biomed Mater Res，2000，49（3）：305 -311.

［8］Zdeblick T，Wilson D，Cooke M，et al. Anterior cervical discectomy and fusion.A comparison of techniques in an animal model［J］.Spine，1992，10：S418-S426.

［9］ Rubino F，Deutsch H，Pamoukian V，et al.Minimally invasive spine surgery：an animal model for endoscopic approach to the anterior cervical and upper thoracic spine［J］.J Laparoendosc Adv Surg Tech A，2000，10（6）：309-313.

［10］ Li H，Zou X，Laursen M，et al.The influence of intervertebral disc tissue on anterior spinal interbody fusion：an experimental study on pigs［J］.Eur Spine J，2002，11（5）：476-481.

［11］ Hecht B，F(xiàn)ischgrund J，Herkowitz H，et al. The use of recombinant human bone morphogenetic protein 2 to promote spinal fusion in a nonhuman primate anterior interbody fusion model［J］.Spine，1999，24（7）：629-636.

［12］ Boden S，Martin G，Morone M，et al.Posterolateral lumbar intertransverse process spine arthrodesis with rhBMP-2/ hydroxyapatite-tricalcium phosphate after laminectomy in the nonhuman primate.［J］.Spine，1999，24（12）：1179-1185.

［13］ Emery SE.Fuller DA.Stevenson S.Ceramic anterior spinal fusion.［J］.Spine，1996，21（23）：2713-2719.

［14］Alden TD，Pittman DD，Beres EJ.et al.Percutaneous spinal fusion using bone morphogenetic protein-2 gene therapy［J］.Neurosurg，1999，90（1 Suppl）：109-114.

［15］Riley LH 3 rd，Eck JC，Yoshida H，et al.Laparoscopic assisted fusion of the lumbosacral spine：A biomechanical and histologic analysis of the open versus laparoscopic technique in an animal model［J］.Spine，1997，22（12）：1407-1412.

［16］ 游箭，廖順明，丁仕義.經(jīng)皮腰椎間盤激光減壓術(shù)的早期實(shí)驗(yàn)與臨床研究［J］，中國(guó)介入影像與治療學(xué)，2005，2（1）：48-53.

［17］ 郭江，焦文倉(cāng)，徐國(guó)喜.經(jīng)皮穿刺腰椎椎間融合術(shù)［J］.中國(guó)矯形外科雜志，2007，15（13）：1028-1029.

［18］Urist MR.Bone formation by autoinduction［J］.Science，1965，150（698）：893-899.

［19］ Schimand le JH，Boden SD，Hutton WC，Experimental spinal fusion with recombinant human bone morphogenetic protein-2［J］.Spine，20（12）：1326-1337.

［20］Okubo Y.BMP signaling is essential for development of skeletogenic and neurogenic cranial neural crest［J］.Development，2000，127（5）：1095-1104.

［21］Sidhu KS，Prochnow TD，Schmitt P，et al.Anterior cervical interbody fusion with rhBMP-2 and tantalum in a goat model.［J］.Spine，2001，1（5）：331-340.

［22］Koyama T，Handa J，Porous hydroxyapatite ceram ics for use in neurosurgical practice.［J］.Surg Neurol，1986 J，25（1）：71-73.

［23］ 馬興，胡蘊(yùn)玉，熊卓，等.仿生活性人工骨誘導(dǎo)兔椎板間多節(jié)段脊柱融合的研究［J］.中華創(chuàng)傷雜志，2005，21（7）：491-495.

［24］ 張余，尹慶水，張洪斌，等.復(fù)合珊瑚羥基磷灰石人工骨用于頸椎椎間融合的實(shí)驗(yàn)研究［J］.廣東醫(yī)學(xué)，2002，23（9）：907 -908.

［25］ 陳克明，劉興炎，葛寶豐，等.纖維蛋白用作 BMP載體的研究［J］.中華骨科雜志，1998，18（4）：234-235.

［26］ 劉通方，劉建，孟國(guó)林，等.注射型磷酸鈣骨水泥/纖維蛋白膠作為 BMP注射性載體的可行性研究［J］.第四軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，27（14）：1296-1299.

［27］ 李民，周躍，王建，等.可注射硫酸鈣用于腰椎椎間融合的實(shí)驗(yàn)觀察［J］.華南國(guó)防醫(yī)學(xué)雜志，2007，21（2）：18-20.

［28］ 毛天球，楊維東，陳富林，等.組織工程骨的研究［J］.中國(guó)修復(fù)重建外科雜志，2003，17（2）：122-124.

［29］ 鄭振耀，秦嶺，唐勝平，等.實(shí)驗(yàn)性脊柱融合術(shù)骨與植入物界面融合的評(píng)估方法［J］.中國(guó)脊柱脊髓雜志，2005，15（7）： 440-442.