臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞與納米仿生骨材料聯(lián)合治療早期股骨頭缺血壞死的中期療效觀察*

高宏陽劉新暉李曉明董威張宇宸王偉趙峰張國平*

臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞與納米仿生骨材料聯(lián)合治療早期股骨頭缺血壞死的中期療效觀察*

高宏陽1劉新暉2李曉明3董威1張宇宸1王偉1趙峰1張國平1*

目的 回顧性分析臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞與納米仿生骨材料聯(lián)合治療早期股骨頭缺血壞死的中期臨床療效。方法 選定診斷為股骨頭壞死（Osteonecrosisofthefemoralhead,ONFH）（FicatⅡ期），接受納米仿生骨材料髓芯減壓棒聯(lián)合臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞移植治療的成人患者。本組共12例（12髖），患者年齡22～53歲，平均39.4歲，男9例，女3例。術(shù)前、術(shù)后采用Harris評(píng)分系統(tǒng)進(jìn)行患髖評(píng)分并進(jìn)行配對(duì) 檢驗(yàn)。通過其影像學(xué)改變進(jìn)行療效評(píng)估。結(jié)果 本組 11例患者獲得完整隨訪，Harris評(píng)分由術(shù)前（54.16±4.23）分提高到術(shù)后 24個(gè)月隨訪時(shí)的（82.68±2.05）分（＜0.05），所有獲得隨訪的患者均未發(fā)現(xiàn)減壓棒脫出，未出現(xiàn)股骨頭明顯壞死塌陷。結(jié)論 髓芯減壓基礎(chǔ)上應(yīng)用新型納米仿生骨材料聯(lián)合臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞移植治療早期股骨頭壞死的中期臨床療效滿意，遠(yuǎn)期臨床療效仍需進(jìn)一步觀察隨訪。

中期療效；股骨頭壞死；間充質(zhì)干細(xì)胞；骨支架材料

股骨頭壞死（ONFH）又稱為骨頭無菌性壞死或股骨頭缺血性壞死，為骨科常見疾病之一，于中青年人群發(fā)病率最高，平均發(fā)病年齡38歲。如果在早期不能得到積極、有效的治療，大部分患者股骨頭將在2～3年內(nèi)發(fā)生塌陷[1,2]。理想的保頭治療外科措施應(yīng)該包括：盡可能清除股骨頭內(nèi)病灶；植入具有生物活性并有一定結(jié)構(gòu)和力學(xué)支撐作用的移植物，避免股骨頭的早期塌陷。自2013年1月，筆者采用新型納米髓芯減壓棒聯(lián)合臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞移植治療早期股骨頭壞死12例，其中11例獲得超過24個(gè)月的完整隨訪，臨床效果理想?，F(xiàn)初報(bào)道如下：

1 資料與方法

1.1 一般資料

2013年1月～6月，河北醫(yī)科大學(xué)第一醫(yī)院骨科對(duì)診斷為ONFH（FicatⅡ期）的成人患者12例（12髖）進(jìn)行髓芯減壓手術(shù)治療，同時(shí)采用納米仿生骨材料制備的髓芯減壓棒作為支撐材料，一期聯(lián)合臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞移植治療?；颊吣挲g22～53歲，平均39.4歲，男9例，女3例。2例有長期飲酒史，1例有服用激素病史。

手術(shù)適應(yīng)證：成人，明確股骨頭缺血壞死非創(chuàng)傷或感染所致且既往無外科干預(yù)治療史；以髖關(guān)節(jié)疼痛為主要主訴，體格檢查未發(fā)現(xiàn)明顯髖關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍受限；影像學(xué)檢查提示ONFH為早期改變。

本組12例（12髖），其中獲得完整隨訪資料11例。所有患者術(shù)前常規(guī)拍攝骨盆前后位及蛙式位 X線片，行髖關(guān)節(jié)MRI檢查。分別于術(shù)后1、3、6、12、24個(gè)月復(fù)查。復(fù)查時(shí)常規(guī)拍攝盆前后位及蛙式位X線片。采用Harris髖關(guān)節(jié)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)對(duì)術(shù)前、術(shù)后患者的髖關(guān)節(jié)功能進(jìn)行評(píng)定。

1.2 材料和手術(shù)方法

1.2.1 材料

選用支撐材料為四川國納科技有限公司研制的納米仿生骨髓芯減壓棒（規(guī)格型號(hào)：NNBD/40B/10×4×80，生產(chǎn)批號(hào)：CF140512）[3-5]。

1.2.2 臍帶血間充質(zhì)干細(xì)胞的獲取

獲得產(chǎn)婦同意，并經(jīng)倫理委員會(huì)認(rèn)可，取健康產(chǎn)婦剖腹產(chǎn)后新生兒臍帶血采用試劑盒法制備臍血間充質(zhì)干細(xì)胞（由河北醫(yī)科大學(xué)第一醫(yī)院細(xì)胞治療中心提供）。

將含有枸櫞酸鈉的臍帶血轉(zhuǎn)移至 A液瓶內(nèi)混勻，再將B液全部加入充分混勻，室溫靜置約30分鐘，然后用25mL移液管將上清液移至50mL無菌離心管中，每管50mL，置離心機(jī)中離心（離心力1300g，5min）；然后棄上清液，每管加注射用生理鹽水7～10mL混勻，收集離心管底部的細(xì)胞，總體積50mL為一管；取新的50mL離心管，加入22mLC液并將所得細(xì)胞懸液沿離心管壁緩緩加入，再次離心（離心力830g，28min）。離心后吸取中間云霧狀的薄層加至新的離心管中，加注射用鹽水至 50mL，充分混勻，用離心力1300g，離心5分鐘。鹽水洗滌離心3次。完成后快速倒掉第3次洗滌后離心管中的液體，按臨床需求將細(xì)胞溶解在10mL生理鹽水中，充分混勻，在細(xì)胞轉(zhuǎn)移管上注明病人姓名、床號(hào)，用手術(shù)包皮布包好，放置到冰桶中送到臨床使用。細(xì)胞數(shù)3×108～4×108。

1.2.3 手術(shù)操作

患者取平臥位，采用椎管內(nèi)麻醉。C臂透視引導(dǎo)下確定髓芯減壓通道，透視下將導(dǎo)針順股骨頸方向插入。導(dǎo)針遠(yuǎn)端達(dá)股骨頭壞死中心，正位及蛙式位片上距離關(guān)節(jié)面5mm。選用直徑12mm的空心鉆順導(dǎo)針擴(kuò)髓后經(jīng)隧道用旋切刀清除壞死組織。將減壓過程中轉(zhuǎn)子間區(qū)的新鮮自體松質(zhì)骨與事先備好的臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞懸液5mL充分混合后重新回植于股骨頭壞死病灶。經(jīng)隧道旋入納米髓芯減壓棒并經(jīng)其空心通道將剩余的5mL細(xì)胞懸液注入。最后用骨蠟封堵通道，盡量減少細(xì)胞流失。

1.3 術(shù)后處理

術(shù)后不限制患髖關(guān)節(jié)活動(dòng)，指導(dǎo)患者在非負(fù)重下進(jìn)行髖關(guān)節(jié)主動(dòng)屈伸及外展功能鍛煉。術(shù)后3個(gè)月開始拄拐部分負(fù)重。

1.4 術(shù)后隨訪及評(píng)估

分別于術(shù)后1、3、6、12、24個(gè)月復(fù)查，復(fù)查時(shí)拍攝骨盆正位及蛙式位，通過X線觀察支撐物有無松動(dòng)、斷裂、脫落，股骨頭壞死情況是否存在影像學(xué)分期的進(jìn)展。分別記錄術(shù)前以及術(shù)后患髖疼痛、活動(dòng)范圍的變化，采用Harris評(píng)分系統(tǒng)進(jìn)行患髖評(píng)分。以股骨頭塌陷或最終進(jìn)行髖關(guān)節(jié)置換來評(píng)定治療的臨床成功率。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS17.0統(tǒng)計(jì)軟件，對(duì)術(shù)前、術(shù)后患髖Harris評(píng)分采用配對(duì) 檢驗(yàn)，數(shù)據(jù)使用（±s）表示，＜0.05提示有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

2 結(jié)果

將獲得完整隨訪24月以上的11例（11髖）納入本組研究。最短隨訪時(shí)間24個(gè)月，最長隨訪29個(gè)月。本組術(shù)前H arris評(píng)分平均為（54.16±4.23）分，術(shù)后24個(gè)月平均為（82.68 ±2.05）分。術(shù)后與術(shù)前相比評(píng)分有顯著提高（＜0.05）。依據(jù)Harris評(píng)分 91～100分為優(yōu)，81～90分為較好，71～80分為良，＜70分為差。術(shù)后24個(gè)月本組優(yōu)良率90.9%。根據(jù)Ficat分期[6]方法進(jìn)行影像學(xué)評(píng)價(jià)，以股骨頭壞死進(jìn)展發(fā)生明顯塌陷或最終行關(guān)節(jié)置換為研究終點(diǎn)，本組11例（11髖）術(shù)后24個(gè)月無一例發(fā)生減壓棒的脫出，無一例股骨頭發(fā)生明顯壞死塌陷，術(shù)后24個(gè)月股骨頭生存率100%。其中有2例隨訪中發(fā)現(xiàn)病情進(jìn)展，股骨頭雖出現(xiàn)變形，但無明顯塌陷，關(guān)節(jié)間隙無明顯變窄，繼續(xù)給予動(dòng)態(tài)觀察，未特殊干預(yù)。

圖1 術(shù)前骨盆X線片

圖2 術(shù)后1月骨盆X線片

圖3 術(shù)后3月骨盆X線片

圖4 術(shù)后6月骨盆X線片

圖5 術(shù)后12月骨盆X線片

圖6 術(shù)后24月骨盆X線片

3 討論

3.1 髓芯減壓與干細(xì)胞治療在早期股骨頭壞死中的應(yīng)用

目前采用髓芯減壓治療早期股骨頭壞死已經(jīng)被公認(rèn)為一種行之有效的保頭治療方法。然而復(fù)習(xí)文獻(xiàn)筆者發(fā)現(xiàn)仍有一大部分患者經(jīng)積極髓芯減壓治療后效果不理想。分析原因，這可能與單純髓芯減壓不能徹底解決股骨頭修復(fù)問題，不能打斷骨內(nèi)壓升高的惡性循環(huán)有關(guān)[7]。

干細(xì)胞具有多項(xiàng)分化潛能，在特定細(xì)胞因子的作用下可以定向分化為其他細(xì)胞，參與受損組織的修復(fù)。髓芯減壓聯(lián)合干細(xì)胞治療早期股骨頭壞死，其臨床療效也被越來越多學(xué)者證實(shí)[8,9]。筆者選擇臍帶血間充質(zhì)干細(xì)胞作為種子細(xì)胞用來修復(fù)重建股骨頭，一方面是因?yàn)槟殠чg充質(zhì)干細(xì)胞能促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞再生，從而改善股骨頭內(nèi)血供，為新生骨創(chuàng)造良好的環(huán)境。同時(shí)，臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞還具有非常好的成骨能力，可以用來修復(fù)髓芯減壓后殘留的骨缺損。另一方面也是因?yàn)橄鄬?duì)骨髓來源的間充質(zhì)干細(xì)胞，臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞的臨床應(yīng)用不涉及社會(huì)、倫理等方面的爭議，而且細(xì)胞來源充足，體外擴(kuò)增方便，能更好的實(shí)現(xiàn)治療中對(duì)種子細(xì)胞的要求。3.2納米仿生骨材料作為支撐物聯(lián)合干細(xì)胞治療早期股骨頭壞死

為避免或延緩股骨頭塌陷，在股骨頭髓芯減壓后，殘留的骨缺損區(qū)需要有提供力學(xué)支撐的植入物[10,11]。支撐物還應(yīng)該具有一定的骨誘導(dǎo)活性和骨傳導(dǎo)活性，植入后能夠修復(fù)壞死骨清除后殘留的骨缺損。目前臨床上常選用的支撐物有：單純的骨隧道打壓植骨、吻合或不吻合血管的骨移植、植入鉭棒等[12,13]。單純的打壓植骨已經(jīng)被證實(shí)術(shù)后不能給股骨頭軟骨下骨提供足夠的力學(xué)支撐。帶血管的骨移植雖然能改善局部的血液供應(yīng)，有助于新生骨的形成，但是血管蒂的長度無疑限制了髖關(guān)節(jié)的活動(dòng)，對(duì)術(shù)后患髖活動(dòng)度的恢復(fù)不可避免造成影響。更重要的是，帶血管的骨移植對(duì)顯微外科技術(shù)要求較高，手術(shù)操作難度及創(chuàng)傷相對(duì)大，這都限制了其在臨床的廣泛應(yīng)用。鉭金屬因其彈性模量與人骨相當(dāng)，具有優(yōu)異的生物相容性和力學(xué)特性，已經(jīng)在臨床得到廣泛應(yīng)用。但隨著其臨床的應(yīng)用，鉭棒治療早期股骨頭壞死失敗的報(bào)道陸續(xù)增多[14,15]。總結(jié)文獻(xiàn)，失敗病例分析顯示鉭棒周圍并無期望那樣有大量的骨長入，分析原因可能由于鉭棒植入后其近端沒有足夠的初始或繼發(fā)穩(wěn)定性，阻礙了鉭棒周圍壞死區(qū)的生物學(xué)修復(fù)。而且，鉭棒植入失敗后行全髖關(guān)節(jié)置換時(shí)產(chǎn)生的鉭微粒，也可能會(huì)造成術(shù)后關(guān)節(jié)負(fù)重面第三體的磨損[16]。

在本組研究中，筆者選擇納米仿生骨材料作為支撐材料植入。其主要成分為納米羥基磷灰石/聚酰胺66（n-HA/PA66）[17,18]。與其他支撐材料相比，其不僅具有良好的力學(xué)支撐力，而且具有無可比擬的生物活性和骨傳導(dǎo)作用。除此之外，支撐物設(shè)計(jì)成中空、周壁多孔，也增加了支撐器植骨通道，更有利于新生骨生長。

支架材料與種子細(xì)胞為骨組織工程的兩大要素。近年已經(jīng)有學(xué)者嘗試把間充質(zhì)干細(xì)胞復(fù)合到鉭棒上以促進(jìn)材料的再血管化[19]。與鉭金屬相比，n-HA/PA66作為一種非金屬仿生材料，其孔隙結(jié)構(gòu)充分模擬了天然松質(zhì)骨的結(jié)構(gòu)形態(tài)。體外實(shí)驗(yàn)研究表明：MSCs在材料上培養(yǎng)時(shí)其細(xì)胞增殖能力、細(xì)胞生物學(xué)特性與MSCs單獨(dú)培養(yǎng)相似[20]。而MSCs的植入亦可以通過促進(jìn)新生血管的生成，實(shí)現(xiàn)骨材料的早期血管化，加快骨修復(fù)[21]。

在本組研究中，筆者將骨組織工程中的兩大要素即種子細(xì)胞（臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞）與骨支架材料（n-HA/PA66）有機(jī)結(jié)合，共同應(yīng)用于早期股骨頭壞死的保髖治療中，經(jīng)過24個(gè)月隨訪臨床療效滿意。但由于本組樣本量有限，隨訪時(shí)間有限，更遠(yuǎn)期的治療效果仍需進(jìn)一步觀察。

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Medium-term efficacy of the implantation of a novel nanoscaled core decompression rod combined with umbilical cord mesenchymal stem cells on the treatment of early osteonecrosis of the femoral head

GaoHongyang1,Liu Xinhui2,Li Xiaoming3,etal.
1 Department ofOrthopaedics,theFirst Hospital OfHebei Medical University,Shijiazhuang Hebei,050031;2Department ofOrthopedics,JiangningHospitalAffiliated inNanjing Medical University,Nanjing Jiangsu,211100;3 Sixth Department of Orthopedics,Cangzhou Combinational Hospital of TCM and Western Medicine,Cangzhou Hebei,061000,China

Objective A study has been made on the medium-term efficacy of a novel nanoscaled core decompression rod combined withmesenchymal stemcells onthetreatmentoftheosteonecrosisofthefemoral head（earlystageofcollapse）. Methods Adult patients with early osteonecrosis of femoral head(at the stage of FicatⅡ)received treatment using the implantation of a novel nanoscaled core decompression rod combined with mesenchymal stem cells.There were 9 males and3 females withan average age of 39.4 years(range,22 to 53years).The scoring ofpatients'hipwasscored byHarris marking system before and after the operations,and paired t-test was also conducted.We made an assessment about the curative effects based on the change of imaging of patients before and after the operation.Especially,the survival rate of femoral head was assessed 24 months after the operation.Results Complete follow-up was obtained in 11 cases.According to the standard of Harris Scoring,the average grade of hip joint before operation was(54.16±4.23)points while average grade of hip joint 24 months after operation was(82.68±2.05)points.The abscission had never occur in this group over24 months after surgery.Obvious collapse did not happento any 11 cases24 months after surgery.Conclusion The implantation of a novel nanoscaled core decompression rod combined with mesenchymal stem cells has satisfactory clinical effects,suggesting that this implantation is effective to treat early osteonecrosis of the femoral head.

Medium-term efficacy;Femur head necrosis;Mesenchymal stem cells;Bone scaffold

R684

B

10.3969/j.issn.1672-5972.2016.04.005

swgk2015-12-0263

高宏陽（1979-）男，博士，副主任醫(yī)師。研究方向：骨壞死的修復(fù)與功能重建。

2015-12-25）

河北衛(wèi)計(jì)委指導(dǎo)性課題（編號(hào)：ZD20140467）

1河北醫(yī)科大學(xué)第一醫(yī)院骨科，河北石家莊050031；2南京醫(yī)科大學(xué)附屬江寧區(qū)醫(yī)院骨科，江蘇南京211100；3滄州中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院骨六科，河北滄州061000