颗粒软骨移植技术研究进展

陈旭旭李箭王涛康汇

1西安交通大学医学院附属红会医院运动医学科肩肘病区（西安 710054）2四川大学华西医院骨科运动医学中心（成都 610041）

颗粒软骨移植技术研究进展

陈旭旭1李箭2王涛1康汇1

1西安交通大学医学院附属红会医院运动医学科肩肘病区（西安 710054）2四川大学华西医院骨科运动医学中心（成都 610041）

关节软骨缺损是一种常见的关节病变，对于该病的治疗一直是一个临床难题。颗粒软骨移植技术是近期新出现的一种商品化的软骨修复技术，根据软骨来源可分为自体和同种异体软骨移植。应用颗粒软骨移植技术一期手术即可完成软骨缺损的修复。既往的基础和临床研究结果已部分显示了该技术的有效性和安全性。然而作为一项新技术，国内外相关研究报道仍较少，且仍存在一些问题有待解决。因此，本文对该技术的研究和应用进展进行归纳综述。

软骨缺损；软骨移植；颗粒软骨；软骨修复

关节软骨缺损是引起骨关节炎，导致关节疼痛、关节功能丧失的常见病因，通常由外伤或其他软骨病变所引起。由于软骨自身修复能力较差，目前对于临床医师来说关节软骨缺损的治疗仍是一大难题。现有的治疗方法包括骨髓刺激、自体或异体骨软骨移植、自体或异体软骨细胞移植、干细胞移植等，还有近期出现的无细胞诱导成软骨技术[1]。然而每种技术都有其特有的局限性，这也决定了这些技术在临床中不能被广泛应用。因此，针对这一临床难题目前仍需要一些新的有效的技术方法出现。颗粒软骨移植（particulated articular cartilage implantation，PACI）是近期新出现的一种商品化的软骨修复技术[2，3]，国外已应用于临床，国内尚无相关报道，本文对该技术的研究和应用进展进行归纳综述。

有关颗粒软骨应用的报道最早见于1983年[4]，研究者将兔自体软骨颗粒结合纤维粘合剂修复软骨缺损后发现显著的透明软骨形成。此后有学者也在大鼠、山羊和马的动物实验中得出相似的结论[5，6]。研究发现，将软骨制备成1～2 mm大小的颗粒，可以有效地使软骨细胞从细胞外基质中释放出来，形成新的透明软骨样基质，这是该技术成功实施的关键和理论基础[5-7]。

美国Deputy公司最先针对该技术进行了相关产品研发，首先制造出了软骨自体移植系统（cartilage autograft implantation system，CAIS）用于临床。美国食品药品管理局批准该产品的一期临床研究[8]。随后Deputy公司又进行了二期临床研究，一个多中心随机对照研究，然而由于多种原因，这一项目暂时搁置。在CAIS系统进入临床研究前，美国另一大医药公司Zimmer基于颗粒软骨移植技术也研发出了另一套产品系统——DeNovo NT系统。不同于CAIS系统的自体软骨移植，DeNovo NT系统选取0～13岁婴幼儿或青少年作为同种异体软骨的供体。根据美国食品药品管理局第361号关于人体细胞、组织相关产品的规定，微加工的异体组织移植无需经过繁琐耗时的临床前期试验，这也决定了DeNovo NT可以立即应用于临床[9]。且与自体相比，异体软骨可以提供更多的材料来源，可以用于修复更大面积的软骨缺损；而且研究显示年轻的软骨与成年软骨相比，代谢活性更高，细胞密度更大，细胞增殖能力更强。因此，目前临床研究也多是DeNovo NT系统的相关报道。对于该产品，每单个包装的DeNovo NT软骨来源于同一供体，一般包含30～200个颗粒，有效期为采集后45天内。

1 适应症和禁忌症

PACI的适应症[7，10]类似于自体骨软骨移植，即各种典型的有症状的软骨缺损；年龄应不大于55岁；软骨病变在ICRS（International Cartilage Repair Society）分级3级及以上，即累及软骨厚度50%以上；对于缺损面积无明确限制，大多数学者认为1～6 cm2范围内合适；此外为了获得满意治疗效果，体重指数应该低于35 kg/m2。

禁忌症包括ICRS分级1～2级的软骨损伤，存在较大的软骨下骨囊性变，关节不稳，合并有韧带或半月板缺失，＞6 mm的软骨下骨丢失[7]等。其他相对禁忌症包括对吻性软骨损伤、骨髓病变等。然而这些禁忌症并不都是完全绝对的，因为目前对所有软骨修复技术的应用均在不断进步发展中，应用范围会越来越广，条件限制也会越来越低。

2 技术要点

在进行PACI前均应行关节镜检，以进一步明确病变的性质，以及是否存在其他合并症等。毕竟PACI是一期手术，应尽可能选取合适的适应症，保证手术的成功率。绝大多数医师通过切开手术完成操作，也有学者报道在全关节镜下完成，但对技术要求较高[11]。

对于软骨缺损区的处理类似于其他细胞治疗技术。首先修整病灶边缘，直至到达稳定的软骨，尽量使边缘垂直于病灶基底。然后刮除基底的软骨钙化层，并尽可能不侵犯软骨下骨。清理完成后松开止血带，保证创面没有明显的渗血，以防止渗血将移植物排出。如果创面渗血较多，可考虑局部应用肾上腺素或者在基底加压涂一层纤维胶[7]。对于软骨下骨缺损患者同样需要先行松质骨植骨后再行软骨移植。

在植入颗粒软骨前，CAIS系统首先需要采集自体软骨，通常从关节非负重区域采集，比如膝关节髁间窝的外侧壁或者滑车脊等，每次约200 mg。然后借助专门的设备将其分割成1～2 mm大小的颗粒，再将其混合纤维胶铺在一个可降解支架上，这样就制备成了植入物。

术后所有患者均应佩戴关节铰链支具，开始时应固定在中立位。根据病灶的位置决定下地负重时间，非负重面术后即可下地负重；对于负重面，移植面积较小的术后2周可下地负重，移植面积较大的需非负重6周[2，7]。关节中立位固定时间一般1～2周，然后开始CPM机锻炼，每日增加5～10°活动度，6～8周内达到正常活动范围。8周后开始步态训练和闭链锻炼。12周后可以骑自行车、游泳等。8个月后才能开始参加既往正常的活动项目。

3 临床结果

随着PACI技术的不断完善，CAIS和DeNovo NT系统在临床中的应用也越来越广，相关报道也越来越多。CAIS系统的一期临床试验[8]是一个随机对照研究，研究中将该技术（20例）与微骨折技术（9例）相比较，两组患者的年龄、体重指数、工作性质等背景资料均无显著差异，症状的持续时间，软骨病变的分级、大小、深度亦无显著差异；所有患者的病变均较小（CAIS组275 ±15 mm2，微骨折组348±12 mm2）。研究结果显示，在随访2年时，两组患者的SF-36身体健康评分较术前均有明显改善，但两组间无显著差异；CAIS组患者的膝关节IKDC（the International Knee Documentation Committee）和KOOS（the Knee Injury And Osteoarthritis Score）评分均较微骨折组显著提高；MRI定性分析两组间无显著差异，不良事件发生率两组也无显著差异[8]，但是微骨折组在术后12个月内病灶内骨赘的形成率显著高于CAIS组。Christensen等[12]结合CAIS系统和自体骨移植治疗8例膝关节剥脱性骨软骨炎患者。研究者首先从胫骨近端取松质骨填充骨缺损，然后借助CAIS系统完成自体颗粒软骨移植。患者平均年龄32岁，病损平均大小3.1 cm2。术后1年时患者膝关节IKDC评分、KOOS评分、Tegner评分均显著改善。此外修复软骨组织核磁共振评分也显著改善，病损的填充率为80%。由于CAIS系统进入临床应用中需要严格的生物产品安全审批，故其临床应用有限，相关研究报道也较少。

DeNovo NT系统的临床应用报道相对较多。Farr等[13]报道了目前唯一的一项前瞻性多中心单臂临床研究，随访观察了术后2年时患者的临床、影像学及组织学变化。研究纳入25例患者的29处病灶（18处股骨髁，11处滑车）。男性占72%，平均年龄37岁，平均体重指数25.6 kg/m2。所有患者软骨损伤ICRS分级均为3级及以上，平均病灶大小2.7 cm2。术后3～24个月期间各时间点患者膝关节IKDC评分、KOOS评分及VAS（Visual Analogue Scale）疼痛评分均有显著改善。行MRI检查发现，软骨缺损处的填充率从术后3个月时的43%增加到2年时的109%，且术后2年时有40%新生软骨与正常软骨信号一致。有11例患者在术后2年时行二次镜检，其中9例患者ICRS修复等级接近正常，1例存在部分分层改变。此外研究还对其中8例患者采样行组织学检测，结果发现绝大多数新生软骨为透明软骨和纤维软骨混合体，软骨纤维化水平和软骨细胞坏死比例均较低。其中报道的最常见的不良事件为膝关节肿胀和僵直。Tomplins等[14]报道了一项15例ICRS分级4级软骨缺损患者的回顾性研究，平均随访时间28个月。患者平均年龄26.4岁，病损平均大小2. 4 cm2。MRI检查见73%患者软骨修复基本正常或接近正常，3例患者出现轻度的移植物增生，2例出现严重的移植物增生。MRI显示的平均填充率为89%。Buckwalter等[15]报道了一项类似的回顾性研究，共13例髌骨软骨缺损的患者，平均年龄22.4岁，病损平均大小2.3 cm2，但是平均随访时间仅8个月。术后KOOS总体评分较术前显著改善，但是KOOS单项评分和WOMAC（The Western Ontario and McMaster Universities Osteoarthritis Index）评分均无显著改变。这可能与该研究局限于髌骨软骨病变，且样本量较小，随访时间较短有关。综合以上研究结果，我们可以看出DeNovo NT系统是一项有效的修复膝关节软骨缺损的方法，但是既往的研究仅局限于软骨缺损较小（＜3.5 cm2）的患者，且与现有的其他软骨修复方式无对照研究，这也是将来需要进一步研究的方向。

DeNovo NT系统除了应用于膝关节软骨病变外，近期还有在踝关节应用的相关报道[11，16，17]，均显示较好治疗效果。Coetzee等[18]回顾性研究了23例接受PACI治疗的踝关节软骨缺损患者，平均年龄35岁，病损平均大小1.25 cm2。随访16.2个月后，美国足踝外科协会的踝-后足评分（Ankle-Hindfoot Scale）平均85分，优良率78%。

4 小结与展望

总体上，PACI技术是一项有效的治疗关节软骨病变的方法。与微骨折技术相比，PACI可以实现透明样软骨的再生修复，远期效果较好；与既往的马赛克骨软骨移植相比，PACI理论上所需的供体软骨相对较少，对供体处的影响相对较小；与软骨细胞移植技术相比，PACI无需任何载体支架，仅用粘合剂即可；且不管是自体还是异体颗粒软骨移植均能一期手术完成；而且，目前PACI已有比较成熟的产品供临床使用，相对简化了技术操作。尽管如此，PACI也有一些不足之处，比如花费较高，临床应用经验有限，异体软骨移植带来的排异、感染、疾病传播风险等。除此之外，既往的研究报道病损均较小（＜3.5 cm2），对于较大病灶效果如何不得而知；而且绝大多数观察时间亦较短，中长期效果如何？与微骨折、软骨细胞移植等已长期应用的技术相比是否存在明显的优越性？该技术的性价比如何？这些问题均有待解决。在这些问题得到答案前，该技术很难在临床中广泛应用。据报道，在美国每年大约有1000例患者行PACI治疗，然而大多数病例未得到良好的随访观察。因此将来应将重点放在PACI技术与其他成熟软骨修复技术的多中心随机对照研究上。

[1]Makris EA，Gomoll AH，Malizos KN，et al.Repair and tissue engineering techniques for articular cartilage[J].Nat Rev Rheumatol，2015，11（1）：21-34.

[2]Riboh JC，Cole BJ，Farr J.Particulated articular cartilage for symptomatic chondral defects of the knee[J].Curr Rev Musculoskelet Med，2015，8（4）：429-435.

[3]Bonasia DE.Use of chondral fragments for one stage cartilage repair：A systematic review[J].World Journal of Orthopedics，2015，6（11）：1006.

[4]Albrecht F，Roessner A，Zimmermann E.Closure of osteochondral lesions using chondral fragments and fibrin adhesive [J].Arch Orthop Trauma Surg，1983，101（3）：213-217.

[5]Lu Y，Dhanaraj S，Wang Z，et al.Minced cartilage without cell culture serves as an effective intraoperative cell source for cartilage repair[J].J Orthop Res，2006，24（6）：1261-1270.

[6]Frisbie DD，Lu Y，Kawcak CE，et al.In vivo evaluation of autologous cartilage fragment-loaded scaffolds implanted into e-quine articular defects and compared with autologous chondrocyte implantation[J].Am J Sports Med，2009，37：71s-80s.

[7]Farr J，Cole BJ，Sherman S，et al.Particulated articular cartilage：CAIS and DeNovo NT[J].J Knee Surg，2012，25（1）：23-29.

[8]Cole BJ，Farr J，Winalski CS，et al.Outcomes after a singlestage procedure for cell-based cartilage repair：A prospective clinical safety trial with 2-year follow-up[J].Am J Sports Med，2011，39（6）：1170-1179.

[9]Farr J，Yao JQ.Chondral defect repair with particulated juvenile cartilage allograft[J].Cartilage，2011，2（4）：346-353.

[10]Moran CJ，Pascual-Garrido C，Chubinskaya S，et al.Restoration of articular cartilage[J].J Bone Joint Surg Am，2014，96（4）：336-344.

[11]Kruse DL，Ng A，Paden M，et al.Arthroscopic DeNovo NT juvenile allograft cartilage implantation in the talus：A case presentation[J].J Foot Ankle Surg，2012，51（2）：218-221.

[12]Christensen BB，Foldager CB，Jensen J，et al.Autologous dual-tissue transplantation for osteochondral repair：Early clinical and radiological results[J].Cartilage，2015，6（3）：166-173.

[13]Farr J，Tabet SK，Margerrison E，et al.Clinical，radiographic，and histological outcomes after cartilage repair with particulated juvenile articular cartilage：A 2-year prospective study [J].Am J Sports Med，2014，42（6）：1417-1425.

[14]TompkinsM，HamannJC，DiduchDR，etal.Preliminary results of a novel single-stage cartilage restoration technique：Particulated juvenile articular cartilage allograft for chondral defects of the patella[J].Arthroscopy，2013，29（10）：1661-1670.

[15]Buckwalter JA，Bowman GN，Albright JP，et al.Clinical outcomes of patellar chondral lesions treated with juvenile particulated cartilage allografts[J].Iowa Orthop J，2014，34：44-49.

[16]Adams SB，Demetracopoulos CA，Parekh SG，et al.Arthroscopic particulated juvenile cartilage allograft transplantation for the treatment of osteochondral lesions of the talus[J]. Arthroscopy Techniques，2014，3（4）：e533-e537.

[17]Giza E，Delman C，Coetzee JC，et al.Arthroscopic treatment of talus osteochondral lesions with particulated juvenile allograft cartilage[J].Foot Ankle Int，2014，35（10）：1087-1094.

[18]Coetzee JC，Giza E，Schon LC，et al.Treatment of osteochondral lesions of the talus with particulated juvenile cartilage [J].Foot Ankle Int，2013，34（9）：1205-1211.

2016.01.04

康汇，Email：dockanghui@126.com