脐带间充质干细胞与纳米仿生骨材料联合治疗早期股骨头缺血坏死的中期疗效观察*

高宏阳刘新晖李晓明董威张宇宸王伟赵峰张国平*

脐带间充质干细胞与纳米仿生骨材料联合治疗早期股骨头缺血坏死的中期疗效观察*

高宏阳1刘新晖2李晓明3董威1张宇宸1王伟1赵峰1张国平1*

目的 回顾性分析脐带间充质干细胞与纳米仿生骨材料联合治疗早期股骨头缺血坏死的中期临床疗效。方法 选定诊断为股骨头坏死（Osteonecrosisofthefemoralhead,ONFH）（FicatⅡ期），接受纳米仿生骨材料髓芯减压棒联合脐带间充质干细胞移植治疗的成人患者。本组共12例（12髋），患者年龄22～53岁，平均39.4岁，男9例，女3例。术前、术后采用Harris评分系统进行患髋评分并进行配对 检验。通过其影像学改变进行疗效评估。结果 本组 11例患者获得完整随访，Harris评分由术前（54.16±4.23）分提高到术后 24个月随访时的（82.68±2.05）分（＜0.05），所有获得随访的患者均未发现减压棒脱出，未出现股骨头明显坏死塌陷。结论 髓芯减压基础上应用新型纳米仿生骨材料联合脐带间充质干细胞移植治疗早期股骨头坏死的中期临床疗效满意，远期临床疗效仍需进一步观察随访。

中期疗效；股骨头坏死；间充质干细胞；骨支架材料

股骨头坏死（ONFH）又称为骨头无菌性坏死或股骨头缺血性坏死，为骨科常见疾病之一，于中青年人群发病率最高，平均发病年龄38岁。如果在早期不能得到积极、有效的治疗，大部分患者股骨头将在2～3年内发生塌陷[1,2]。理想的保头治疗外科措施应该包括：尽可能清除股骨头内病灶；植入具有生物活性并有一定结构和力学支撑作用的移植物，避免股骨头的早期塌陷。自2013年1月，笔者采用新型纳米髓芯减压棒联合脐带间充质干细胞移植治疗早期股骨头坏死12例，其中11例获得超过24个月的完整随访，临床效果理想。现初报道如下：

1 资料与方法

1.1 一般资料

2013年1月～6月，河北医科大学第一医院骨科对诊断为ONFH（FicatⅡ期）的成人患者12例（12髋）进行髓芯减压手术治疗，同时采用纳米仿生骨材料制备的髓芯减压棒作为支撑材料，一期联合脐带间充质干细胞移植治疗。患者年龄22～53岁，平均39.4岁，男9例，女3例。2例有长期饮酒史，1例有服用激素病史。

手术适应证：成人，明确股骨头缺血坏死非创伤或感染所致且既往无外科干预治疗史；以髋关节疼痛为主要主诉，体格检查未发现明显髋关节活动范围受限；影像学检查提示ONFH为早期改变。

本组12例（12髋），其中获得完整随访资料11例。所有患者术前常规拍摄骨盆前后位及蛙式位 X线片，行髋关节MRI检查。分别于术后1、3、6、12、24个月复查。复查时常规拍摄盆前后位及蛙式位X线片。采用Harris髋关节评分标准对术前、术后患者的髋关节功能进行评定。

1.2 材料和手术方法

1.2.1 材料

选用支撑材料为四川国纳科技有限公司研制的纳米仿生骨髓芯减压棒（规格型号：NNBD/40B/10×4×80，生产批号：CF140512）[3-5]。

1.2.2 脐带血间充质干细胞的获取

获得产妇同意，并经伦理委员会认可，取健康产妇剖腹产后新生儿脐带血采用试剂盒法制备脐血间充质干细胞（由河北医科大学第一医院细胞治疗中心提供）。

将含有枸橼酸钠的脐带血转移至 A液瓶内混匀，再将B液全部加入充分混匀，室温静置约30分钟，然后用25mL移液管将上清液移至50mL无菌离心管中，每管50mL，置离心机中离心（离心力1300g，5min）；然后弃上清液，每管加注射用生理盐水7～10mL混匀，收集离心管底部的细胞，总体积50mL为一管；取新的50mL离心管，加入22mLC液并将所得细胞悬液沿离心管壁缓缓加入，再次离心（离心力830g，28min）。离心后吸取中间云雾状的薄层加至新的离心管中，加注射用盐水至 50mL，充分混匀，用离心力1300g，离心5分钟。盐水洗涤离心3次。完成后快速倒掉第3次洗涤后离心管中的液体，按临床需求将细胞溶解在10mL生理盐水中，充分混匀，在细胞转移管上注明病人姓名、床号，用手术包皮布包好，放置到冰桶中送到临床使用。细胞数3×108～4×108。

1.2.3 手术操作

患者取平卧位，采用椎管内麻醉。C臂透视引导下确定髓芯减压通道，透视下将导针顺股骨颈方向插入。导针远端达股骨头坏死中心，正位及蛙式位片上距离关节面5mm。选用直径12mm的空心钻顺导针扩髓后经隧道用旋切刀清除坏死组织。将减压过程中转子间区的新鲜自体松质骨与事先备好的脐带间充质干细胞悬液5mL充分混合后重新回植于股骨头坏死病灶。经隧道旋入纳米髓芯减压棒并经其空心通道将剩余的5mL细胞悬液注入。最后用骨蜡封堵通道，尽量减少细胞流失。

1.3 术后处理

术后不限制患髋关节活动，指导患者在非负重下进行髋关节主动屈伸及外展功能锻炼。术后3个月开始拄拐部分负重。

1.4 术后随访及评估

分别于术后1、3、6、12、24个月复查，复查时拍摄骨盆正位及蛙式位，通过X线观察支撑物有无松动、断裂、脱落，股骨头坏死情况是否存在影像学分期的进展。分别记录术前以及术后患髋疼痛、活动范围的变化，采用Harris评分系统进行患髋评分。以股骨头塌陷或最终进行髋关节置换来评定治疗的临床成功率。

1.5 统计学分析

采用SPSS17.0统计软件，对术前、术后患髋Harris评分采用配对 检验，数据使用（±s）表示，＜0.05提示有统计学差异。

2 结果

将获得完整随访24月以上的11例（11髋）纳入本组研究。最短随访时间24个月，最长随访29个月。本组术前H arris评分平均为（54.16±4.23）分，术后24个月平均为（82.68 ±2.05）分。术后与术前相比评分有显著提高（＜0.05）。依据Harris评分 91～100分为优，81～90分为较好，71～80分为良，＜70分为差。术后24个月本组优良率90.9%。根据Ficat分期[6]方法进行影像学评价，以股骨头坏死进展发生明显塌陷或最终行关节置换为研究终点，本组11例（11髋）术后24个月无一例发生减压棒的脱出，无一例股骨头发生明显坏死塌陷，术后24个月股骨头生存率100%。其中有2例随访中发现病情进展，股骨头虽出现变形，但无明显塌陷，关节间隙无明显变窄，继续给予动态观察，未特殊干预。

图1 术前骨盆X线片

图2 术后1月骨盆X线片

图3 术后3月骨盆X线片

图4 术后6月骨盆X线片

图5 术后12月骨盆X线片

图6 术后24月骨盆X线片

3 讨论

3.1 髓芯减压与干细胞治疗在早期股骨头坏死中的应用

目前采用髓芯减压治疗早期股骨头坏死已经被公认为一种行之有效的保头治疗方法。然而复习文献笔者发现仍有一大部分患者经积极髓芯减压治疗后效果不理想。分析原因，这可能与单纯髓芯减压不能彻底解决股骨头修复问题，不能打断骨内压升高的恶性循环有关[7]。

干细胞具有多项分化潜能，在特定细胞因子的作用下可以定向分化为其他细胞，参与受损组织的修复。髓芯减压联合干细胞治疗早期股骨头坏死，其临床疗效也被越来越多学者证实[8,9]。笔者选择脐带血间充质干细胞作为种子细胞用来修复重建股骨头，一方面是因为脐带间充质干细胞能促进血管内皮细胞再生，从而改善股骨头内血供，为新生骨创造良好的环境。同时，脐带间充质干细胞还具有非常好的成骨能力，可以用来修复髓芯减压后残留的骨缺损。另一方面也是因为相对骨髓来源的间充质干细胞，脐带间充质干细胞的临床应用不涉及社会、伦理等方面的争议，而且细胞来源充足，体外扩增方便，能更好的实现治疗中对种子细胞的要求。3.2纳米仿生骨材料作为支撑物联合干细胞治疗早期股骨头坏死

为避免或延缓股骨头塌陷，在股骨头髓芯减压后，残留的骨缺损区需要有提供力学支撑的植入物[10,11]。支撑物还应该具有一定的骨诱导活性和骨传导活性，植入后能够修复坏死骨清除后残留的骨缺损。目前临床上常选用的支撑物有：单纯的骨隧道打压植骨、吻合或不吻合血管的骨移植、植入钽棒等[12,13]。单纯的打压植骨已经被证实术后不能给股骨头软骨下骨提供足够的力学支撑。带血管的骨移植虽然能改善局部的血液供应，有助于新生骨的形成，但是血管蒂的长度无疑限制了髋关节的活动，对术后患髋活动度的恢复不可避免造成影响。更重要的是，带血管的骨移植对显微外科技术要求较高，手术操作难度及创伤相对大，这都限制了其在临床的广泛应用。钽金属因其弹性模量与人骨相当，具有优异的生物相容性和力学特性，已经在临床得到广泛应用。但随着其临床的应用，钽棒治疗早期股骨头坏死失败的报道陆续增多[14,15]。总结文献，失败病例分析显示钽棒周围并无期望那样有大量的骨长入，分析原因可能由于钽棒植入后其近端没有足够的初始或继发稳定性，阻碍了钽棒周围坏死区的生物学修复。而且，钽棒植入失败后行全髋关节置换时产生的钽微粒，也可能会造成术后关节负重面第三体的磨损[16]。

在本组研究中，笔者选择纳米仿生骨材料作为支撑材料植入。其主要成分为纳米羟基磷灰石/聚酰胺66（n-HA/PA66）[17,18]。与其他支撑材料相比，其不仅具有良好的力学支撑力，而且具有无可比拟的生物活性和骨传导作用。除此之外，支撑物设计成中空、周壁多孔，也增加了支撑器植骨通道，更有利于新生骨生长。

支架材料与种子细胞为骨组织工程的两大要素。近年已经有学者尝试把间充质干细胞复合到钽棒上以促进材料的再血管化[19]。与钽金属相比，n-HA/PA66作为一种非金属仿生材料，其孔隙结构充分模拟了天然松质骨的结构形态。体外实验研究表明：MSCs在材料上培养时其细胞增殖能力、细胞生物学特性与MSCs单独培养相似[20]。而MSCs的植入亦可以通过促进新生血管的生成，实现骨材料的早期血管化，加快骨修复[21]。

在本组研究中，笔者将骨组织工程中的两大要素即种子细胞（脐带间充质干细胞）与骨支架材料（n-HA/PA66）有机结合，共同应用于早期股骨头坏死的保髋治疗中，经过24个月随访临床疗效满意。但由于本组样本量有限，随访时间有限，更远期的治疗效果仍需进一步观察。

[1]Chen CC,LinCL,Chen WC,et al.Vascularized iliac bone-grafting for osteonecrosis with segmental collapse of thefemoral head[J].J Bone Joint Surg Am,2009,91：2390-2394.

[2]Zhao FC,Li ZR,Guo KJ.Clinical analysis of osteonecrosis of the femoral head induced by steroids[J].Orthop Surg,2012,4(1)：28-34.

[3]李鸿，李玉宝，严永刚，等.纳米羟基磷灰石/聚酰胺66多孔材料制备和生物安全性初步评价[J].生物医学工程学杂志，2008，25（5）：1126-1129.

[4]陈刚，廖前德，胡优威，等.成骨诱导人脐带间充质干细胞与纳米羟基磷灰石/聚酰胺66支架材料的生物相容性[J].中国组织工程研究，2012，12（16）：2931-2934.

[5]戚孟春，邓久鹏，董伟，等.骨髓间充质干细胞与支架材料NHA/ PA66复合培养的生物活性研究[J].口腔医学研究，2010，26（6）：805-808.

[6]Smith SW,Fehring TK,Griffin WL,et al.Core decompression of the osteonecrotic femoral head[J].Bone Joint Surg Am,1995,77：674-680.

[7]冯宾，钱文伟，翁习生，等.髓芯减压+同种异体骨打压植骨治疗早期股骨头坏死的疗效观察[J].中国医学科学院学报，2015，37（2）：133-139.

[8] 李忠，陈歌，王治，等.髓芯减压复合自体骨髓间充质干细胞移植治疗股骨头缺血坏死[J].中国矫形外科杂志，2012，20（5）：411-414.

[9]王楠，刘伟，周晔，等.髓芯减压植骨术联合脐带间充质干细胞移植治疗股骨头坏死的疗效[J].中国老年学杂志，2013，33：5862-5864.

[10]Liu ZH,Guo WS,Li ZR,et al.Porous tantalum rods for treating osteonecrosis of the femoral head[J].Genet Mol Res,2014,13(4)：8342-8352.

[11]康鹏德，裴福兴，沈彬，等.钻孔减压自体松质骨打压植骨结合同种异体腓骨棒植入治疗早期股骨头坏死的近期疗效观察[J/ CD].中华关节外科杂志电子版，2012，6（2）：184-191.

[12]咸宝山，姜文学，刘富，等.带旋髂深血管蒂髂骨与骨软骨联合移植治疗股骨头坏死[J].中华骨科杂志，2010，30（1）：62-66.

[13]尚咏，虞攀峰，赵旭红，等.髓芯减压钽棒+自体骨植入治疗成人早期股骨头缺血性坏死的短期疗效观察[J].山西医科大学学报，2013，44（3）：240-244.

[14]汪亮，刘耀升，刘蜀彬，等.多孔钽棒植入治疗早中期股骨头坏死的生存率分析和预后因素评估[J].中华骨与关节外科杂志，2015，8（5）：396-402.

[15]Liu Y,Su X,Zhou S,et al.A modified porous tantalum implant technique for osteonecrosis of the femoral head：survivorship analysis and prognostic factors for radiographic progression and conversion to total hip arthroplasty[J].Int J Clin Exp Med,2015, 8(2)：1918-1930.

[16]Floerkemeier T,Thorey F,Daentzer D,et al.Clinical and radiological outcome of the treatment of osteonecrosis of the femoral head using the osteonecrosis intervention implant[J].Int Orthop,2011, 35(4)：489-495.

[17]Yang X,Song Y,Liu L,et al.Anterior reconstruction with nanohydroxyapatite/polyamide-66 cage afterthoracicandlumbarcorpectomy[J].Orthopedics,2012,35(1)：66-73.

[18]Qian X,Hongyan L,Jingchao Z,et al.Tissue engineering scaffold material of porous nano-hydroxyapatite/polyamide 66[J].Int J Nanomed,2010,5(3)：331-335.

[19]赵振华，赵德伟，傅维民，等.多孔钽棒表面犬骨髓间充质干细胞的附着与增殖[J].中国组织工程研究，2013，17（42）：7369-7374.

[20]刘耀升，刘蜀彬，苏秀云，等.髓芯减压结合浓集自体BMMCs移植羟基磷灰石复合人工骨植入治疗股骨头坏死[J].中华医学杂志，2013，93（27）：145-150.

[21]陈刚，廖前德，胡优威，等.成骨诱导人脐带间充质干细胞与纳米羟基磷灰石/聚酰胺66支架材料的生物相容性[J].中国组织工程研究，2012，16（16）：2931-2934.

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

高宏阳（1979-）男，博士，副主任医师。研究方向：骨坏死的修复与功能重建。

2015-12-25）

河北卫计委指导性课题（编号：ZD20140467）

1河北医科大学第一医院骨科，河北石家庄050031；2南京医科大学附属江宁区医院骨科，江苏南京211100；3沧州中西医结合医院骨六科，河北沧州061000