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目的:
探讨并比较自体骨软骨移植、矩阵式自体透明软骨细胞移植和矩阵式弹性软骨细胞移植修复关节软骨缺损的高分辨率MR表现特点,以提高对软骨修复的影像评估能力。
材料和方法:
1.依据术后随访时间将20个膝关节随机分为2、4、8、12和24周组(n=4)。在股骨髁负重面制造一直径8mm、深10mm的圆柱形骨软骨缺损(受区),然后自股骨滑车边缘(供区)取3个直径3mm、高11mm的骨软骨柱并以马赛克方式植入受区。分别从缺损修复程度、移植物和修复组织的信号、软骨-软骨和骨-骨的匹配等方面观察不同随访时间点受区和供区的高分辨率MR表现特点,并与组织学结果进行对照分析。
2.60个全层关节软骨缺损随机分为矩阵式透明软骨细胞移植组(MACTh,n=30)和生物材料组(Pluronic,n=30),各组依术后随访时间的不同分为2、4、8、12和24周5个亚组(n=6)。MACTh组:自股骨髁间窝取约100-120mg正常关节软骨进行体外消化、培养和一次传代,将获得的软骨细胞与30%PluronicF-127混合后植入负重面缺损区。Pluronic组:缺损区内仅填充30%PluronicF-127作为对照。从缺损填充程度、表面形态、修复组织信号、与邻近关节软骨的接合和软骨下骨的变化等方面分别进行评价。采用修订的国际软骨修复协会(ICRS)评分表对所有病例进行MRI和组织学评分,分别对组内相邻时间点和组间同一时间点的评分进行比较并进一步分析MRI评分与组织学评分的相关性。
3.30个全层关节软骨缺损依据随访时间随机分为5组(n=6)。将体外消化和培养获得的原代耳软骨细胞与30%PluronicF-127混合后植入软骨缺损区。评价内容参见第二部分,并与MACTh组和Pluronic组进行比较。
结果:
1.自体骨软骨移植(AOT)术后缺损完全修复的最早时间点为8周。自12周起,受区表面逐渐趋向光整。除12周1例移植物完全塌陷外,所有移植物均存活,表现为正常骨软骨信号,塌陷的移植物软骨层仍存活,表面由低信号的薄层纤维组织覆盖。同一时间点,移植物之间软骨-软骨和骨-骨的匹配率高,而移植物与邻近骨软骨之间的匹配率较低,且软骨-软骨高于骨-骨,其中2周和4周时两者之间存在显著性差异(P=0.038)。移植物之间以纤维软骨和/或纤维组织修复,其信号随着时间进展逐渐由高信号降低为低信号。12和24周邻近正常关节软骨局部增厚,组织学显示以放射层增厚为主。供区主要以纤维软骨和/或纤维组织修复,由不均匀高信号逐渐趋向正常软骨下骨信号。软骨下骨髓水肿持续存在至术后12周消失。未见继发骨关节炎病例。
2.MACTh组软骨缺损完全修复见于术后8周,早于对照组12周。前者以透明软骨修复,后者则以纤维软骨和/或纤维组织修复。术后早期修复组织信号表现多样,自12周起修复组织信号趋向均匀,MACTh组略高于正常关节,而Pluronic组则呈偏低信号。所有修复组织在WATSc和FFE-T2*序列上均呈稍低信号。随时间进展,MACTh组和Pluronic组修复组织与邻近关节软骨的接合率均逐渐增高,组织学显示修复组织相当于放射层可见延伸至交界区的无细胞嗜伊红淡染区。同一时间点,前者的接合率高于后者但无显著性差异。MACTh组和Pluronic组骨髓水肿范围均逐渐缩小,同一时间点,Pluronic组水肿范围显著大于MACTh组(P<0.05)。相邻时间点修复组织的MRI评分和组织学评分均显著增高,各时间点MRI评分和组织学评分之间存在显著正相关。
3.矩阵式弹性软骨细胞移植(MACTe)同样以透明软骨方式修复软骨缺损。在同一时间点,MACTe组缺损填充、表面形态、修复组织的信号和组织学特点、与邻近关节软骨的接合、MRI以及组织学评分均与MACTh组相似,两者之间无显著性差异,均优于Pluronic组。除术后2周外,MACTe组修复组织的MRI和组织学评分之间存在显著正相关。
结论:
自体骨软骨移植、矩阵式自体透明软骨细胞和弹性软骨细胞移植均能够很好地修复直径8mm的软骨缺损,且主要以透明软骨修复。AOT移植物存活率高,移植物之间纤维软骨和/或纤维组织修复可能会在一定程度上影响其生物力学特性。AOT术后关节软骨增厚和MACT修复组织无细胞的淡染区均发生于放射层,其原因和意义尚有待于进一步研究。弹性软骨细胞可用于修复关节软骨缺损,但它需经过多次传代,同时存在取材后供区的二次修复问题,其长期效果和临床应用尚有待研究。综上所述,MRI可作为评价软骨修复的有力工具。PluronicF-127可作为工程化软骨细胞安全有效的载体。