關節軟骨覆蓋并保護著關節處的長骨末端，具有負重和潤滑減少摩擦的能力。由于其無血管和無神經的特性，一旦損傷，其修復和再生非常困難，這已經成為再生醫學領域最具挑戰性的研究熱點之一。

臨床上，保守治療（如關節腔注射藥物、中醫療法等）和手術治療（清創術、細胞移植術、微骨折術以及軟骨移植術等）均有一定的局限性，只能部分緩解疼痛、改善關節功能，未能有效地實現關節軟骨結構和生物功能的重建。

干細胞在軟骨發育的早期階段凝集和分化，它具有多向分化潛能，能在特定誘導條件下分化成軟骨細胞，被認為是軟骨再生修復中的自體細胞治療和再生策略的最佳來源。

研究表明，干細胞在其局部微環境中感知細胞外基質（ECM）組成變化的能力對它們的生存和命運至關重要。

因此，由天然和合成聚合物形成的生物功能性支架可模仿天然細胞外基質（ECM）的許多生物學和物理特性，調控干細胞的增殖和定向分化潛能。這一獨特機制為關節軟骨的修復與再生提供了新的有效途徑。

干細胞療法協同生物功能性支架治療軟骨缺損的機制

促進增殖和分化：軟骨誘導性生物材料的研究越來越多，多種天然或合成的高分子材料均被報道有促進干細胞成軟骨分化的潛力。

結合天然材料和合成材料的優勢，優化組成結構、生物力學性能和生物功能性，構建仿生基質微環境調控干細胞定向分化和增殖，有利于加速軟骨再生。

促進旁分泌：使用生物功能性支架對干細胞旁分泌進行輔助，一方面可以指導干細胞進行特定的細胞因子的分泌，另一方面還可以有效遞送細胞分泌的生長因子等信號。

有研究表明基質剛度（彈性）會影響旁分泌活性，當將MSC培養在不同剛度的聚丙烯酰胺水凝膠上時，VEGF和IGF隨模量增加而上調，而EGF、IL-6和IL-8顯示出雙相分泌特征。

這表明，當需要特定的旁分泌因子時，可以通過優化MSC微環境的機械性能或者其它性能對干細胞的旁分泌進行調控。

調節免疫應答：骨關節炎、類風濕關節炎常常引起軟骨損傷，這種軟骨損傷常伴隨著復雜的炎癥反應。一些生物功能性支架材料已經被報道能輔助干細胞調節炎癥反應。不同分子量的HA會在細胞行為上引發不同的炎癥反應。

臨床案例

目的：探究在膝關節軟骨損傷患者治療中運用生物支架加骨髓間充質干細胞移植治療的應用價值。

方法：選取于2018年2月—2019年3月該院收治的92例膝關節軟骨損傷患者，根據隨機分組原則分為觀察組(生物功能支架加骨髓間充質干細胞移植治療)和對照組(關節清理術治療)各46例。

結果：相比于對照組(76.09％),觀察組治療優良率(93.48％)較高，與對照組相比，觀察組HSS評分改善更明顯，相比于對照組(28.26％),觀察組并發癥發生率(4.35％)較低。

結論：在膝關節軟骨損傷患者治療中運用生物功能支架加骨髓間充質干細胞移植治療后，能夠促進治療效果有效提高，使機體膝關節功能狀況得到明顯改善，同時還可以降低并發癥發生率，其臨床價值顯著。

未來展望

用干細胞進行關節軟骨缺損治療的研究越來越多，目前臨床上多采用自體MSC進行相關研究，可以降低免疫排斥反應。

因此，利用干細胞療法生物協同功能性生物材料構筑再生修復微環境可能是軟骨損傷或骨關節炎干細胞療法的有前途的替代方法之一，這可能提升“無細胞”療法的臨床應用潛力。