半月板損傷是當今社會常見的膝關節損傷。為解決半月板損傷無法修復和半月板全部（或部分）切除術后綜合征等臨床問題，作為半月板重建術治療替代物的人工半月板移植物已成為全世界研究熱點。目前，人工半月板移植物主要包括降解型半月板支架和替代型半月板移植物。雖然已有商品化人工半月板移植物（如 CMI?、Actifit?和 NUsurface?）應用于臨床，但是沒有一種移植物可重塑或長期替代半月板組織達到完美解決半月板切除術后癥狀和有效預防軟骨退行性病變的效果。本文著重介紹不同類型人工半月板移植物的研究進展及其應用前景、優勢和不足，以期為半月板移植物的研究提供總結、參考和展望。
引用本文： 李金歌, 肖建林, 左建林, 楊小牛. 人工半月板移植物研究進展. 生物醫學工程學雜志, 2018, 35(3): 488-492. doi: 10.7507/1001-5515.201710038 復制
引言
半月板是股骨髁與脛骨平臺之間一對外緣厚、內緣薄的楔形半月狀纖維軟骨，由水（濕重占比為 72%）和有機物質（濕重占比為 28%，主要成分為膠原蛋白纖維）組成，起到穩定膝關節、傳導負荷、吸收震蕩和潤滑關節等重要作用[1]。2016 年醫景（Medscape）網站統計結果顯示，半月板損傷已成為最常見的膝關節損傷，每年有近 200 萬人需要進行半月板損傷手術治療，且多發生于 40 歲以下及 65 歲以上人群[2-3]。臨床上根據半月板損傷部位、程度、類型而選擇適當的治療方法，如：中醫治療、關節腔注射、半月板全部（或部分）切除、半月板縫合修復和半月板移植重建等，從而幫助患者減輕疼痛、改善膝關節功能和減緩軟骨病變等[4-10]。隨著對半月板功能的深入認識，越來越多研究人員認為半月板切除會導致膝關節應力集中和負荷傳導紊亂，可發展成為骨性關節炎，進而加重痛感和病情，因此半月板重建術（主要方式有：同種異體半月板移植和人工替代物移植）成為損傷修復領域科研人員的研究熱點之一[11]。同種異體半月板移植雖然可以有效緩解患者疼痛并改善膝關節功能，但是其卻存在著移植物來源不足、組織保存困難、具有疾病傳播風險、免疫排斥反應和高昂費用等諸多問題[12]。因此，人工半月板移植物（以下簡稱人工半月板）的研究越來越受到重視，如何能夠有效實現體內半月板再生或長期半月板替代，已經成為該領域的熱點研究方向。
人工半月板主要分為降解型半月板支架和替代型半月板移植物。降解型半月板支架植入體內后可暫時代替受損半月板，并隨著半月板的再生而逐漸降解、代謝，最終實現半月板自體修補。替代型半月板移植物植入體內后可長期穩定存在，不誘導組織再生，代替半月板維持膝關節功能。人工半月板發展至今，國外已趨于成熟，并有商業化產品應用于臨床治療；我國此領域的研究較為落后，雖然不同研究者對人工半月板的材料、制備方法和體內評價有諸多報道，但鮮見全面介紹人工半月板研究現狀的綜述類文獻。另一方面，材料一直是人工半月板研究乃至應用的重要基礎和前提，鑒于此，本文從制備人工半月板的高分子材料角度出發，著重對近幾年不同類型半月板的研究進展、優勢和不足及其應用前景做一總結和展望，以期為相關研究領域的科研人員提供參考。
1 降解型半月板支架
隨著材料科學、生命科學和組織工程科學的不斷發展，降解型半月板支架即半月板組織工程支架（以下簡稱半月板支架）應運而生。半月板支架應滿足以下要求：① 無毒，支架材料及其降解產物應具有良好的生物相容性且不發生免疫排斥反應；② 具備多孔結構，支架應具備合理的三維結構，不僅有利于細胞黏附、增殖、分化，還有利于營養物質的運輸和代謝產物的排出；③ 具有可控的降解速度，支架材料的降解速度應與組織生成速度相匹配，且在降解過程中材料與新生組織的力學強度能夠滿足膝關節力學性能要求；④ 具有良好的生物力學性能，支架的力學性能應與天然半月板組織相近，其壓縮模量應在 75～150 kPa 范圍內，拉伸模量應在 75～150 MPa 范圍內，摩擦系數 μ < 0.05 [1]。
根據制備材料來源不同，半月板支架可分為天然材料半月板支架、合成材料半月板支架和生物衍生材料半月板支架。
1.1 天然材料半月板支架
膠原蛋白纖維是天然半月板所含有機物最主要的成分之一，其復雜的排列方式賦予了半月板獨特的幾何結構和力學特性。1990 年 Stone 等[13]利用從牛跟腱中提取和純化出的Ⅰ型膠原蛋白制備了可降解吸收的半月板支架。隨后美國 Ivy Sports Medicine 股份有限公司對膠原蛋白半月板移植物（collagen meniscus implant，CMI）（商品名：CMI?）進行商業投資和研發，術后追蹤結果顯示，半月板切除后植入 CMI?可生成新組織且無毒副作用，且能有效改善患者臨床癥狀和膝關節臨床評分。但是由于商品 CMI?力學性能達不到維持膝關節正常功能要求，因此該商品僅適用于半月板外周邊緣仍未受損的病例。2016 年 Heo 等[14]在紫外光作用下以維生素 B2 引發膠原蛋白交聯，提高了膠原蛋白半月板支架的力學強度并延緩了酶降解支架的速度，同時他們還在支架中摻入透明質酸并封入纖維軟骨細胞，提高了再生組織 Ⅰ 型和 Ⅱ 型膠原蛋白的表達水平，但仍需進一步體內試驗證明其臨床應用的可能性。
細菌纖維素安全無毒、價格便宜、易于成型且可以促進細胞黏附、增殖、遷移，因此近年來成為生物應用材料的研究熱點。Na 等[15]合成了一種細菌纖維素—藕粉復合材料，并通過調節藕粉含量使其力學性能和生物相容性顯著提高，具有關節軟骨組織工程應用的潛能，但他們并沒有將其制成半月板支架進行后續研究。
絲素蛋白來源廣泛，是一種生物相容性良好、免疫性低、降解速度適中且力學性能優異的天然生物材料。Mandal 等[16]利用絲素蛋白制成三層孔徑不同的半月板支架，雖然該支架可使細胞黏附、增殖，并且有利于生成的細胞外基質、膠原蛋白和糖胺聚糖沉積，但是其力學性能仍與天然半月板相差較大。在后續研究中，Li 等[17]為了提高材料的力學性能，將絲素蛋白超細纖維混入絲素蛋白薄膜中，使其拉伸強度最大增至（85.5 ± 25.7）MPa，為將絲素蛋白應用于半月板支架奠定了堅實基礎。
此外，殼聚糖、瓊脂糖、海藻酸鹽等天然水凝膠聚合物材料，也因具有良好的生物相容性和可降解性可應用于半月板支架的研究。今后，隨著科技的發展和更多新材料的發現，可以預見將有更多的天然材料半月板支架逐步應用于臨床研究與治療中。
1.2 合成材料半月板支架
聚氨酯、聚己內酯和聚乳酸等生物材料因具有良好的生物相容性、優異的力學性能、可控的降解速度和易加工性，現已廣泛應用于半月板支架的研究中[18]。
聚氨酯/聚乳酸以及聚氨酯/聚己內酯材料用于半月板支架的研究始于 20 世紀 90 年代，雖然制備得到的半月板支架生物相容性、降解性和彈性都滿足要求，但仍未能有效阻止軟骨損傷[19]。在此基礎上，英國 Qrteq 公司展開了進一步的研發，制備出一種孔徑為 150～335 μm、孔隙率為 80% 的聚己內酯/聚氨酯半月板支架，并已商品化（商品名：Atifit?）。研究結果顯示，移植 Atifit?后脛骨平臺所受的最大壓力值和平均壓力值均明顯小于半月板部分切除的對照組，且在羊體內 12 個月后可促進組織生長并有效保護關節軟骨[20]。臨床術后（> 2 年）追蹤結果顯示，患者膝關節功能評分明顯提高且沒有發生膝關節軟骨退行性病變，但生成的僅為無血管軟骨組織[21-22]。雖然 Atifit?現已應用于臨床半月板損傷治療，但是其長期治療效果以及治療范圍仍需要更多的臨床數據證明。
Chiari 等[23]用聚己內酯和透明質酸衍生聚合物進行偶聯反應，同時采用聚乳酸纖維外周增強和聚對苯二甲酸乙二酯網布整體增強工藝，制成孔徑為 200～300 μm 的半月板支架。該支架移植入羊體內 12 個月后，可觀察到纖維軟骨組織生成且能有效減緩軟骨病變，但報道中并未提及材料的生物力學性能[24]。Baek 等[25]利用聚乳酸力學強度好和細胞外基質（extracellular matrix，ECM）可促進細胞增殖等特點，將聚乳酸靜電紡絲層與包裹半月板細胞的 ECM 水凝膠逐層疊放，制備的合成材料半月板支架可以支持新組織生成，但仍需后續體內試驗支持其應用性。
1.3 生物衍生材料半月板支架
生物衍生材料作為一種新興的生物醫用材料，因其獨特的三維微環境和與自然組織相似的結構和特性，近年來越來越多地引起研究人員們的興趣[26]。Yuan 等[27]巧妙地將具有天然三維孔隙結構和生物力學強度的脫鈣松質骨浸入 ECM 漿液中，取出冷凍干燥后再制成半月板支架，結果顯示該支架具有良好的力學性能，可促進細胞增殖以及膠原、糖胺聚糖分泌，6 個月后在兔子體內生成半月板類似組織并能阻止軟骨退化。Gao 等[28-29]對豬半月板組織脫細胞后制成的 ECM 半月板支架進行了系列研究，前期結果表明，在脫細胞過程中支架內的膠原蛋白纖維保存完整，制得的半月板支架無毒且可支持細胞附著，但由于糖胺聚糖丟失而導致其壓縮強度下降；針對該問題，作者采用碳化二亞胺交聯 ECM 的方法，使其壓縮模量和彈性模量分別提高了 3 倍和 40 倍。該類半月板支架雖然力學性能與天然半月板仍有差距，但無細胞毒性，具有原位促進半月板組織再生的功能，因此在半月板組織工程中具有極大的應用潛力，需繼續進行深入研究。此外，他們還將脫細胞的 ECM 和聚己內酯混合，采用靜電紡絲方法制成超細纖維用于半月板支架研究。實驗結果表明，該材料具有高親水性，可促進細胞黏附和增殖，并且與人體半月板有相似的拉伸模量，今后可通過后期體內試驗進一步證明其應用性[30]。Merriam 等[31]將一種用酪氨酸衍生聚合物纖維編制的羊半月板支架植入羊體內，32 周后該支架內生成大量富含膠原蛋白的組織且 ECM 出現沉積，其壓縮模量與天然半月板接近，可有效保護膝關節軟骨。
2 替代型半月板移植物
雖然降解型半月板支架受到眾多研究者的關注且已有商業化產品應用于臨床，但是支架內新生組織僅為半月板類似組織，不具備天然半月板生理結構和功能，無法完全滿足膝關節力學性能的需求，仍是該類型半月板支架亟待解決的問題。此外，面對半月板嚴重損傷的患者，只有替換整個半月板才可能避免軟骨退化，從而長久減輕和消除患者臨床癥狀。替代型半月板移植物（簡稱半月板移植物）是一類可長期存在于體內，結構穩定、不易發生降解、耐疲勞、耐氧化以及有著與天然半月板相似生物力學性能和生理功能的半月板重建替代物，近幾十年來逐漸成為科研人員的研究熱點。
自 20 世紀 80 年代起，科研人員就開始嘗試用聚四氟乙烯及其復合材料、碳纖維/聚酯纖維復合材料、滌綸編織物、聚氨酯涂覆材料等構建半月板移植物，但其體外和體內實驗結果均表明存在軟骨病變和滑膜炎癥，無法應用于臨床治療。隨著新材料及新合成工藝的出現，一些先進的高分子聚合物被逐漸應用于半月板移植物的研究中。
Kobayashi 等[32]首次將聚乙烯醇水凝膠制成半月板移植物，該移植物植入兔膝關節 2 年后幾乎無磨損和降解發生，與半月板切除對照組相比能夠有效保護軟骨，減緩關節炎發生，但是仍存在半月板移植物不易固定和材料耐久性不足等問題。Hayes 等[33-34]用硫酸鈉鹽溶液沉淀聚乙烯醇得到鹽修飾水凝膠，研究認為此水凝膠生物相容性較好且生物力學性能與天然半月板相近，具有作為半月板移植物材料的潛力，然而截至目前尚未開展相關的醫學試驗以證明其可作為半月板移植物應用于臨床。
聚碳酸酯聚氨酯（polycarbonate urethane，PCU）因具有良好的生物相容性、體內穩定性和生物力學性而被廣泛應用于醫療器械領域。Majd 等[35-36]將 PCU 表面進行修飾，極大地降低了其在體外、體內模擬條件下的摩擦系數，為后續 PCU類半月板移植物的研究和開發奠定了基礎。Vrancken 等[37-39]用 PCU 制成一種新型羊半月板移植物，該移植物與天然半月板解剖結構相似，具有良好的生物相容性，且在生理負荷狀態下（> 12 月）僅發生輕微變形，但是由于固定方法存在缺陷，導致移植物擠出，因此無法有效阻止關節軟骨發生退行性病變。此外，Active Implants 公司已研制出一種商品化的長期替代型 PCU 半月板移植物（商品名：NUsurface?），可有效分散膝關節負荷，該移植物目前已經獲得美國食品藥品監督管理局批準進入臨床試驗（編號為 NCT01712191），且分別于 2008 年和 2011 年在歐洲和以色列上市[18]。
3 問題與展望
近三十年，利用天然材料和合成高分子材料制備的降解型半月板支架的研究取得了巨大進展，其中 Ivy Sports Medicine 公司的 CMI?和 Qrteq 公司的 Actifit?已得到歐洲認證并應用于臨床。然而，降解型半月板支架仍存在著新生組織僅是半月板類似組織，其生理結構和生物力學性能均與天然半月板差異較大，無法長期滿足膝關節功能需求和有效阻止軟骨損傷等亟待解決的問題。另一方面，替代型半月板移植物的研究亦取得了可喜進展，如 Active Implants 公司的 NUsurface?已在歐洲和以色列實現臨床應用并進入美國臨床試驗階段。然而，材料的生物相容性、體內穩定性、耐疲勞性以及柔軟性等問題仍制約著其研究、發展和應用。此外，半月板移植物的尺寸、固定方法、力學性能以及植入體內后功能的實現都是亟需解決的問題。總而言之，時至今日仍然沒有一種材料能完美達到降解型半月板支架和替代型半月板移植物的要求。
隨著高分子材料科學的不斷發展，新材料的出現和材料改性方法的突破都勢必給人工半月板材料的研究帶來新的契機和方向，為人工半月板的研究和應用奠定堅實的材料基礎。此外，三維（three dimensions，3D）打印和靜電紡絲等技術的逐步成熟，使得人工半月板材料的成型加工及微細結構精確控制成為可能[40]。通過對半月板及其損傷類型、機制的不斷深入了解，也將為人工半月板材料及其結構設計提供更多指導。有理由相信，未來人工半月板的研究會出現突破性的進展，并給所有半月板損傷患者帶去希望和福音。
引言
半月板是股骨髁與脛骨平臺之間一對外緣厚、內緣薄的楔形半月狀纖維軟骨，由水（濕重占比為 72%）和有機物質（濕重占比為 28%，主要成分為膠原蛋白纖維）組成，起到穩定膝關節、傳導負荷、吸收震蕩和潤滑關節等重要作用[1]。2016 年醫景（Medscape）網站統計結果顯示，半月板損傷已成為最常見的膝關節損傷，每年有近 200 萬人需要進行半月板損傷手術治療，且多發生于 40 歲以下及 65 歲以上人群[2-3]。臨床上根據半月板損傷部位、程度、類型而選擇適當的治療方法，如：中醫治療、關節腔注射、半月板全部（或部分）切除、半月板縫合修復和半月板移植重建等，從而幫助患者減輕疼痛、改善膝關節功能和減緩軟骨病變等[4-10]。隨著對半月板功能的深入認識，越來越多研究人員認為半月板切除會導致膝關節應力集中和負荷傳導紊亂，可發展成為骨性關節炎，進而加重痛感和病情，因此半月板重建術（主要方式有：同種異體半月板移植和人工替代物移植）成為損傷修復領域科研人員的研究熱點之一[11]。同種異體半月板移植雖然可以有效緩解患者疼痛并改善膝關節功能，但是其卻存在著移植物來源不足、組織保存困難、具有疾病傳播風險、免疫排斥反應和高昂費用等諸多問題[12]。因此，人工半月板移植物（以下簡稱人工半月板）的研究越來越受到重視，如何能夠有效實現體內半月板再生或長期半月板替代，已經成為該領域的熱點研究方向。
人工半月板主要分為降解型半月板支架和替代型半月板移植物。降解型半月板支架植入體內后可暫時代替受損半月板，并隨著半月板的再生而逐漸降解、代謝，最終實現半月板自體修補。替代型半月板移植物植入體內后可長期穩定存在，不誘導組織再生，代替半月板維持膝關節功能。人工半月板發展至今，國外已趨于成熟，并有商業化產品應用于臨床治療；我國此領域的研究較為落后，雖然不同研究者對人工半月板的材料、制備方法和體內評價有諸多報道，但鮮見全面介紹人工半月板研究現狀的綜述類文獻。另一方面，材料一直是人工半月板研究乃至應用的重要基礎和前提，鑒于此，本文從制備人工半月板的高分子材料角度出發，著重對近幾年不同類型半月板的研究進展、優勢和不足及其應用前景做一總結和展望，以期為相關研究領域的科研人員提供參考。
1 降解型半月板支架
隨著材料科學、生命科學和組織工程科學的不斷發展，降解型半月板支架即半月板組織工程支架（以下簡稱半月板支架）應運而生。半月板支架應滿足以下要求：① 無毒，支架材料及其降解產物應具有良好的生物相容性且不發生免疫排斥反應；② 具備多孔結構，支架應具備合理的三維結構，不僅有利于細胞黏附、增殖、分化，還有利于營養物質的運輸和代謝產物的排出；③ 具有可控的降解速度，支架材料的降解速度應與組織生成速度相匹配，且在降解過程中材料與新生組織的力學強度能夠滿足膝關節力學性能要求；④ 具有良好的生物力學性能，支架的力學性能應與天然半月板組織相近，其壓縮模量應在 75～150 kPa 范圍內，拉伸模量應在 75～150 MPa 范圍內，摩擦系數 μ < 0.05 [1]。
根據制備材料來源不同，半月板支架可分為天然材料半月板支架、合成材料半月板支架和生物衍生材料半月板支架。
1.1 天然材料半月板支架
膠原蛋白纖維是天然半月板所含有機物最主要的成分之一，其復雜的排列方式賦予了半月板獨特的幾何結構和力學特性。1990 年 Stone 等[13]利用從牛跟腱中提取和純化出的Ⅰ型膠原蛋白制備了可降解吸收的半月板支架。隨后美國 Ivy Sports Medicine 股份有限公司對膠原蛋白半月板移植物（collagen meniscus implant，CMI）（商品名：CMI?）進行商業投資和研發，術后追蹤結果顯示，半月板切除后植入 CMI?可生成新組織且無毒副作用，且能有效改善患者臨床癥狀和膝關節臨床評分。但是由于商品 CMI?力學性能達不到維持膝關節正常功能要求，因此該商品僅適用于半月板外周邊緣仍未受損的病例。2016 年 Heo 等[14]在紫外光作用下以維生素 B2 引發膠原蛋白交聯，提高了膠原蛋白半月板支架的力學強度并延緩了酶降解支架的速度，同時他們還在支架中摻入透明質酸并封入纖維軟骨細胞，提高了再生組織 Ⅰ 型和 Ⅱ 型膠原蛋白的表達水平，但仍需進一步體內試驗證明其臨床應用的可能性。
細菌纖維素安全無毒、價格便宜、易于成型且可以促進細胞黏附、增殖、遷移，因此近年來成為生物應用材料的研究熱點。Na 等[15]合成了一種細菌纖維素—藕粉復合材料，并通過調節藕粉含量使其力學性能和生物相容性顯著提高，具有關節軟骨組織工程應用的潛能，但他們并沒有將其制成半月板支架進行后續研究。
絲素蛋白來源廣泛，是一種生物相容性良好、免疫性低、降解速度適中且力學性能優異的天然生物材料。Mandal 等[16]利用絲素蛋白制成三層孔徑不同的半月板支架，雖然該支架可使細胞黏附、增殖，并且有利于生成的細胞外基質、膠原蛋白和糖胺聚糖沉積，但是其力學性能仍與天然半月板相差較大。在后續研究中，Li 等[17]為了提高材料的力學性能，將絲素蛋白超細纖維混入絲素蛋白薄膜中，使其拉伸強度最大增至（85.5 ± 25.7）MPa，為將絲素蛋白應用于半月板支架奠定了堅實基礎。
此外，殼聚糖、瓊脂糖、海藻酸鹽等天然水凝膠聚合物材料，也因具有良好的生物相容性和可降解性可應用于半月板支架的研究。今后，隨著科技的發展和更多新材料的發現，可以預見將有更多的天然材料半月板支架逐步應用于臨床研究與治療中。
1.2 合成材料半月板支架
聚氨酯、聚己內酯和聚乳酸等生物材料因具有良好的生物相容性、優異的力學性能、可控的降解速度和易加工性，現已廣泛應用于半月板支架的研究中[18]。
聚氨酯/聚乳酸以及聚氨酯/聚己內酯材料用于半月板支架的研究始于 20 世紀 90 年代，雖然制備得到的半月板支架生物相容性、降解性和彈性都滿足要求，但仍未能有效阻止軟骨損傷[19]。在此基礎上，英國 Qrteq 公司展開了進一步的研發，制備出一種孔徑為 150～335 μm、孔隙率為 80% 的聚己內酯/聚氨酯半月板支架，并已商品化（商品名：Atifit?）。研究結果顯示，移植 Atifit?后脛骨平臺所受的最大壓力值和平均壓力值均明顯小于半月板部分切除的對照組，且在羊體內 12 個月后可促進組織生長并有效保護關節軟骨[20]。臨床術后（> 2 年）追蹤結果顯示，患者膝關節功能評分明顯提高且沒有發生膝關節軟骨退行性病變，但生成的僅為無血管軟骨組織[21-22]。雖然 Atifit?現已應用于臨床半月板損傷治療，但是其長期治療效果以及治療范圍仍需要更多的臨床數據證明。
Chiari 等[23]用聚己內酯和透明質酸衍生聚合物進行偶聯反應，同時采用聚乳酸纖維外周增強和聚對苯二甲酸乙二酯網布整體增強工藝，制成孔徑為 200～300 μm 的半月板支架。該支架移植入羊體內 12 個月后，可觀察到纖維軟骨組織生成且能有效減緩軟骨病變，但報道中并未提及材料的生物力學性能[24]。Baek 等[25]利用聚乳酸力學強度好和細胞外基質（extracellular matrix，ECM）可促進細胞增殖等特點，將聚乳酸靜電紡絲層與包裹半月板細胞的 ECM 水凝膠逐層疊放，制備的合成材料半月板支架可以支持新組織生成，但仍需后續體內試驗支持其應用性。
1.3 生物衍生材料半月板支架
生物衍生材料作為一種新興的生物醫用材料，因其獨特的三維微環境和與自然組織相似的結構和特性，近年來越來越多地引起研究人員們的興趣[26]。Yuan 等[27]巧妙地將具有天然三維孔隙結構和生物力學強度的脫鈣松質骨浸入 ECM 漿液中，取出冷凍干燥后再制成半月板支架，結果顯示該支架具有良好的力學性能，可促進細胞增殖以及膠原、糖胺聚糖分泌，6 個月后在兔子體內生成半月板類似組織并能阻止軟骨退化。Gao 等[28-29]對豬半月板組織脫細胞后制成的 ECM 半月板支架進行了系列研究，前期結果表明，在脫細胞過程中支架內的膠原蛋白纖維保存完整，制得的半月板支架無毒且可支持細胞附著，但由于糖胺聚糖丟失而導致其壓縮強度下降；針對該問題，作者采用碳化二亞胺交聯 ECM 的方法，使其壓縮模量和彈性模量分別提高了 3 倍和 40 倍。該類半月板支架雖然力學性能與天然半月板仍有差距，但無細胞毒性，具有原位促進半月板組織再生的功能，因此在半月板組織工程中具有極大的應用潛力，需繼續進行深入研究。此外，他們還將脫細胞的 ECM 和聚己內酯混合，采用靜電紡絲方法制成超細纖維用于半月板支架研究。實驗結果表明，該材料具有高親水性，可促進細胞黏附和增殖，并且與人體半月板有相似的拉伸模量，今后可通過后期體內試驗進一步證明其應用性[30]。Merriam 等[31]將一種用酪氨酸衍生聚合物纖維編制的羊半月板支架植入羊體內，32 周后該支架內生成大量富含膠原蛋白的組織且 ECM 出現沉積，其壓縮模量與天然半月板接近，可有效保護膝關節軟骨。
2 替代型半月板移植物
雖然降解型半月板支架受到眾多研究者的關注且已有商業化產品應用于臨床，但是支架內新生組織僅為半月板類似組織，不具備天然半月板生理結構和功能，無法完全滿足膝關節力學性能的需求，仍是該類型半月板支架亟待解決的問題。此外，面對半月板嚴重損傷的患者，只有替換整個半月板才可能避免軟骨退化，從而長久減輕和消除患者臨床癥狀。替代型半月板移植物（簡稱半月板移植物）是一類可長期存在于體內，結構穩定、不易發生降解、耐疲勞、耐氧化以及有著與天然半月板相似生物力學性能和生理功能的半月板重建替代物，近幾十年來逐漸成為科研人員的研究熱點。
自 20 世紀 80 年代起，科研人員就開始嘗試用聚四氟乙烯及其復合材料、碳纖維/聚酯纖維復合材料、滌綸編織物、聚氨酯涂覆材料等構建半月板移植物，但其體外和體內實驗結果均表明存在軟骨病變和滑膜炎癥，無法應用于臨床治療。隨著新材料及新合成工藝的出現，一些先進的高分子聚合物被逐漸應用于半月板移植物的研究中。
Kobayashi 等[32]首次將聚乙烯醇水凝膠制成半月板移植物，該移植物植入兔膝關節 2 年后幾乎無磨損和降解發生，與半月板切除對照組相比能夠有效保護軟骨，減緩關節炎發生，但是仍存在半月板移植物不易固定和材料耐久性不足等問題。Hayes 等[33-34]用硫酸鈉鹽溶液沉淀聚乙烯醇得到鹽修飾水凝膠，研究認為此水凝膠生物相容性較好且生物力學性能與天然半月板相近，具有作為半月板移植物材料的潛力，然而截至目前尚未開展相關的醫學試驗以證明其可作為半月板移植物應用于臨床。
聚碳酸酯聚氨酯（polycarbonate urethane，PCU）因具有良好的生物相容性、體內穩定性和生物力學性而被廣泛應用于醫療器械領域。Majd 等[35-36]將 PCU 表面進行修飾，極大地降低了其在體外、體內模擬條件下的摩擦系數，為后續 PCU類半月板移植物的研究和開發奠定了基礎。Vrancken 等[37-39]用 PCU 制成一種新型羊半月板移植物，該移植物與天然半月板解剖結構相似，具有良好的生物相容性，且在生理負荷狀態下（> 12 月）僅發生輕微變形，但是由于固定方法存在缺陷，導致移植物擠出，因此無法有效阻止關節軟骨發生退行性病變。此外，Active Implants 公司已研制出一種商品化的長期替代型 PCU 半月板移植物（商品名：NUsurface?），可有效分散膝關節負荷，該移植物目前已經獲得美國食品藥品監督管理局批準進入臨床試驗（編號為 NCT01712191），且分別于 2008 年和 2011 年在歐洲和以色列上市[18]。
3 問題與展望
近三十年，利用天然材料和合成高分子材料制備的降解型半月板支架的研究取得了巨大進展，其中 Ivy Sports Medicine 公司的 CMI?和 Qrteq 公司的 Actifit?已得到歐洲認證并應用于臨床。然而，降解型半月板支架仍存在著新生組織僅是半月板類似組織，其生理結構和生物力學性能均與天然半月板差異較大，無法長期滿足膝關節功能需求和有效阻止軟骨損傷等亟待解決的問題。另一方面，替代型半月板移植物的研究亦取得了可喜進展，如 Active Implants 公司的 NUsurface?已在歐洲和以色列實現臨床應用并進入美國臨床試驗階段。然而，材料的生物相容性、體內穩定性、耐疲勞性以及柔軟性等問題仍制約著其研究、發展和應用。此外，半月板移植物的尺寸、固定方法、力學性能以及植入體內后功能的實現都是亟需解決的問題。總而言之，時至今日仍然沒有一種材料能完美達到降解型半月板支架和替代型半月板移植物的要求。
隨著高分子材料科學的不斷發展，新材料的出現和材料改性方法的突破都勢必給人工半月板材料的研究帶來新的契機和方向，為人工半月板的研究和應用奠定堅實的材料基礎。此外，三維（three dimensions，3D）打印和靜電紡絲等技術的逐步成熟，使得人工半月板材料的成型加工及微細結構精確控制成為可能[40]。通過對半月板及其損傷類型、機制的不斷深入了解，也將為人工半月板材料及其結構設計提供更多指導。有理由相信，未來人工半月板的研究會出現突破性的進展，并給所有半月板損傷患者帶去希望和福音。