《Acta Biomaterialia》：Therapeutic Effects of Mesenchymal Stem Cells and Their Secretomes (Extracellular Vesicles) with Bone-Implant Scaffolds for Bone Regeneration: A Systematic Review and Network Meta-analysis of Preclinical Studies
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本研究系统评估了间充质干细胞（MSCs）或外泌体（EVs）联合骨再生支架对临界尺寸骨缺损的疗效，发现骨髓来源MSCs结合支架或水凝胶可显著提升骨体积/总体积（BV/TV）比，且中远期效果稳定。网络元分析显示，多组分复合支架在骨再生中效果最优。但存在模型异质性、材料差异及随访时间不统一等问题，限制临床转化，需建立标准化评估体系。
卢祖岩|陈宏宇|常汉文|熊颖|苗向婉|张晨宇|吴强|孙晔|冯莉|郝永强|王婷瑜|甘耀凯|安东尼·阿塔拉|戴克荣
中国上海交通大学医学院附属上海第九人民医院骨科手术部，上海骨科植入物重点实验室
摘要
将间充质干细胞（MSCs）或细胞外囊泡（EVs）与骨再生支架结合的组织工程策略可能改善大尺寸骨缺损的愈合情况，但它们的相对疗效仍不明确。我们系统地检索了PubMed、Embase、Scopus、Web of Science和ProQuest数据库中截至2025年7月1日发表的动物研究。使用SYRCLE工具评估了偏倚风险。新骨形成通过骨体积/总体积（BV/TV）来衡量，采用传统的荟萃分析和贝叶斯网络固定/随机效应模型进行统计分析，结果以标准化均值差（SMD）及其95%置信区间（CI）或可信区间（CrI）表示。根据MSC来源、EV使用情况、支架类型、解剖部位和随访时间进行了亚组分析，并进行了敏感性分析和出版偏倚评估。共纳入了7种动物模型下的207项研究。与不治疗或仅使用支架相比，负载MSC的支架显著增强了骨再生作用，在短期和中期及长期随访中均显示出一致的好处。骨髓MSC（BMSC）负载的支架优于脂肪来源的MSC（ADSC）负载的支架，而BMSC来源的EVs进一步改善了治疗效果，尤其是与无细胞支架相比。颅骨缺损模型的效果优于长骨模型。网络荟萃分析表明，在无细胞支架设计中，多组分复合支架具有最高的新生骨形成潜力。总体而言，MSCs/EVs与支持性支架结合使用在临床前模型中显著增加了骨再生，但由于模型、生物材料、剂量和结果报告的异质性，直接临床转化仍面临挑战，这突显了制定标准化方案和核心结果集的必要性。
意义声明
这项全面的荟萃分析结合了多种间充质干细胞（MSCs）或细胞外囊泡（EVs）来源和生物材料类别的网络比较。结果表明，骨髓间充质干细胞（BMSCs），尤其是与支架或水凝胶结合使用时，在改善动物骨缺损模型中的骨体积/总体积（BV/TV）比和组织学结果方面最为有效。这些数据表明，MSC或EV增强的生物材料策略可能是修复大尺寸缺损的理想候选方案，并为将临床前成功转化为临床实践提供了标准化路径。
引言
骨组织在整个生命过程中不断重塑，但段性和大范围骨缺损的临床修复仍然具有挑战性[1]。临床上，大范围骨缺损是指即使经过稳定固定也无法自发愈合的缺损，常常导致不愈合和持续的功能障碍[2]。这类缺损通常由高能量创伤、肿瘤切除、感染、先天性畸形或与年龄相关的骨丢失引起，伴随骨生成不足、血管生成受限和免疫反应异常[3]。目前的治疗方法依赖于自体移植或异体移植以及各种合成替代物。自体移植通过提供成骨细胞、诱导因子和传导基质成为金标准[4]；然而，其应用受到供体稀缺、供体部位并发症、吸收差异和形状不匹配的限制[5]。尽管异体移植扩大了移植材料的可用性，但存在免疫排斥、感染和整合延迟的风险[6]。独立的合成材料通常能提供结构支持，但缺乏引导骨再生的能力。这一限制在几何结构复杂的颅面缺损中尤为明显，这些缺损具有较高的功能和美学要求[7]。鉴于上述缺点，组织工程倾向于将间充质干细胞（MSCs）或其分泌组（尤其是细胞外囊泡（EVs）与3D骨再生支架结合使用[8]。目标是将机械支撑与可控的营养信号传导、促血管生成效应和免疫调节相结合，以克服可靠骨再生的关键障碍。
在组织工程中，生物材料作为三维模板，通过支持细胞黏附、促进血管生长和基质沉积来引导骨修复，并在新组织形成时同步降解[9]。现代支架包括生物陶瓷（如羟基磷灰石和其他钙磷酸盐）[10]，它们模仿骨的矿物组成并具有优异的骨传导性；可降解聚合物（如聚乳酸、聚羟基乙酸、聚己内酯和甲基丙烯酸酯）[11]，具有可调的孔隙率和机械性能；以及用于承重的金属框架（如镁基或镍钛合金）[12]。每种材料都有其优缺点。陶瓷和细胞外基质（ECM）支架与骨基质具有化学亲和性，但可能较脆或较软。聚合物能够实现精确的结构控制并调控降解，但可能释放酸性副产物且细胞黏附能力有限。金属装置提供强度，但可能需要二次干预并存在对软组织的风险。在颅面修复中，由于缺损几何结构复杂且具有高功能和美学要求[7]，因此广泛使用带有内源性成骨细胞的引导性骨再生和无细胞支架。然而，其效果可能因材料化学组成、孔隙结构、硬度和表面信号等因素而异。因此，将结构引导与生物活性信号结合使用对于实现可靠和及时的再生至关重要。在本综述中，我们使用“生物活性”一词来描述在材料-组织界面积极引发所需生物反应的骨植入物支架，而不仅仅是提供被动结构支持。
MSCs通过提供成骨潜力和强大的分泌组来发挥作用，该分泌组能够调节免疫环境、刺激血管生成并促进成骨细胞生成[14]。越来越多的证据表明，大部分治疗效果是通过EVs在细胞外实现的，EVs可以向受体细胞传递蛋白质、脂质和调节性RNA，并且比活细胞更易于生产和储存[15]。将MSCs或MSC-EVs结合到骨再生支架中，可以创建一种复合结构，其中材料提供机械性能和空间导向，而细胞或囊泡成分则提供时空可控的营养信号和早期免疫调节，这通常有助于限制大尺寸缺损的愈合。尽管有大量关于物种、损伤部位、支架化学成分和输送方案的临床前研究，但文献在模型设计、剂量、随访时间和结果指标（如骨体积/总体积（BV/TV）比和组织形态测量）方面存在高度异质性，这使得跨研究比较和临床转化变得复杂[16]。鉴于这些限制，进行了系统综述和荟萃分析，重点关注临床前骨缺损模型，以量化MSCs或其外泌体与可植入支架结合的附加价值，比较不同细胞来源和支架类别，并确定与强大、持久骨再生最相关的参数。具有招募内源性成骨前体能力的生物活性支架（如细胞外基质）仍被广泛使用。然而，其效果仍受材料化学组成、孔隙结构、硬度和表面信号等因素的影响。关于这些材料和设计变量，将结构引导与生物活性信号结合使用对于实现可靠和及时的再生至关重要。
尽管取得了显著进展，但将MSCs或其分泌组（尤其是EVs）与可植入支架结合用于骨修复的证据基础仍然零散[17]。以往的综述通常仅关注支架的单一化学成分（如钙磷酸盐），比较不同支架，或研究细胞-支架组合，而没有明确区分细胞与EVs的贡献。这些研究很少同时考虑解剖部位、缺损大小标准、剂量或随访时间等关键因素。此外，结果报告也不一致（如微CT BV/TV、组织形态测量和生物力学指标），这阻碍了定量比较和临床转化的应用。为解决这些不足，进行了这项临床前系统综述和荟萃分析，以评估大尺寸骨缺损的情况。研究目的是：（ⅰ）确定MSCs或MSC-EVs与骨再生支架结合使用的附加益处；（ⅱ）比较不同细胞来源（如骨髓MSCs与脂肪来源的干细胞（ADSCs）的效果；（ⅲ）研究特定实验参数（如缺损位置、输送方法、细胞剂量和观察期）对治疗效果的影响。进行了亚组分析和敏感性测试[18]，以汇总各研究的标准化均值差（SMDs）。使用SYRCLE[20]评估了内部有效性，并将报告遗漏的问题映射到未来的研究数据集中。通过整合多种研究成果，本综述旨在明确MSCs和外泌体在支架结构中的作用，为优化和临床应用骨再生策略提供参考（图1）。
部分摘录
信息来源和搜索策略
在多个数据库（包括PubMed、Embase、Web of Science和ProQuest）中进行了系统搜索，搜索时间截止至2025年7月2日。使用的关键词包括
研究选择
PRISMA流程图如图2所示。最初确定了4,141项研究，其中来自Embase的96篇文章，来自PubMed的94篇文章，来自Web of Science的3,949篇文章，以及来自Cochrane的2篇文章。其中去除了100篇重复文章。随后，两名研究人员独立筛选了剩余4,041篇文章的标题和摘要。由于疾病类型、干预措施、文章类型或语言不匹配，共移除了3,275篇文章。最终有766篇文章被完整评估
讨论
本系统综述和荟萃分析表明，将MSCs或其分泌组（尤其是EVs）与骨再生支架结合使用显著促进了临床前大尺寸骨缺损模型的骨再生。在微计算机断层扫描（如BV/TV和小梁指数）和组织学结果方面观察到了一致的好处，且在早期、中期和晚期随访中效果方向相似。尽管研究之间存在显著异质性，但总体而言
结论
总之，将MSCs或其外泌体分泌组与经过充分研究的骨再生支架结合使用显著且合理地增强了临床前模型中的骨再生。治疗效果受支架的化学组成和微观结构、解剖位置、剂量和随访时间等因素的影响。标准化模型、透明的报告方式、统一的结果集，加上机制基础和严格的大动物实验，现在是
作者贡献声明
概念构思：ZL、KD、AA
方法学：ZL、XM、HC、HC、YX、CZ、QW、YS、TT、YH、YG、LF、YH
研究实施：ZL、XM
可视化：ZL、XM
资金获取：KD、ZL
项目管理：ZL
监督：KD、AA
初稿撰写：ZL、XM
审稿与编辑：ZL、XM、TW、KD、AA
CRediT作者贡献声明
卢祖岩：审稿与编辑、初稿撰写、可视化、项目管理、方法学、研究实施、资金获取、概念构思。陈宏宇：方法学。常汉文：方法学。熊颖：方法学。苗向婉：审稿与编辑、初稿撰写、可视化、方法学、研究实施。张晨宇：方法学。吴强：方法学。孙晔：方法学。冯莉：方法学。郝永强：方法学。王婷瑜：
