脊柱内镜水介质环境下延长冲洗时间损害MSC/β-TCP黏附与成骨能力的机制研究

为解决脊柱内镜手术中持续水冲洗可能影响骨移植材料性能的临床难题，福建医科大学附属闽东医院团队通过模拟手术环境，系统评估了不同冲洗时长对MSC/β-TCP复合物细胞活性及分化潜能的影响。研究发现>15分钟冲洗会显著降低MSC黏附力、多向分化能力及体内成骨效能，为优化内镜融合手术操作规范提供了关键实验依据。

　　

在微创脊柱外科快速发展的今天，内镜下腰椎椎间融合术(Endoscopic LIF)因其创伤小、恢复快的特点成为治疗退行性脊柱疾病的重要选择。然而这类手术特有的持续水冲洗环境——虽然能提供清晰术野和终板准备——却可能对植入的骨移植材料产生未知影响。尤其当使用具有革命性的"干细胞-生物材料"复合物时，如间充质干细胞(MSC)与β-磷酸三钙(β-TCP)的组合，其在水环境中的稳定性直接关系到手术成败。临床数据显示，尽管这类复合材料在传统开放手术中表现优异，但在内镜手术中的融合率却存在72.7%-85.3%的波动，暗示着水冲洗可能是个被忽视的关键变量。

福建医科大学附属闽东医院骨科团队在《Scientific Reports》发表的这项研究，首次系统揭示了水冲洗时间对MSC/β-TCP生物学特性的影响规律。研究人员采用自主研发的筛选-富集-组合循环系统(SECCS)快速制备患者自体MSC/β-TCP复合物，通过模拟临床实际的水压条件(2.66-3.99 kPa)，设置0-60分钟不同冲洗时长组，综合运用扫描电镜(SEM)、CCK-8检测、三系分化诱导及小鼠皮下植入模型等多项技术，发现超过15分钟的冲洗会显著损害材料的成骨效能。

水冲洗对细胞黏附的影响
SEM观察显示，所有冲洗时长组(0-60分钟)的β-TCP表面均保持MSC黏附，黏附密度无统计学差异。这一现象提示水动力冲击主要影响细胞功能而非物理剥离，为后续发现提供了结构基础。

细胞活性随时间递减
CCK-8检测揭示出明显的时间依赖性：0-15分钟组细胞活性稳定在96%以上，30分钟组显著降至91.83±2.08%，60分钟组进一步跌至78.90±3.22%。这种"阈值效应"说明临床常见的20-40分钟冲洗可能已进入危险区间。

多向分化潜能受损
分化实验呈现差异化损伤：

• 成骨方面：30分钟组茜素红染色面积较对照组减少26.78±6.57%，60分钟组碱性磷酸酶(ALP)活性下降至25.89±2.42%
• 成脂能力在60分钟组骤降至14.24±2.61%
• 软骨形成最早出现紊乱，15分钟即出现 toluidine blue 染色强度降低
  这种"软骨>成骨>成脂"的敏感性梯度，可能与不同谱系特异的机械信号转导通路有关。

体内成骨能力验证
小鼠模型证实：

• 显微CT显示15分钟组新骨体积(BV/TV)骤降39%(54.33%→33.33%)
• Von Kossa染色显示30分钟组矿化基质仅存11.67±3.51%
• 组织学与影像学结果高度一致，证实功能损伤可直接转化为成骨障碍

讨论部分指出，内镜水环境通过多重机制影响MSC/β-TCP性能：持续流体剪切力可能干扰YAP1/NFAT2等机械敏感通路；封闭空间内压力波动引起细胞应激；冲洗导致的局部低温(22-25°C)和溶氧变化也可能改变代谢状态。这些发现为临床操作提供了明确警示——在植入骨材料后，应将关键步骤的冲洗时间严格控制在15分钟内，或考虑开发抗冲刷的表面修饰技术。

该研究的创新性在于首次建立了"手术环境-材料性能-临床预后"的关联证据链，不仅解释了部分内镜融合手术效果不理想的原因，更为下一代"内镜适配型"骨移植材料的研发指明了方向。正如作者强调的，在追求手术微创化的同时，必须重视生物材料与特定手术环境的兼容性评估，这才是实现"真正精准医疗"的科学路径。