软组织修复钻石（ST-Diamond）概念：一种用于肌腱和韧带再生的转化医学框架

时间：2026年5月20日

来源：Injury

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尼古拉·马富利（Nicola Maffulli）|彼得·贾努迪斯（Peter Giannoudis）意大利罗马萨皮恩扎大学（Sapienza University）医学与心理学学院肌肉骨骼疾病系摘要背景“钻石概念”最初是为骨骼愈合提出的，它定义了成功修复所需的五个基本且相互依赖的

尼古拉·马富利（Nicola Maffulli）|彼得·贾努迪斯（Peter Giannoudis）

意大利罗马萨皮恩扎大学（Sapienza University）医学与心理学学院肌肉骨骼疾病系

摘要

背景

“钻石概念”最初是为骨骼愈合提出的，它定义了成功修复所需的五个基本且相互依赖的要素：生长因子、骨传导性支架、间充质前体细胞、最佳的机械环境以及充足的血管化。肌腱和韧带是致密的、血管供应不足的胶原组织，其自身的再生能力有限。当这些组织受伤时，它们通过生物力学性能较差的纤维化瘢痕形成来愈合，而非真正的再生。目前尚不存在一个统一的生物学框架来指导软组织修复的生物增强策略的发展。

框架

“钻石概念”可以应用于肌腱和韧带的愈合过程，形成所谓的“软组织钻石”（Soft Tissue Diamond，简称ST-Diamond），该模型包含五个特定于组织的要素。在生长因子方面，GDF-5（BMP-14）、TGF-β和bFGF促进肌腱的成骨作用；而在前体细胞方面，肌腱干细胞/前体细胞（TSPCs）和韧带成纤维细胞替代了骨髓间充质干细胞，必要时还需补充外源性细胞。在支架方面，可生物降解且具有机械顺应性的材料（尤其是三维生物打印的甲基丙烯酸化胶原蛋白ColMA）取代了传统的骨传导性支架。在机械方面，通过控制性的渐进性加载替代了刚性或半刚性的固定方式，利用了肌腱细胞和韧带细胞的机械响应性。在血管化方面，保留了腱膜（paratenon）的结构，对于内侧副韧带（MCL）而言，利用了韧带周围的血液供应，从而无需对骨折部位进行额外的血管化处理。前交叉韧带（ACL）和MCL的愈合过程展示了这一框架下的两种极端情况。第六个关键因素是宿主状态，包括代谢健康、营养状况和共病情况，这些因素会影响所有五个要素，必须对其进行优化才能实现成功的修复。

结论

“软组织钻石”框架提供了一个统一的理论框架，有助于识别生物学研究中的空白，指导实验设计，并最终将包括3D生物打印TSPC支架在内的下一代生物干预策略从实验室推向临床应用。目前亟需开展同时针对所有五个要素的前瞻性研究，以验证这一框架是否能为肌腱和韧带损伤患者带来更好的临床效果。

引言

“钻石概念”最初是为骨骼愈合提出的，后来被扩展应用于复杂骨骼愈合问题中。该概念基于组织工程原理：成功的骨骼修复需要同时优化生长因子、骨传导性支架、间充质干细胞（MSCs）和最佳的机械环境。最初的模型中加入了机械稳定性，后来又增加了血管化作为第五个要素。这一概念已在临床实践中应用于长骨骨折不愈合[4]、股骨头缺血性坏死[6]等复杂骨骼疾病的治疗中，当严格遵循“钻石概念”的五个要素时，愈合率显著提高[4]。

肌腱和韧带是致密的、血管供应不足的胶原组织，其自身的再生能力有限。与骨骼不同，骨骼可以在几乎完全恢复原有结构的情况下愈合且不形成瘢痕，而肌腱和韧带通常通过生物力学性能较差的纤维化过程愈合。受伤后，它们主要通过纤维化瘢痕形成愈合，有时甚至无法实现组织结构的真正再生[7]。肌肉骨骼软组织损伤后的愈合机制非常复杂，例如，在撕裂或患有肌腱病的肌腱中，会过度产生III型胶原蛋白[8]。最近，人们研究了装载有肌腱干细胞/前体细胞（TSPCs）的3D生物打印甲基丙烯酸化胶原蛋白（ColMA）支架[9][10]，以及使用生物制剂促进肌腱和韧带再生[11]的方法。

考虑到肌腱和韧带的独特愈合环境，我们认为最初为骨骼修复开发的“钻石概念”也可以应用于这些软组织的愈合过程，并对其进行适当的调整。本文旨在探讨这一概念的适用性，以建立一种共同的语言，明确肌腱和韧带成功修复/再生所需的最基本条件。

章节摘录

原始的“钻石概念”：简要综述

“钻石概念”最初是为解决长骨骨折愈合不良（即不愈合）问题而提出的，其发生率估计在5-10%之间[1][2]。骨骼修复需要以下要素的协同作用：(1) 生长因子，特别是骨形态发生蛋白（BMPs）、PDGF、TGF-β和VEGF；(2) 提供三维结构的骨传导性支架；(3) 能够分化为成骨细胞的间充质干细胞（MSCs）；

“钻石概念”为何适用于软组织愈合

控制骨骼不愈合的相同生物学和机械原理[1]也适用于那些自身愈合能力有限的肌肉骨骼组织，这些组织需要外部生物辅助才能实现功能恢复。“钻石概念”明确了必要的条件，但并不限制其适用的组织类型。

肌腱和韧带符合这些条件。肌腱组织血管供应不足且细胞密度较低。

肌腱

肌腱特有的生长因子主要包括生长分化因子-5（GDF-5，BMP-14），它能够诱导scleraxis、tenomodulin和I型胶原蛋白的表达，这些都是成骨细胞形成的关键标志物[14]。转化生长因子-β（TGF-β），尤其是TGF-β1和TGF-β3，在增殖和重塑阶段调节胶原蛋白的合成及成纤维细胞的活性。基本成纤维细胞生长因子（bFGF）则促进肌腱细胞的增殖和迁移。

肌腱干细胞/前体细胞（TSPCs）

TSPCs是存在于肌腱内部的多能克隆前体细胞群，与腱膜成纤维细胞不同。它们表达scleraxis、tenomodulin、CD44、CD90、CD105和CD146等分子，不表达造血相关标志物（如CD45），并且除了具有成骨能力外，还具备成软骨和成脂细胞的分化潜能。最近，研究人员将来自肌腱病变组织的TSPCs封装在3D生物打印支架中进行了研究[10][11]。

第三要素：支架

支架为骨骼愈合提供了三维的骨传导结构；在处理骨骼不愈合的情况下，常用的支架包括自体骨移植材料、羟基磷灰石复合材料或脱矿骨基质[26]。然而，软组织的支架要求截然不同：材料必须具有生物相容性和可降解性，具备机械顺应性，要与肌腱的粘弹性特性相匹配（而非骨骼的刚性），同时具备促进肌腱细胞生长的能力。

第四要素：机械环境

机械稳定性表明，即使生物学条件理想，如果骨碎片间的相对运动过大，也无法实现有效愈合[1]。在软组织愈合过程中，机械环境的作用更为关键，因为肌腱和韧带对机械刺激非常敏感：它们会在负载作用下保持稳态、重塑并增强，缺乏机械刺激会导致萎缩和弱化[29]。软组织中的“机械稳定性”并不等同于骨骼的刚性。

第五要素：血管化

血管化[3]是软组织愈合过程中最关键且最具组织特异性的要素。骨骼的愈合能力与其血管化程度成正比，恢复适当的血液供应是成功成骨的必要条件。对于肌腱和韧带而言，血管化的必要性更为复杂。

肌腱的愈合严重依赖于腱膜（paratenon），这是一种富含血管的结缔组织，它是肌腱细胞的主要营养来源。

组织特异性差异：肌腱与韧带

虽然“软组织钻石”框架（图2）适用于肌腱和韧带，但两者之间存在重要的组织特异性差异（见表1）。

讨论

任何一个要素的缺失（如机械稳定性不足、血管化不足、生长因子信号传导障碍或宿主状态不佳）都会阻碍骨骼愈合，无论其他要素优化得多么理想。将这一多因素逻辑应用于肌腱和韧带时，同样会发现它们之间的相互依赖性：只有当所有五个要素——即生物活性支架、合适的细胞来源、持续的GDF-5释放等——都得到满足时，TSPC和ColMA组合才能促进I型胶原蛋白的表达。