骨组织工程多孔支架材料性质及支架制备

多孔性生物可降解支架的选择和制备是组织工程技术成功运用的关键,本文从骨架的材料要求、常用的骨架材料、骨架的制备技术等几个方面对组织工程和生物降解支架的工作进行了综述,并对该研究的前景进行了展望

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骨组织工程多孔支架材料性质及支架制备

吴景梅* 吴若峰*

上海大学材料科学与工程学院高分子化学与物理系(201800)

email:wujingmei@http://www.77cn.com.cn

摘要：多孔性生物可降解支架的选择和制备是组织工程技术成功运用的关键，本文从骨架的材料要求、常用的骨架材料、骨架的制备技术等几个方面对组织工程和生物降解支架的工作进行了综述，并对该研究的前景进行了展望

关键词：组织工程 多孔支架 生物降解性 制备方法

1. 引言

组织工程是应用生命科学和工程学的原理和方法，在正确认识哺乳动物的正常和病理两

种状态下组织结构与功能关系的基础上，研究、开发用于修复、维护、促进人体各种组织或器官损伤后的功能和形态的生物替代物的一门新兴学科[1—3]。组织工程学的基本方法是首先分离培养相关的细胞，然后将一定量的细胞种植到具有一定空间结构的三维支架上，再将此细胞支架复合物植入体内或在体外培养，通过细胞之间的粘附、生长繁殖分泌细胞外基质，从而形成具有一定结构和功能的组织或器官[4—6]。

近年来，随着细胞生物学、分子生物学及生物材料学研究的突飞猛进，组织工程作为一

门新兴的交叉学科在其研究和应用方面也取得了很大的进展。目前组织工程研究的领域主要有皮肤组织工程，骨、软骨组织工程，神经、肌腱组织工程等，其中骨组织工程的研究是最活跃的领域之一。骨组织工程的研究和应用将会克服现有骨缺损修复中自体骨移植来源少、异体骨移植存在排斥反应的问题和不足，预期它将为骨缺损修复带来美好的前景。但是骨组织工程研究中还存在许多困难，其中理想的细胞外支架材料的选择和制备是骨组织工程研究中急需解决的困难。

2. 组织工程对支架材料的要求

理想的骨组织工程支架材料的要求有[7—8] ：(1)良好的生物相容性：除满足生物材料的

一般要求，如无毒、不致畸之外，还要有利于种子细胞的粘附、增殖，降解产物对细胞无毒害作用，不引起炎症反应，有利于细胞的生长和分化。（2）良好的生物降解性：支架材料在完成支撑功能后应能降解，降解速率应与骨组织细胞生长速率相适应。（3）具有三维立体多孔结构：支架材料可加工成三维立体结构，孔隙率高，最好达90%以上，具有高的比表面积。这种结构可提供宽大空间，利于细胞粘附生长、细胞外基质沉淀、营养和氧气进入、代谢产物的排出，也有利于血管和神经长入。（4）可塑性和一定的机械强度：支架材料具有良好的可塑性，可预先制作成一定形状，并具有一定的机械强度，为新生组织提供支撑，并保

多孔性生物可降解支架的选择和制备是组织工程技术成功运用的关键,本文从骨架的材料要求、常用的骨架材料、骨架的制备技术等几个方面对组织工程和生物降解支架的工作进行了综述,并对该研究的前景进行了展望

持一定时间直至新生组织具有适当力学特性。（5）良好的材料－细胞界面：材料应提供良好的材料细胞作用界面，利于细胞粘附、生长，更重要的是能激活细胞特异基因表达，维持正常细胞的表型表达。

3.目前常用的骨组织工程支架材料

目前用于组织工程支架的材料很多，按来源主要分为二大类：一类是天然生物材料；另

一类是人工合成材料，其中包括无机材料和有机高分子材料。

3.1天然生物材料

天然生物材料主要有胶原(collagen)、珊瑚(coral)、藻酸盐(alginate)、几丁质(chitin)、硫

酸软骨素(chondroitin sulfate)、纤维蛋白凝胶(fibrin)、骨基质明胶(bone matrix gelatin)以及经物理、化学或高温处理的动物骨等。现在的研究主要集中于采用脱细胞技术制造的天然细胞外基质(extracellular matrix, ECM)。天然ECM内往往包含细胞表面受体的特异识别位点，不易引发受体的免疫排斥反应，还可能存在着某些复合生长因子，可诱导调节细胞的生长和分化等，解决了人工合成材料在孔隙、孔径等方面的制作难题。但也存在来源不足、传播某些传染病隐患、抗原性消除不确定以及力学强度不足、降解过快等缺陷[9]。

3.2人工合成材料

3.2.1无机生物材料

人工合成无机生物材料主要指生物活性陶瓷，它被认为是生物相容性最好的骨组织替代

材料之一。包括生物活性玻璃(bioactive glass, BG)、羟基磷灰石(hydroxyapatite, HA)、磷酸三钙(tricalcium phosphate, TCP)等。其中HA和TCP应用最为广泛。目前人们又研制出一种自固化磷酸钙(self-curing calcium phosphate, CPC)，它具有生物相容性好、操作方便、塑形容易、性能稳定的特点，在人体环境下可自行硬化，结晶为HA。Yoshikawa[10]CPC－BMSC复合体有较好的成骨作用。但磷酸钙陶瓷主要不足有：（1）力学性能差、脆性大、抗折强度低、不能承重，只能用于不承重的骨缺损；（2）缺乏诱导活性，材料植入骨缺损区只能靠骨传导作用使骨组织生长， …… 此处隐藏：9733字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……