骨髓间充质干细胞复合支架材料的骨组织工程研究进展

近年来,组织工程技术飞速发展,将种子细胞与支架材料相复合的骨组织工程研究已成为热点,并日趋走向成熟。这一全新的治疗方案将成为解决临床上各种原因造成的骨组织缺损的最有效途径之一。骨组织工程技术包括种子细胞、支架材料和生长因子三个方面。其中,BMSCs因具有多向分化能力、强大的增殖能力以及低免疫源性被认为是最理想的种子细胞,而支架材料的种类有很多种,目前对支架材料的选择也尚有分歧。如何找到理想的支架材料是骨组织工程研究中亟待解决的重要问题。本文就组织工程中与骨髓间充质干细胞(BMSCs)相复合的各类支架材料的研究现状进行综述,这些支架材料的研究将为骨组织工程支架材料的选择提供有效依据。     

珍珠层粉复合支架修复骨缺损的生物学性能研究

骨组织工程中的复合支架研究是当今的热点之一,珍珠层粉作为一种骨修复替代材料,具有诱导成骨作用的有机基质以及合适的降解性能。因此珍珠层粉复合支架有望成为理想的骨组织工程修复材料,现就其生物学性能进行综述。     

明胶微球在骨组织工程中的应用

骨组织工程通过联合利用种子细胞、生物活性因子和支架材料等要素来构建骨组织再生微环境,从而促进骨缺损的修复重建来诱导骨再生。明胶微球具有多孔性、生物降解性、生物相容性及生物安全性等优势,是一种极具应用潜能的骨修复材料。明胶微球用于体外培养种子细胞时可实现高效扩增。多官能团结构使其可作为促血管再生因子、促骨再生因子及抗感染因子等多种药物的递送载体,缓释药物的同时也可实现微球的多功能化。在构建明胶微球支架时与其他生物材料复合及血管化性能的赋予可提高支架材料的综合性能,但目前支架的设计还存在如何兼顾材料多孔结构和力学性能的问题。本文主要综述了明胶微球的常见制备技术及其近年来在骨组织工程中的应用,并对未来的发展前景进行展望。     

γ-聚谷氨酸/壳聚糖多孔复合支架材料的制备、表征及性能的研究

为提高骨组织工程支架材料的力学性能,改善其生物活性,修饰改性天然高分子,本文采用接枝共聚/冷冻干燥法制备多孔γ-聚谷氨酸/壳聚糖复合材料,通过红外吸收光谱仪(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、吸水性试验以及降解性试验等对材料进行了材料结构表征和性能评价,为其新型组织工程材料提供科学依据.结果显示:该复合材料具有多孔结构,孔径约100.29 ±40.46 μm,空隙率83.45％;该复合材料的平均吸水性为465％±38％,500 rpm离心3min后保水性能达到329％±33％;该复合材料具有良好的降解性,比壳聚糖有更好的降解性,12周降解百分率为12.96％.该共聚复合材料能有效地克服γ-聚谷氨酸和壳聚糖各自的缺点,是一种很有潜力的组织工程支架材料.     

藻酸盐三维细胞培养在骨组织工程中应用的研究进展

目的综述藻酸盐三维细胞培养系统在骨组织工程中的应用研究进展。方法广泛查阅近年来有关藻酸盐三维细胞培养系统在骨组织工程应用研究的文献进行综述。结果藻酸盐具有良好的生物相容性,无毒、对宿主无免疫原性和生物可降解等独特的物理、化学和生物特性,藻酸盐三维细胞培养系统仍然是迄今理想的骨组织工程支架材料之一。结论藻酸盐三维细胞培养系统不仅将广泛应用于生命科学基础研究,作为一种理想的组织移植的支架材料,有望逐步走向临床应用。     

骨形成蛋白2/珍珠层粉/壳聚糖支架制备及生物性能研究

目的:制备骨形成蛋白2/珍珠层粉/壳聚糖复合多孔支架,观察支架生物性能。方法:采用冷冻干燥法制备骨形成蛋白2/珍珠层粉/壳聚糖多孔支架。用光学显微镜和扫描电子显微镜观察支架表面形貌及孔径大小,用比重瓶法检测支架孔隙率,热重分析探讨支架的热稳定性,用微力试验机进行压缩性能测试,并将支架与兔骨髓间充质干细胞共培养检测细胞黏附性能,将支架埋置大鼠皮下观察其炎症反应。结果与结论:制备的骨形成蛋白2/珍珠层粉/壳聚糖支架孔径大小为100~300μm,孔隙率为91.64%,压缩应力达3.37MPa,与细胞共培养贴附较好,有良好的组织相容性,提示该支架可做为组织工程支架材料应用于临床上骨组织缺损的修复。     

壳聚糖在神经组织工程中的应用

功能性高分子材料壳聚糖(CS)及其复合其他材料作为组织工程的支架材料已在生物医学领域等方面取得了一定的进展。CS自身的功能基团可聚合一些聚合物来增强其复合支架的各方面性能,从而使其应用范围更广泛,应用效率更高。在神经损伤中,CS支架材料对促进神经的再生和修复起着至关重要的作用,主要对CS在神经组织工程方面的应用研究做了简要概述。     

氧化石墨烯在骨组织工程中的应用

传统骨组织工程支架材料存在强度不足、生物活性低等缺点。近年来,碳纳米材料在骨再生方面展现出独特的优势。氧化石墨烯(graphene oxide, GO)是一种具有代表性的二维碳纳米材料,作为石墨烯的氧化形式,GO具有优异的力学性能、良好的生物相容性、大比表面积、易于改性等特点。GO不仅能够直接促进干细胞黏附、增殖和分化,还可以改善传统支架的机械性能、生物活性、抗菌能力、免疫调节能力等,基于GO的复合材料有望成为理想的骨再生支架。综述GO的物理化学性能、生物相容性、生物降解和清除等特性,总结GO作为涂层、控释材料和复合支架在骨组织工程中的最新应用,并对其未来研究方向进行展望。     

MC 3T3-E1细胞在纳米羟基磷灰石/壳聚糖复合支架上的增殖和分化

用原位合成纳米羟基磷灰石的方法制备多孔纳米羟基磷灰石/壳聚糖复合支架;在支架上接种MC3T3-E1细胞,瑞氏染色检测细胞形态,MTT法检测其增殖情况;在诱导培养基中培养30d后,碱性磷酸酶染色比较其分化水平;定量检测细胞的碱性磷酸酶活性;RT-PCR检测成骨相关基因的表达情况。实验结果表明:MC3T3-E1细胞在纳米级羟基磷灰石/壳聚糖复合支架上粘附铺展良好,其增殖率显著高于培养于纯壳聚糖支架上的细胞。碱性磷酸酶染色表明复合支架上的细胞有较高水平的碱性磷酸酶表达。进一步定量检测细胞的碱性磷酸酶活性,结果说明在复合支架上细胞比纯壳聚糖支架上培养的细胞碱性磷酸酶活性提高了约8倍。此外,骨分化相关特征基因骨桥蛋白OPN在复合支架上培养的细胞中的表达水平也明显高于纯壳聚糖上培养的细胞。分化成熟标志基因骨钙素OC在复合支架上培养的细胞中有表达,但是纯壳聚糖支架上培养的细胞中却未检测到。支架中纳米羟基磷灰石的加入不仅提高了前成骨细胞在复合支架上的增殖,而且还促进了它的分化。纳米羟基磷灰石/壳聚糖复合支架表现出良好的生物相容性和生物活性,是极具前景的骨组织工程支架材料。     

MC 3T3-E1细胞在纳米羟基磷灰石/壳聚糖复合支架上的增殖和分化

用原位合成纳米羟基磷灰石的方法制备多孔纳米羟基磷灰石/壳聚糖复合支架;在支架上接种MC 3T3-E1细胞,瑞氏染色检测细胞形态,MTT法检测其增殖情况;在诱导培养基中培养30d后,碱性磷酸酶染色比较其分化水平;定量检测细胞的碱性磷酸酶活性;RT-PCR检测成骨相关基因的表达情况。实验结果表明：MC 3T3-E1细胞在纳米级羟基磷灰石/壳聚糖复合支架上粘附铺展良好,其增殖率显著高于培养于纯壳聚糖支架上的细胞。碱性磷酸酶染色表明复合支架上的细胞有较高水平的碱性磷酸酶表达。进一步定量检测细胞的碱性磷酸酶活性,结果说明在复合支架上细胞比纯壳聚糖支架上培养的细胞碱性磷酸酶活性提高了约8倍。此外,骨分化相关特征基因骨桥蛋白OPN在复合支架上培养的细胞中的表达水平也明显高于纯壳聚糖上培养的细胞。分化成熟标志基因骨钙素OC在复合支架上培养的细胞中有表达,但是纯壳聚糖支架上培养的细胞中却未检测到。支架中纳米羟基磷灰石的加入不仅提高了前成骨细胞在复合支架上的增殖,而且还促进了它的分化。纳米羟基磷灰石/壳聚糖复合支架表现出良好的生物相容性和生物活性,是极具前景的骨组织工程支架材料。     

琼脂糖在组织工程中的研究进展

琼脂糖是一种来源丰富、成本低廉的天然高分子材料,具有生物安全性和可降解性,利用其凝胶化现象可制成形状可塑的具有三维网络结构的凝胶。与其他天然材料相比,琼脂糖凝胶在机械性能上具有一定优势,如抗拉伸/压缩性、粘弹性、流变性等。其特殊的防粘连作用,使其必须与其他材料复合或者选用适宜的定型方式制成组织工程支架,以提高支架的组织相容性,用于填充、修复或者再生机体缺损组织。琼脂糖在组织工程领域的研究历史虽然不长,但在软骨、神经、骨、角膜和口腔黏膜等方面已经取得一些研究成果,其独特的微观结构和力学性能使其在软骨组织工程方面的研究最为广泛。目前,琼脂糖的组织工程研究离临床应用还有一段距离,材料制备和作用机理探索将是未来研究的重点。     

京尼平或紫外线交联制备的壳聚糖/ 藻酸盐复合支架材料比较

目的:比较京尼平或紫外线交联的壳聚糖/藻酸盐复合支架材料的降解率、孔隙率、含水量、细胞毒性以及生物力学等特性。方法:①按照交联方法不同分为:京尼平组、紫外线组。②扫描电镜下观察材料的表面结构以及检测材料的降解率、孔隙率、含水量、细胞毒性以及生物力学。结果:①紫外线组与京尼平组均表现为多孔隙结构,无明显差异。②紫外线组降解率高于京尼平组。③京尼平组与紫外线组的孔隙率差异无统计学意义,含水量差异比较有统计学意义。④两组均表现为较低的细胞毒性,良好的生物相容性。⑤京尼平交联组的生物力学特性较紫外线组显著提高。结论:京尼平交联的壳聚糖/藻酸盐复合支架材料,具有良好的生物学特性,为组织工程脊髓领域提供了非常具有潜力的材料。     

形状记忆聚合物在组织工程中的应用

形状记忆聚合物是由固定相和可逆相构成的具有在外界刺激条件下诱导形状改变特性的一类高分子智能材料。相较于传统的形状记忆合金与陶瓷,其具有特定的生物可降解性、更高的机械性能调控空间、更强的形变恢复能力及更优良的生物相容性。凭借材料特性,近阶段针对形状记忆聚合物在组织工程领域的应用研究愈发广泛,包括血管组织、骨骼肌组织、神经组织与骨组织等方面。综述近年来形状记忆聚合物在多种组织工程领域研究中的实验创新、技术突破与应用拓展,例如将其作为新型多孔血管支架、骨骼肌修复支架、神经修复导管与骨缺损填充物等。可预见随着技术和材料的不断发展,形状记忆聚合物在组织工程领域的应用将更加成熟。     

基于天然水凝胶的生物材料在骨组织工程中的应用*

天然水凝胶是指原材料来自于天然生物材料的水凝胶。由于这种天然的聚合物含有构成生物体的天然成分,与天然组织具有生物学和化学相似性,而受到特别关注。天然水凝胶由于其与细胞外基质高度的相似性被认为是骨组织工程中优良的仿生基质材料。而针对天然水凝胶机械性能差、成骨诱导性能弱等缺陷,通常需要对天然水凝胶进行改性、引入其他材料或生物活性因子,以此来获得更适用于骨组织工程支架材料。对近年来基于天然水凝胶的生物材料在骨组织工程的应用,与其不同的应用形式(可注射水凝胶、多孔水凝胶支架、3D生物打印水凝胶支架等)进行了概述,以期对这类基于天然水凝胶的生物材料在未来骨组织工程中的应用提供参考。     

胶原蛋白-壳聚糖支架的构建及其与骨髓基质干细胞复合的实验研究

目的:构建一种组织工程神经支架,并观察体外培养的骨髓基质干细胞在其内部的生长情况,为后续种子细胞的移植提供阶段性实验数据.方法:以Ⅰ型胶原蛋白和壳聚糖为原料通过冷冻干燥技术制备神经支架,扫描电镜观察其内部结构,测量其孔径大小、孔隙率等指标.将体外培养的骨髓基质干细胞与Ⅰ型胶原蛋白-壳聚糖神经支架复合,共培养2天;扫描电镜观察细胞在支架内部的生长情况.结果:构建的神经支架均为圆柱状,内部为纵向平行排列的孔径均匀的微管样结构,细胞紧密贴附在支架微孔内壁上,细胞生长状况良好.结论:Ⅰ型胶原蛋白-壳聚糖支架具有良好的内部三维结构和生物相容性,可与细胞复合后用于修复周围神经缺损.     

生物水凝胶及其复合材料在骨修复中的应用

由于外伤、疾病或骨吸收引起的大面积骨缺损无法自行修复,往往需要植入人工骨来恢复缺损区的骨形态和功能。由于传统的异体和异种骨存在易被宿主吸收、排斥等问题,且自体骨取材有限,因此,骨组织工程是目前最具前景和可行的骨修复策略。骨组织工程的关键是要有种子细胞、支架材料以及生长因子,生物水凝胶是潜在的组织工程细胞支架材料之一。水凝胶具有良好的生物相容性和可降解性,越来越受到组织工程领域学者的关注。本文对生物水凝胶在骨组织工程中的应用进行了评述。     

聚肽在骨组织工程领域的研究进展

聚肽是20种α-氨基酸中的一种或者几种氨基酸通过酰胺键(肽键)联成的长链分子,此外还包含有其它非肽链结构的组成成分,具有和蛋白质类似的二级结构.由于其独特的结构和性能,近年来在组织工程领域聚肽被广泛地研究和应用,主要被用作生长因子、支架材料表面改性物以及支架材料.从以上3个方面介绍了近年来聚肽在骨组织工程领域的研究和应用情况,并对聚肽在骨组织工程研究领域的应用前景进行了展望.     

载荷壳聚糖微球的海藻酸钠水凝胶的制备

目的:在支架材料上引入具有控释行为的微球,旨在通过微球包裹生长因子,通过生长因子的缓慢释放从而促进种子细胞的生长分化。方法:本实验通过在海藻酸钠水凝胶中负载具有控释功能的壳聚糖微球,并通过在微球中包载溶菌酶从而达到控制壳聚糖降解速率的功效。实验研究了不同搅拌速度下壳聚糖微球的形貌及粒径大小,通过扫描电镜对壳聚糖微球及复合支架的形貌进行了观察,通过紫外光吸收法测试了微球的载药量及包封率,并研究了壳聚糖微球在体外的降解行为等。结果:制备的壳聚糖微球表面较光滑,溶菌酶的包封率在25.78%-41.89%之间,载药量在15.20%-24.44%之间。包封溶菌酶的微胶囊在降解9天后壳聚糖分子量下降了70.40%,载荷微球的复合凝胶孔洞增多,孔洞大小均匀。结论:此复合材料有望作为载荷软骨相关生长因子的支架模型,从而解决软骨组织工程中种子细胞匮乏的问题。     

壳聚糖基复合材料类新型生物医用材料

壳聚糖是由N-乙酰基-D-葡萄糖胺和D-葡萄糖胺单元通过β-D(1→4)连接组成的碱性线性多糖。壳聚糖由于具有良好的生物相容性、生物可降解性和生物活性,已广泛应用于生物医学领域。壳聚糖由于具有许多的活性基团,能进行各种衍生化反应以及与其他材料进行复合制备各类复合材料。本文主要介绍壳聚糖与各类材料如蛋白质、糖胺聚糖、DNA、可降解的聚酯、无机物、合成(离子型和非离子型)的聚合物、或脂质的复合物及其在生物医学上的应用。     

丝素蛋白/壳聚糖复合材料在组织工程中应用的研究进展

丝素蛋白(silk fibroin,SF)和壳聚糖(chitosan,CS)具有良好的生物相容性和可降解性,然而单一组分的SF和CS支架材料的诸多缺点限制了其在组织工程研究中的应用。SF/CS复合材料克服单一组分SF和CS支架的缺点,具有力学性能优良、可塑性好、孔隙率及孔径可调和组分优势互补等特点。多种方法制备的SF/CS复合材料(微米/纳米颗粒、膜、纳米纤维、水凝胶和三维多孔支架)已用于骨、软骨、皮肤、神经、脂肪、心脏和角膜等组织工程或组织损伤修复的研究中。目前,国内外对于SF/CS复合材料在组织工程中应用的研究尚处于起步阶段。主要对SF/CS复合材料的特点、制备方法以及在多种组织工程中应用的研究现状进行了简要介绍。