细胞外基质对细胞行为调控作用的研究进展

细胞外基质(extracellular matrix, ECM)是一种由水合大分子蛋白质及多糖组成的复杂网络结构,构成组织的无细胞基质微环境。作为天然生物材料,ECM一直是组织工程器官/组织体外制备的理想载体支架来源。随着天然组织中ECM对细胞影响的发现,ECM调节细胞行为的生物化学作用越来越受到关注。该文系统概述了不同类型的ECM对细胞黏附、迁移、增殖和分化等细胞行为的影响,重点分析了ECM对细胞行为的调控作用机理,并阐述了基于模拟ECM的人工支架在器官/组织再生中的应用进展,为全面了解ECM对细胞行为的调控作用机制及其再生应用潜能提供建议与参考。     

透明质酸在间充质干细胞向软骨细胞分化中的应用

随着组织工程学的发展,利用间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSCs)定向分化为软骨细胞,用于治疗骨性关节炎、关节创伤等因素造成的软骨缺损的研究方兴未艾。透明质酸(hyaluronic acid,HA) 是一种酸性多糖类生物大分子,亦是软骨基质的主要成分之一。由于其优良的生物相容性、可降解等特性,HA已成为优良的天然生物材料,其作为支架材料应用于软骨缺损修复已有一段历史。近年来又发现,HA除作为载体支架材料外,还可作为调节因子应用于MSCs向软骨细胞分化。以下将对近年来利用HA应用于MSCs向软骨细胞分化的研究进行总结,旨在为以MSCs为基础的组织工程化软骨的临床应用奠定基础。     

生物可降解材料构建组织工程软骨的研究进展

关节软骨修复困难,目前临床上治疗关节软骨损伤难以达到满意的效果。组织工程学的兴起为其提供了新的选择。本文介绍了组织工程软骨的发展历史,重点叙述了各种天然支架材料、人工合成材料、复合材料及纳米材料在软骨组织工程中的应用及其优势。目前应用的天然材料存在力学强度差及免疫源性的不足;人工合成材料降解速率快,降解产物具有细胞毒性,有待进一步完善。表面修饰等技术的应用在一定程度上克服了某些材料的不足;复合材料综合了数种材料的优点,是今后材料技术发展的方向;纳米技术的出现使新合成的材料成为纳米量级,具有了普通材料无可比拟的优势,这为组织工程材料的发展提供了新的思路。本文还对组织工程支架材料存在的问题、下一步的发展方向和前瞻性研究做了介绍。     

生物支架材料——组织工程连载之二

具有三维结构的支架材料是组织工程的核心内容之一。现有组织工程支架可分为天然生物材料、合成有机材料和无机材料三类。支架材料近年来研究十分活跃,不仅在组织工程的最早产品人工皮肤领域进行了更为完善的研究和开发,同时在诸如人工骨、软骨、神经、血管、皮肤、肝、脾、肾、膀胱等方面进行了大量研究和探索。与普通组织工程支架需要预先制备并在体外成型不同,近年来在骨和软骨组织工程实践中兴起的可注射支架具有许多优势,是未来组织工程支架发展的重要方向之一。     

天然可降解生物材料在组织工程中的应用研究进展

细胞培养支架材料是组织工程学的重要研究内容之一 ,是实现产业化的关键。天然可降解生物材料是细胞培养支架材料中的重要组成部分 ,目前用于细胞培养支架的天然可降解生物材料主要有多糖类和蛋白质类。多糖类主要包括壳多糖、透明质酸 ;蛋白质类主要包括胶原纤维蛋白和血纤维蛋白。     

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。     

微载体技术在软骨损伤修复中的应用与展望北大核心CSCD

软骨内部无血管结构、细胞外基质含量高的特点,使软骨组织的自我恢复能力很差。在临床治疗中,轻度的软骨缺损通常采用物理治疗或药物治疗方式,严重者需进行手术治疗。近年来,软骨组织工程技术为治疗软骨缺损提供了新的思路,与传统的手术治疗方式相比,结合软骨组织工程技术进行治疗具有创口小、恢复佳的优点。将微载体技术融入组织工程支架的设计中,可以利用微载体直径小、能够负载多种生长因子的特点,进一步扩展支架功能、促进软骨组织再生。文中首先对微载体技术进行介绍,对近年来微载体的主要制备方式和创新内容进行了概括总结,作为后续介绍的基础内容。然后对应用于软骨修复中的微载体进行了材料和功能上的划分,介绍了不同材料、不同功能微载体的属性特征和在软骨修复方面的具体应用,最后结合该领域发展历程对其今后发展趋势及方向进行展望,并基于笔者团队关于骨软骨一体化层状支架的研究,提出了通过微载体优化层状支架性能的思路,有望制备出更贴合天然软骨结构特征的仿生支架。     

丝素蛋白在电纺丝法构建组织工程支架中的应用进展

丝素蛋白是天然高分子纤维蛋白,具有良好的物理和机械力学性能及生物相容性,因而在组织工程领域有着广阔的应用前景。文中对丝素蛋白的化学组成、分子结构特点、提取方法以及利用静电纺丝技术在组织工程化支架构建中的应用作了概述。总结了丝素蛋白在用于组织工程材料上的性能和优势以及在人工血管、皮肤、骨组织等工程化支架方面的应用情况,探讨了丝素蛋白支架对细胞在其上生长、增殖和功能的影响,同时对丝素蛋白在组织工程化食道支架及其他再生医学上的应用前景进行了展望。     

自组装多肽纳米纤维支架诱导骨髓间充质干细胞定向分化

组织工程是现代修复重建医学领域的新思路,生物支架和种子细胞是组织工程两大关键要素。自组装多肽纳米纤维支架(SAPNS)是两亲性多肽(PAs)分子在一定条件下自组装成的一类具有三维网状结构的新型生物支架,其结构、生物功能、机械力学等特性类似天然细胞外基质(ECM),其内部经功能化修饰的抗原表位以高浓度呈递在纳米纤维表面并高效选择性地调控种子细胞生物学行为。种子细胞是组织成功再生的必需条件,骨髓间充质干细胞(BMSCs)因其良好的自我更新和多向分化潜能成为了组织工程最佳候选细胞。体外实验表明经特异功能化修饰的SAPNS在有/无辅助因子条件下可促进BMSCs黏附、增殖、迁移和定向分化,动物模型体内实验发现SAPNS结合BMSCs构建的组织工程移植物可修复缺损部位的组织结构和功能,故其在修复重建医学中有良好的应用前景。对SAPNS、自组装、BMSCs、SAPNS诱导BMSCs定向分化等方面进行了综述。     

软骨基质来源定向结构支架复合软骨细胞体外构建组织工程软骨的研究

目的：探讨采用软骨细胞外基质材料制备的定向结构软骨支架复合软骨细胞,在体外静态培养条件下生成组织工程软骨的可能性。方法：制备牛关节软骨细胞外基质材料,利用温度梯度热诱导相分离技术构建具备垂直定向孔道结构的软骨支架,同时采用传统冷冻干燥方法制备非定向支架,检测两组支架的力学性能;提取兔关节软骨细胞,分别接种两组支架,体外静态培养2周及4周后取材,对构建的组织工程软骨进行组织切片染色、生物化学分析及生物力学检测。结果：定向软骨支架的压缩弹性模量数值明显高于非定向软骨支架,体外培养时定向支架上种子细胞在3-9d内增殖高于非定向支架,差异有统计学意义（P〈0．05）;体外静态培养4周后形成的两组新生组织工程软骨进行软骨特异性染色均呈阳性,在定向组新生软骨切片中在垂直方向上可见大量呈规则平行排列的粗大胶原纤维,两组新生软骨的生物化学检测包括总DNA、总GAG及总胶原含量差异无统计学意义（P〉0．05）。定向组织工程软骨压缩弹性模量在2周及4周时均高于非定向组织工程软骨,差异有统计学意义（P〈0．05）。但两组组织工程软骨上述指标均显著低于正常关节软骨（P〈0．05）。结论：软骨细胞外基质材料制备的定向结构软骨支架复合软骨细胞,在体外静态培养条件下能够成功生成具有定向纤维结构的组织工程软骨,并可以有效促进新生软骨组织力学性能的提升,在软骨组织工程中具有良好的应用前景。     

成熟软骨细胞促进小鼠胚胎干细胞向软骨分化

为诱导胚胎干细胞向软骨细胞分化,采用胚胎干细胞与成熟软骨细胞共培养的方法以提供软骨诱导微环境．小鼠胚胎干细胞经初步分化,形成类胚体后,从中分选出Flk-1阳性细胞,其与猪关节软骨细胞混合后,接种于可降解材料支架,并植入裸鼠皮下．4周后经组织学检查及Ⅱ型胶原抗体免疫荧光检查证实,细胞材料复合物形成软骨组织．经小鼠主要组织相容性抗原染色,证实其中部分软骨细胞源自于小鼠胚胎干细胞．本研究建立了胚胎干细胞定向诱导分化的新方法．     

光交联水凝胶在组织工程中的研究进展

由于生物相容性、可降解性、与天然细胞外基质结构的相似性,水凝胶成为组织工程的研究热点与重点。基于原位形成和可注射性、与现有加工技术(3D打印、静电纺丝)的兼容性,光交联水凝胶在组织工程领域广泛应用。综述了近年来光交联水凝胶在组织工程领域的研究进展,包括其在软骨组织、骨组织、脂肪组织、牙周组织和皮肤组织方面的研究思路及应用进展,以期为后续光交联水凝胶作为组织工程支架的研究提供参考。     

PGS支架的合成、特性及在生物医学中应用的研究进展

聚癸二酸甘油酯(PGS)是一种生物可降解的高分子聚合弹性体,因其良好的性能,在许多生物医学研究中应用广泛。PGS支架的机械性能与机体软组织相似,依从性好,降解时以表面侵蚀的方式降解,不伴有膨胀或变形,周围组织炎症反应、纤维变性轻,与多种细胞相容性好。基于PGS良好的性能,主要应用于软组织替代和软组织工程,比如心肌、血管、神经、软骨、视网膜、鼓膜,另外也有用于药物转运载体、组织粘附材料的研究。     

诱导多能干细胞在组织工程修复关节软骨损伤的研究进展

关节软骨位于骨骼末端,主要起承重、减震和润滑关节的作用。由于缺乏血运,关节软骨损伤后难以自行修复。关节软骨损伤为临床常见疾病,目前尚无理想的方法促进其修复和再生,而以种子细胞、支架材料和细胞生长因子为基础的组织工程技术为关节软骨修复开辟了新道路。诱导多能干细胞(i PSC)作为软骨组织工程全新的种子细胞,与其他种子细胞相比,在软骨细胞移植及体外软骨组织和器官再造方面具有更广阔的应用前景。随着对i PSC的重编程机制、诱导方法、定向软骨分化条件以及临床应用安全性等研究的不断深入,其应用于临床的脚步将越来越近。     

支架在尿道狭窄中的应用进展

支架在泌尿外科中广泛应用,在尿道狭窄中的应用日益增多。按其降解属性可分为可降解支架和非降解支架。非降解支架为金属支架和硅胶管。降解支架目前正在兴起,其适应症及功能仍需进一步研究。本文就支架在尿道狭窄中的应用作一综述。     

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。     

骨软骨复合支架的研究进展

软骨的修复是当前医学界十分棘手的难题,人们采取若干手段均收效甚微。由于软骨缺损时,其下的软骨下骨常出现硬化、退变,而新生软骨是无法与病变的软骨下骨进行整合的,所以在修复软骨的同时,必须重视软骨下骨的修复。近十几年来,人们开始发明和利用各种骨软骨复合支架,进行同时修复软骨与软骨下骨的动物实验研究。在正常骨软骨组织中,软骨与软骨下骨被钙化层所相连,此外钙化层也将软骨与软骨下骨分隔在不同的生存环境中。根据仿生学原理,人们又设计出一种带有隔离层的新型骨软骨复合支架,并取得了较为理想的实验结果。本文就国内外骨软骨复合支架的研完进展作一综述。     

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。     

半月板组织工程天然支架材料研究进展

当今社会半月板损伤十分常见。近些年,伴随生命科学和生物工程学不断发展,用组织工程原理和技术修复损伤的半月板成为热点。许多支架材料也应运而生并取得良好效果,而天然半月板支架材料起着重要的作用,如何选取理想的天然支架材料已成为这一课题的关键,其材料包含种类繁多,可分为可注射类半月板支架材料,不可注射类半月板材料。每种材料都有其独特的优势及缺陷,根据不同的需要来选择合适的材料。迄今为止,运用组织工程技术还不能完全模拟半月板组织,没有一种材料达到最理想的水平。本文着重介绍半月板组织工程天然支架材料。并对未来半月板组织工程支架材料的研究提出展望。     

丝素蛋白在组织工程中的应用及进展

组织工程是生物支架材料、种子细胞和生物活性因子的有机组合,其中支架材料为种子细胞的黏附载体,为细胞的生长增殖及新陈代谢提供适宜的微环境,并最终被生物体逐渐降解而被再生组织替代。支架材料为周围组织提供机械支持,并引导再生组织按照预定结构和方向生长。同时,各种生物活性物质可以加入支架材料中,比如各种生长因子以及抗体等,扩大了支架材料的应用范围。丝素蛋白具有可控且缓慢的生物降解性,突出的机械性能,良好的生物相容性,支持多种细胞的黏附、生长和分化增殖,已经用于血管、骨、软骨及神经组织等方面的组织工程研究。