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。     

骨组织工程研究进展

本文主要介绍了骨组织工程学的概念以及研究内容,综述了骨组织工程的研究现状和发展方向。     

皮肤组织工程支架材料

皮肤组织工程支架材料为种子细胞提供生长和代谢的环境,是人工皮肤研究中的重要内容,可按来源分为合成支架材料和天然支架材料。近几年的研究重点是:前者通过表面仿生技术增强其对细胞的黏附性;后者通过物理或化学方法提高其力学性能和渗透性等。今后应重点研究以下内容:深入研究合成支架材料的表面改性,进一步提高其引导细胞行为的功能,促进材料对细胞的黏附;进一步提高天然支架材料的微观渗透性和生物活性,促进毛细血管的长入;制备结构仿生支架材料及高活性复合支架材料。     

Chitosan in Surface Modification for Bone Tissue Engineering Applications

Traditional methods of bone defect repair include autografts, allografts, surgical reconstruction, and metal implants that have several disadvantages such as donor site morbidity, rejection, risk of disease transmission, and repetitive surgery. Biomaterial‐based bone reconstructions can, therefore, be an efficient alternative due to the inherent properties of the materials. Chitosan (CS), the deacetylated form of chitin, is a biopolymer having a wide array of applicability in regenerative tissue applications owing to its biocompatible, in vitro degradative and bioresorbable nature. Extensive studies are being carried out using CS to augment the properties of the already existing methods and to also improve the applicability of CS‐based biocomposites in bone tissue repair. In this review, the suitability of CS as a surface modifier has been discussed in detail for the already existing implants, surface modifications of CS‐based natural biocomposites for bone tissue regeneration, and the wide range of techniques that can introduce these modifications. CS, being a natural polymer, possesses advantageous properties including surface modifier that makes it a suitable candidate for bone regeneration, and further research to investigate its osteogenic potential in vivo along with the molecular and signaling mechanisms involved in bone regeneration can aid in expanding its applicability in clinical trials.     

组织工程皮肤发展现状

组织工程皮肤从概念提出至今技术发展迅速.本文对现有的组织工程皮肤进展展开论述,组织工程皮肤主要分3大类:由种子细胞和支架材料体外三维构建培养的组织工程皮肤、由细胞组成的组织工程化皮肤和由支架材料构成的组织工程化皮肤,根据其结构组成、形态或来源又分成2~3种,每种选1~3个代表具体描述.然后针对现有组织工程存在的再生修复性能不足、细胞来源受限、生产运输成本过高等技术问题进行分析讨论,同时就目前国家对该领域的管理办法进行了讨论和建议,并提出了组织工程皮肤的一些非移植性扩展应用.通过对组织工程皮肤领域技术成果的总结、技术问题与现有研究热点的讨论和未来前景的分析,希望能更好地促进该领域发展.     

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。     

骨髓间充质干细胞生物学特性及其在牙周组织工程的应用

牙周病是一种慢性进行性疾病,可导致牙周支持组织的破坏,最终导致牙丧失。牙周病治疗的目的不仅在于控制炎症,更在于使已经破坏的牙周组织再生以形成新附着。牙周的重建包括因炎症破坏吸收的硬组织(牙槽骨与牙骨质)和软组织(牙周膜与牙龈)。骨髓间充质干细胞有其独特的生物学特性从而作为种子细胞有巨大潜力。以骨髓间充质干细胞作为种子细胞联合组织工程技术应用于牙周组织再生为根治牙周病提供了新思路。     

组织工程中应力对骨髓间充质干细胞分化为成骨细胞的影响

骨髓间充质干细胞具有自我复制、未分化的特点,并可在不同条件下分化为中胚层起源的多种细胞,是一种成体多能干细胞。就组织工程而言,良好的种子细胞是组织工程技术的关键,骨髓间充质干细胞的性质决定了其在骨组织工程领域中的重要地位。此外,骨骼系统属于机体的运动系统,承担体重是骨骼的重要功能之一;而且,人体内几乎所有的细胞都会受到力学因素的影响,故有必要研究力学因素对骨髓间充质干细胞诱导分化为成骨细胞的作用,为骨髓间充质干细胞的体外扩增、诱导分化及培养提供一种新途径。     

骨组织工程天然衍生细胞外基质材料

细胞外基质材料的开发是骨组织工程的重要组成部分,目前,在骨组织工程中应用较多的基质材料可分为天然衍生材料、人工合成材料以及这两种材料的复合材料。介绍了各种天然衍生骨材料如煅烧骨、脱钙骨基质、脱蛋白骨基质、重组合异种骨基质和天然高分子材料如胶原、纤维蛋白、几丁质、藻酸盐及其衍生物以及珊瑚衍生骨在骨组织工程中的应用,展望了骨组织工程细胞外基质材料的未来发展方向,认为未来的理想基质材料应该是集各种材料的优点于一身,能够充分适应体内各种生理环境并能采用智能化的加工方式进行大批量生产的生物仿生材料。     

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.     

Halloysite Nanoclay/Biopolymers Composite Materials in Tissue Engineering

Biocompatible materials for the fabrication of tissue substitutes are crucially important in the advancement of modern medicinal biotechnology. These materials, to serve their function, should be similar in physical, chemical, biological, and structural properties to native tissues which they are aimed to mimic. The porosity of artificial scaffolds is essential for normal nutrient transmission to cells, gas diffusion, and cell attachment and proliferation. Nanoscale inorganic additives and dopants are widely used to improve the functional properties of the polymer materials for tissue engineering. Among these inorganic dopants, halloysite nanotubes are arguably the most perspective candidates because of their biocompatibility and functional properties allowing to enhance significantly the mechanical and chemical stability of tissue engineering scaffolds. Here, this vibrant field of biotechnology for regenerative medicine is overviewed.     

Mammalian Pericardium‐Based Bioprosthetic Materials in Xenotransplantation and Tissue Engineering

Bioprosthetic materials based on mammalian pericardium tissue are the gold standard in reconstructive surgery. Their application range covers repair of rectovaginal septum defects, abdominoplastics, urethroplasty, duraplastics, maxillofacial, ophthalmic, thoracic and cardiovascular reconstruction, etc. However, a number of factors contribute to the success of their integration into the host tissue including structural organization, mechanical strength, biocompatibility, immunogenicity, surface chemistry, and biodegradability. In order to improve the material's properties, various strategies are developed, such as decellularization, crosslinking, and detoxification. In this review, the existing issues and long‐term achievements in the development of bioprosthetic materials based on the mammalian pericardium tissue, aimed at a wide‐spectrum application in reconstructive surgery are analyzed. The basic technical approaches to preparation of biocompatible forms providing continuous functioning, optimization of biomechanical and functional properties, and clinical applicability are described.     

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。     

联合细胞培养在组织工程血管化中的应用

自从1987年正式提出组织工程这一概念来以来,培养具有生物学活性组织器官替代物始终是组织工程学的发展方向。目前,虽然一些工程化组织如皮肤、软骨等已被成功构建,并应用于临床,但其他工程化组织如心脏、骨骼肌、肝脏等体积大、功能复杂,移植后难以及时建立血液供应。而及时建立的血管网络对组织器官的存活与功能实现至关重要。为此,国内外一些实验室采用联合细胞培养的方法,观察不同细胞间的相互作用对血管形成的影响。结果表明,联合细胞培养在血管的形成、稳定和成熟方面起着重要作用。