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。     

聚羟基丁酸己酸酯及其在组织工程中的应用

绍了羟基丁酸酯-羟基己酸酯共聚物的降解性、亲水性、力学性能、表面形态,改性研究、细胞相容性、降解产物的毒性等性能,并对这种材料在组织工程中的应用现状作了阐述,提出了需要改进研究的方向,指出这种微生物来源的新型生物医药材料在组织工程的应用中将具有极大的潜力。     

我国率先成功构建人体内软骨组织

国家“973”计划“组织工程的基本科学问题”项目首席科学家 ,上海第二医科大学曹谊林教授日前在接受记者采访时表示 ,在“973”计划、国家自然科学基金等的支持下 ,近年来 ,针对软骨组织工程研究中的国际性难题和关键性问题 ,我国科学家已经在软骨组织工程的基础研究和应用基础研究方面取得了一系列成果 ,并首次在世界上成功地在人体内构建出软骨组织 ,开创了软骨组织工程临床应用的先河。摘自《科学时报》2 0 0 3年 3月 10日我国率先成功构建人体内软骨组织     

组织工程软骨种子细胞的研究进展

临床上,各种原因造成的软骨缺损的修复始终是一大难题.组织工程软骨的出现,为软骨大范围缺损的修复与重建带来新的希望.组织工程软骨是由种子细胞、支架材料及生长因子构成的三维空间复合体.由于不同种子细胞的增殖及分化能力不同,选择合适的种子细胞是构建组织工程软骨所要解决的重点及难点.种子细胞在组织工程软骨的构建过程中起到关键作用,因此,探讨软骨种子细胞的来源对组织工程软骨的发展具有重要的意义.     

盐单胞菌利用短链脂肪酸合成聚羟基脂肪酸酯

盐单胞菌(Halomonas)能够利用多种底物为碳源生长,由于其能在高盐条件下进行不灭菌的开放发酵,已被开发用作下一代生物技术的底盘细胞.包括乙酸、丙酸和丁酸在内的短链挥发性脂肪酸能够以生物质为原料制备,有望成为用于微生物发酵的新型碳源.利用10-50g/L浓度的丁酸为碳源对Halomonas sp.TD01和TD08...     

骨碎补结合组织工程软骨促进软骨再生及其机理研究

目的:评估骨碎补在促进软骨再生治疗中的价值及作用机制。方法:选取健康新西兰大耳白兔100只,采用随机数值表法随机分为5组,每组包含20只实验动物。A、B组:改建后进行肾上腺髓质素(adrenomedullin,ADM)移植;C组:自体骨髓充质干细胞(MSCs)复合,并进行改建ADM移植;D、E组:进行h IGF-1基因转染的MSCs复合,并改建ADM移植。B、C、E组实验动物结合喂养40%骨碎补汤,每只每日150ml,用药4周。A、D组不结合使用口服骨碎补汤。每组均在第4、8、12w时处死5只实验动物,切取关节软骨缺损部位并进行组织学观察,采用Masson三色染色法评估软骨细胞的形态变化,采用Wakitani组织学评分进行各组间形态学比较。结果:E组实验动物关节软骨的表面有比较完整的潮线,大部分比较光滑,变薄区可见零散的浅淡着色的纤维组织。在第4、8、12周,各组Wakitani组织学评分逐渐下降,但结合骨碎补的B、C、E三组下降更为显著(P0.05),说明骨碎补可显著改善软骨组织缺损。结论:采用中药骨碎补结合工程软骨可以显著提高家兔膝关节软骨缺损修复的质量,为临床使用骨碎补治疗软骨病变提供了重要的依据。     

用于软骨修复的组织工程水凝胶

软骨损伤的发病率逐年增高,治疗要求也从过去的缓解疼痛,到现在的恢复运动功能,达到或接近伤前生活质量水平。传统的治疗方式受限于软骨组织特殊的生理病理条件,难以达到良好的远期治疗效果,所以,开发新型有效的治疗方式是软骨组织工程领域的研究热点。要达到良好的软骨修复效果,除了满足必需的生物活性因子与种子细胞要求外,作为载体的水凝胶也至关重要,只有与软骨本身的生物力学特征相似,才能够为软骨再生提供仿生的微环境。为了达到这一要求,已有多种设计方式与结构被应用于软骨组织工程水凝胶的构建,该文从水凝胶结构设计的角度对其在软骨修复组织工程中的应用进行了系统的综述。     

以人胎盘来源干细胞为种子细胞构建组织工程软骨

通过胰酶消化法分离培养人胎盘来源干细胞（human placenta-derived stem cells,hPDSCs）,对其生物学性状进行检测,在一定条件下使其向软骨细胞诱导分化;将hPDSCs和制备的胶原海绵支架材料复合体外构建组织工程软骨组织,移植到裸鼠体内后观察其形成软骨组织的能力,为以hPDSCs作为种子细胞进行组织工程软骨组织的构建提供理论基础.研究发现hPDSCs具有间充质干细胞性状和良好的增殖能力,能连续培养30代以上保持未分化状态;将hPDSCs培养于软骨细胞诱导培养基中,可以分化形成具有生物学功能的软骨细胞.将hPDSCs与胶原海绵支架材料在诱导培养基中复合,7天后可以观察到有软骨样结构形成,Ⅱ型胶原表达阳性;裸鼠体内移植实验证实,hPDSCs与胶原海绵复合后可以在体内形成软骨组织,组织学观察软骨陷窝形成,并且Ⅱ型胶原阳性表达.研究结果表明hPDSCs具有向软骨细胞分化的潜能,与胶原海绵支架材料复合后可以构建形成具有生物学功能的软骨组织,为临床工作中软骨缺损的修复治疗提供了新的治疗策略,具有广阔的临床应用前景。     

以可注射性纤维蛋白封闭剂为支架体内构建组织工程软骨

目的: 研究以纤维蛋白封闭剂（FS）为载体复合人胚关节软骨细胞体内构建可注射性组织工程软骨的可行性。方法:常规分离消化,体外单层培养胎儿关节软骨细胞,观察软骨细胞的生物学特性。分别将1×107、2×107、3×107第4代软骨细胞与FS混合接种于裸鼠皮下, 并于第10周取材判断体内形成软骨的能力。结果: 3~4代软骨细胞保持了很高的增殖和分泌基质的能力。软骨细胞与FS的复合物体内接种后各组均可形成软骨样组织块,其湿重、GAG含量随着接种细胞数量的增多而增高,各组之间差异具有显著性（p<0.05）。3×107细胞组GAG含量与正常人胚关节软骨没有差异（p>0.05）。组织切片显示软骨细胞位于类似正常软骨组织的陷窝中,阿尔新蓝染色及II型胶原表达阳性,细胞内富含高尔基体、粗面内质网及大量分泌泡。结论: FS和人胚关节软骨细胞可以作为理想的支架材料和种子细胞应用于可注射软骨组织的构建。     

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。     

由细菌产生的新型生物高分子材料——具新型结构的聚羟基脂肪酸酯PHAs简介

许多微生物能产生聚－β－羟基丁酸酯（PHB）,与淀粉一样作为细胞内的能量和碳源储存物。另外在一定条件下,细菌还可积累具不同结构的单体的共聚松。由荧光假单胞菌Pseudomonas积累的PHAs的结构单元可以是多种多样的。碳链长度可在6－14之间,可由各种饱和的和不饱和的3－羟基脂肪酸组成的。P．oleovorans以正烷烃、正烷基酯或正烷醇为基质,得到的PHAs是以结构单元长度与基质相同的3－羟基脂肪酯为主要组成部分的无视共聚物。含有高达九个碳原子测链的PHAs已可由P.oleovorans利用正烷烃和脂肪酸来合成。P.oleovorans利用1－烯烃或烯酸可合成倒链具不饱和健的聚－β－羟基烷烯酯。通过改变基质中正坡泛与1－烯径的比例,PHAs的不饱和度可由0增加到50％。当以1－辛烯和1－癸烯为碳源时,所得的聚酯主要由β－羟基脂肪酯组成,而链端则是不饱和的β－羟基烷烯酯,侧链可由丙基变化到庚基。最近的研究表明,在生物合成过程中还可在PHAs的侧基上引入部分含Br、Cl、CN的苯基的官能团,或在PHAs合成过程中,可进行β－氧化形成含3－羟酰基的中间产物和再次对脂肪酸进行生物合成。P．oleovorans的这种可将官能团引入聚合物分子链中的特征．为聚合物进行剪裁提供了可能性。     

聚己内酯在组织工程中的应用进展

聚己内酯(PCL)以其具有的良好生物相容性及其力学特点,在组织工程领域已经成为主要的生物支架材料之一。利用生物支架材料,组织工程的目的是对组织、器官的丧失或功能障碍进行修复与重建。本文综述了对生物支架材料聚己内酯(PCL)的研究进展以及其在组织工程中的应用。     

生产聚羟基脂肪酸酯的微生物细胞工厂

聚羟基脂肪酸酯(PHA)是一类由微生物合成的、生物可再生、生物可降解、具有多种材料学性能的高分子聚合物,在很多领域有着广泛的应用前景。以下从辅酶工程、代谢工程、微氧生产等方面综述了微生物法生产PHA的研究进展,并对利用PHA合成基因提高基因工程菌的代谢潜能进行了讨论。     

作为骨组织工程材料的聚α-羟基羧酸

概要介绍了运用组织工程技术修复和重建骨组织的方法和材料，包括对骨细胞生长因子ＢＭＰ的性质、其在体内发挥功能所需的缓载体材料、骨细胞生长增殖的三维支 材料以及成骨细胞在聚α－羟基羧酸材料上的生长情况。     

工程化软骨支架用壳聚糖基仿生材料研究进展

从材料学的视角介绍了壳聚糖在软骨组织工程支架中的应用情况,分析和总结了现阶段壳聚糖基仿生支架材料的特点,提出用数学和统计的方法研究仿生三维织物的构想,以期明确值得关注的研究方向.     

PHB/PLLA组织工程前交叉韧带支架材料改性的实验研究

目的:探索体外构建组织工程前交叉韧带(anterior cruciate ligament,ACL)的三维支架材料。方法:以聚羟基丁酸已酯/聚左旋乳酸(PHB/PLLA1:1)制备"三明治"样结构共聚物并测量其孔隙率等指标。以I型胶原对制备的PHB/PLLA支架进行杂化,获得PHB/PLLA胶原杂化支架。扫描电镜观察其表面结构。将兔皮肤成纤维细胞(SF)接种于PHB/PLLA支架与PHB/PLLA胶原杂化支架,观察其在材料上生长情况。结果:PHB/PLLA支架杂化后胶原填充于纤维空隙,分布比较均匀。体外培养的胶原杂化支架材料上要比PHB/PLLA支架有更多的皮肤成纤维细胞生长。结论:胶原杂化有利于细胞种植和生长,PHB/PLLA胶原杂化支架具有良好的三维构型和生物相容性,有望为前交叉韧带损伤的修复提供了一种新型的支架材料。     

聚羟基脂肪酸酯合成酶的改造和代谢途径构建的研究进展

聚羟基脂肪酸酯(Polyhydroxyalkanoates,PHA)是许多细菌在非平衡生长条件下在胞内积累的以颗粒状态存在的碳源和能源储藏物质。PHA因其具有生物可降解性、生物相容性等许多良好的材料性质、可以作为化学合成塑料未来的替代品而引起广泛关注。但由短链脂肪酸或单一脂肪酸单体合成的PHA的材料性质具有局限性,需要利用多种单体合成满足实际需求的PHA材料。PHA合成酶的底物特异性和PHA合成代谢途径决定着PHA的单体组成情况,进而影响着PHA的理化特性和材料性能。因此需要对PHA合成酶进行改造,扩展其对底物的特异性。另一方面需要构建新的PHA合成代谢途径,能合成出一些不常见的且性能优良的PHA材料。综述了近些年对PHA合成酶改造的研究及PHA代谢途径构建的研究进展。     

利用大肠杆菌工程菌廉价高效生产聚羟基丁酸酯

利用大肠杆菌生产聚羟基脂肪酸酯是近来国际上生物可降解塑料的研究热点,本研究通过对适宜于聚羟基脂肪酸酯生产的大肠杆菌菌株的选择和碳源利用试验,初步确立了大肠杆菌代谢工程改造生产聚羟基脂肪酸酯的基础。并在此基础上,通过对大肠杆菌磷酸烯醇式丙酮酸葡萄糖转移酶系统的改造和工程菌环境诱导系统的应用,解决了大肠杆菌工程菌无法同时利用多种碳源合成聚羟基脂肪酸酯的难题。发酵试验证明,工程化改造的大肠杆菌利用廉价底物在5L发酵罐中分批培养32h后,菌体终浓度能够达到8.24g/L,聚羟基脂肪酸酯占细胞干重的84.6%。     

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。     

聚羟基脂肪酸酯的应用展望

聚羟基脂肪酸酯(Polyhydroxyalkanoates,简称PHA)是由微生物合成的天然高分子基材料,作为微生物碳源和能源的储备物质。目前,PHA的单体种类有150多种,致使PHA的品种繁多、材料学性质各不相同。PHA具有材料多变性、非线性光学性能、压电性能、气体阻隔性能、热塑性、生物可降解性、良好的生物相容性等特点,使其在塑料包装、化工、医药、农业、生物能源等诸多领域的具有很大的应用前景。文中系统介绍了目前PHA的应用和未来的发展。