支架材料制备方法（一）《组织工程支架材料20110509》.docVIP

组织工程支架材料 种子细胞、可降解的支架材料以及细胞生长调节因子并称为组织工程的三大基本要素。 组织工程学的核心是构建细胞与生物材料的三维空间复合体。 为了使种子细胞增殖和分化，需要提供一个由生物材料所构成的细胞支架，支架材料相当于人工细胞外基质。细胞支架应具有良好的生物相容性和细胞亲和性，具有一定的机械强度和生物降解吸收速度及特定的三维多孔结构和可塑性，只有这样才能使细胞在支架中获取营养、进行气体交换和排出代谢废物，满足细胞正常的新陈代谢，构建出新的组织器官。 组织工程支架材料 支架材料在组织工程研究中起中心作用，相当于细胞外基质。 ECM是由糖胺聚糖（GAGs，如：透明质酸、肝素、硫酸软骨素等）的凝胶状网络和贯穿其间的纤维状蛋白质（如：胶原、弹性蛋白、层连蛋白等）复合组成。 支架材料在组织工程中所起的作用： 1) 支架材料的结构和形貌控制再生组织的结构、尺寸和形貌，作为连接细胞和组织的框架，引导组织生长成特定形态； 2) 作为信号分子的载体，将其运送到缺损部位，并作为缓释体使诱导因子缓慢发挥作用，为工程化的组织提供一个赖以存在的空间，可引导组织(神经，骨，血管）的再生和成长； 3 ) 作为组织繁殖分化和新陈代谢的场所，为细胞生长输送营养，排除废物； 4) 支架表面特殊位点与组织起特异性反应，对不同类型细胞起“身份鉴别”及选择黏附的作用（IKVAV短肽，RGD短肽）； 5) 起到机械支撑作用，可以抵抗外来的压力，并维持组织原有的形状和组织的完整性； 6) 支架材料还可以作为活性因子的载体，可以用来承载一些生物活性物质，如生长因子（骨形态发生蛋白BMP,血管内皮生长因子VEGF），为细胞的生长、分化和增殖提供养分。 组织工程学所需的理想支架材料需要满足以下要求: 1）良好的生物相容性使细胞可黏附和增殖，无明显的细胞毒性、炎症反应和免疫排斥，不会因邻近组织的排异反应而影响新组织的功能； 2）可降解性及合适的降解速率，当移植的细胞或组织在受体内存活时，支架材料可自行降解，降解吸收速率能与细胞、组织生长速率相匹配； 3）合适的孔尺寸、高的孔隙率和相连通的孔形态，以利于大量细胞的种植、细胞和组织的生长、细胞外基质的形成、氧气和营养的传输、代谢物的排泄以及血管和神经的内长入； 4）高的表面积、合适的表面理化性质和良好的细胞界面关系，以利于细胞黏附、增殖、分化以及负载生长因子等生物信号分子； 5）与植入部位组织的力学性能相匹配的结构强度，以在体内生物力学微环境中保持结构稳定性和完整性，并为植入细胞提高合适的微应力环境； 6）便于加工成理想的二维或三维结构，可以获得所需的组织或器官形状，易于重复制作，而且移植到体内后能保持原有形状。 组织工程支架材料主要包括： （1）天然可降解高分子材料。如胶原（collagen），其本身就是天然骨的组织成分。壳聚糖（chitosan），是甲壳素的衍生物。还有明胶、琼脂、葡聚糖、透明质酸。降解产物易被机体吸收，但强度和加工性能较差，降解速度无法调节。 （2）天然可降解无机材料。例如珊瑚是天然动物的骨骼，其中99％是磷酸钙。再如，珊瑚羟基磷灰石（CHA）。它们都具有天然珊瑚的多孔结构，有较好的孔隙率。能和靶细胞很好的黏附，而不影响增殖、分化、成骨。但加工困难。 （3）合成可降解高分子材料。常用的可降解合成高分子材料有聚乳酸[poly（lactic acid）,PLA],聚乙醇酸[poly(glycolic acid),PGA],聚己内酯(polycaprolactam, PCL)等。这类材料的降解产物可在体内代谢排除，对机体无害，可塑性较好。 （4）合成可降解无机材料。常用的主要有磷酸钙水泥(calcium phosphate cement,CPC)，羟基磷灰石(hydroxyapatite,HA),磷酸三钙( tricalcium phosphate, TCP),生物活性陶瓷如生物活性玻璃陶瓷( biological activity ceramic glass,BCG),细胞外基质陶瓷类材料等。 （5）复合材料。如:聚乳酸－羟基磷灰石 组织工程支架材料是根据材料用于不同人体组织，并根据具体替代组织具备的功能所设计的，包括：结构类组织工程支架材料（如骨、软骨、血管、神经、皮肤）和代谢类组织工程支架材料（如肝、脾、肾、膀胱等人工器官）。 一 骨组织工程支架材料 骨组织工程支架材料是具有一定强度并具有生物活性的可降解材料。 （1） 有一定机械强度以支撑组织的高强度材料，以保证材料植入人体后，有支撑体的重量，不改变骨骼形状。 （2） 有一定生物活性(具有骨传导性或骨诱导性)可诱导细胞生长、分化，并可被人体降解吸收。2、人工骨支架材料研究进展早期的人工骨支架材料都是非生物降解型的，这类材料有：高聚物（碳素