组织工程支架材料
互联网
3668
可以看到，用于组织工程的生物材料—组织工程支架材料是组织工程的基础，是组织工程领域中的一个不可或缺的环节，因此组织工程支架材料自然形成了组织工程的一大分支。
近年来，组织工程支架材料这一领域的研究极为活跃，人们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听研究和开发，同时，在诸如人工骨、软骨、神经、血管材料等各系统，都进行了大量的研究和控索。
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。组织工程支架材料包括：骨、软骨、血管、神经、皮肤和人工器官，如肝、脾、肾、膀胱等的组织支架材料。下面分别对这些组织工程支架材料加以叙述。
一、骨组织工程支架材料
1、人工骨的支架材料功能
人的骨头在人体中起一支撑人体重量，维持人体力学平衡的功能，因此，人工骨的组织工程支架材料必须具备以下两个功能。
（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） 有一定生物活性可诱导细胞生长、分化，并可被人体降解吸收。
在组织工程出现以前的第一种功能的材料为非降解性材料，仅起到支撑固定的作用。存在的一个问题是：在骨头愈合后，必须进行第二次手术取出这种材料。
第二种功能的材料主要是给细胞提供三维生长空间，其本身具有生活性，可诱导细胞分化生长和血管的长入，以形成活的骨组织，使其具有人骨的功能和作用。
以上两面三刀个对骨支架材料要求的条件可以归结为：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。
2、人工骨支架材料研究进展
人工骨支架材料可分为两类，即生物降解和非生物降解型。
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（碳素纤维，涤纶，特氟隆），金属材料（不锈钢，钴基合金，钛合金），生物惰性陶瓷（氧化铝，氧化锌，碳化硅），生物活性陶瓷（生物玻璃，羟基磷灰石，磷酸钙）等。
这些材料的特点是机械强度高（耐磨、耐疲功、不变形等，生物惰性（耐酸碱、耐老化、不降解）。但存在二次手术问题，因此人们开始研究使用可生物降解并具有生物活性的材料，这类材料有纤维蛋白凝胶、胶原凝胶、聚乳酸、聚醇酸及其共聚体、聚乳酸和聚羟基酸类、琼脂糖、壳聚糖和透明质酸等多糖类。
近年来，组织工程支架材料这一领域的研究极为活跃，人们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听研究和开发，同时，在诸如人工骨、软骨、神经、血管材料等各系统，都进行了大量的研究和控索。
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。组织工程支架材料包括：骨、软骨、血管、神经、皮肤和人工器官，如肝、脾、肾、膀胱等的组织支架材料。下面分别对这些组织工程支架材料加以叙述。
一、骨组织工程支架材料
1、人工骨的支架材料功能
人的骨头在人体中起一支撑人体重量，维持人体力学平衡的功能，因此，人工骨的组织工程支架材料必须具备以下两个功能。
（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） 有一定生物活性可诱导细胞生长、分化，并可被人体降解吸收。
在组织工程出现以前的第一种功能的材料为非降解性材料，仅起到支撑固定的作用。存在的一个问题是：在骨头愈合后，必须进行第二次手术取出这种材料。
第二种功能的材料主要是给细胞提供三维生长空间，其本身具有生活性，可诱导细胞分化生长和血管的长入，以形成活的骨组织，使其具有人骨的功能和作用。
以上两面三刀个对骨支架材料要求的条件可以归结为：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。
2、人工骨支架材料研究进展
人工骨支架材料可分为两类，即生物降解和非生物降解型。
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（碳素纤维，涤纶，特氟隆），金属材料（不锈钢，钴基合金，钛合金），生物惰性陶瓷（氧化铝，氧化锌，碳化硅），生物活性陶瓷（生物玻璃，羟基磷灰石，磷酸钙）等。
这些材料的特点是机械强度高（耐磨、耐疲功、不变形等，生物惰性（耐酸碱、耐老化、不降解）。但存在二次手术问题，因此人们开始研究使用可生物降解并具有生物活性的材料，这类材料有纤维蛋白凝胶、胶原凝胶、聚乳酸、聚醇酸及其共聚体、聚乳酸和聚羟基酸类、琼脂糖、壳聚糖和透明质酸等多糖类。
目前研究和使用的骨组织支架材料是降解材料或降解和非降解材料的结合。
二、神经组织工程支架材料
理想的人工神经是一种特定的三维结构支架的神经导管，可接纳再生轴突长入，对轴突起机械引导作用，雪旺细胞支架内有序地分布，分泌NTFs等发挥神经营养作用，并表达CAM、分泌ECM，支持引导轴突出再生。
以往用于桥接神经缺损的神经套管材料有硅胶管、聚四氟乙烯、聚交酯、壳聚糖等。如以硅胶管为外支架，管内平行放置8根尼龙钱作为内支架的“生物性人工神经移植体”。
目前用于人工神经导管研究的可降解吸收材料有聚乙醇酸（PGA）、聚乳酸（PLA）及它们的共聚物等。也有用聚丙烯腈（PAN）和聚氯乙烯（PVC）的共聚物制作神经导管，内壁具有半透膜性质，仅能允许分子量小于50KD的物质通过，使再生轴突能从导管外获取营养物质和生长因子，并避免纤维疤痕组织的侵入。但因其不能降解，在完成引导再生轴突通过神经缺损段之后，仍将长期留存于体内，有可能对神经造成卡压。
戴传昌、曹谊林制备了聚羟基乙酸（PGA）纤维支架，其上接种体外培养扩增的雪旺细胞（SC）形成一种组织工程化周围神经桥接物。沈尊理等则利用生物可吸收纤维PDS作为胶原神经导管内部的三维支架结构，种植雪旺细胞，形成一种人工神经。叶震海、顾立强利用自行研制的PLA管作为外围的神经导管，以生物可吸收缝线PGA纤维作为内部纵行三维支架结构，种植SC；发现SC可以贴附于PLA管壁、PGA纤维生长，引导再生轴突生长向前。
选择适宜的生物材料，使SC与生物材料粘附，加入生长因子，对细胞外基质与可降解吸收生物材料经体外培养，在体内预制呈类似神经样SC基膜管结构（众多纵行中空管奖结构），使人工神经血管化或预制带血管蒂，并保证SC存活、增殖并有活性，这此将成为今后的研究热点。
神经修复的组织工程支架材料一类是取自于自体的神经、骨骼肌、血管、膜管的天然活性材料，另一类是非生物活性材料，例如脱钙骨管、尼龙纤维管、硅胶管、聚氨酯等。神经支架材料的功能有两种。
（1） 必须为神经的恢复提供所需的三维空间，即要保证神经导管具有合适的强度、硬度和弹性，使神经具有再生的通道。
（2） 要保证其有理想的双层结构：外层提供必要的强度，为毛细血管和纤维组织长入提供营养的大孔结构；内层则可起到防止结缔组织长入而起屏障作用的紧密结构。因此，神经修复所用支架材料一般为：外层是强度大、降解速率慢的可降解材料，内层为具细胸生长活性的降解材料。用于神经修复的内层材料多为胶原和多糖。目前研究和使用的多为胶原和聚乳酸的杂化材料。
三、血管组织工程支架材料
血管支架材料类似于神经支架材料，其结构上也分为双层，但内层不同于神经支架材料的是其为与血液相容性好的生物活性材料，该类材料要求不仅具有生物活性，同时还要具有抗凝血和抗容血作用。这类材料一般为经过表面修饰的降解材料，外层材料必须为保证内层材料细胞生长提供一定的支撑强度、抗拉强度和韧性。
1、血管支架材料的类型
最早的外层材料一般为尼龙、聚酯等无纺布或无纺网等。目前，该类材料应用较多的为胶原或明胶蛋白包埋的或表面处理的可降解材料的无纺网，例如：聚乳酸、聚羟基酸和多肽等的无纺布或无纺网等。
2、血管支架材料的研究进展
20世纪50年代问世的Dacron是最早应用的人工血管，由于它对凝血系统有激活作用而只能对大口径血管有较短的替代作用。以后又开发利用四氟乙烯（ＰＴＦＥ）、聚氨基甲酸乙酯（Ｐoroussegmented Polyurethane）、膨体聚四氟乙烯（e-ＰＴＦＥ）等，并通过多种方法改变材料的物理性状、表面特点，以达到血管植入的要求。
（1）人工材料上打孔，使之形成多微孔结构，一者提高材料的顺应性，与自体血管弹性相匹配，二者使用周围毛细血管内皮细胸通过微孔长入内膜层，覆盖内表面。Ａlexander.w.Clowes证实６０pePTFE移植后形成内皮细胞层，主要依靠周围毛细血管经微孔处长大，而不是吻合口两端内皮细胞的延伸生长，（两端的延伸仅约２cm），并指出完整的内膜层会减少平滑肌的过度增和。Ｍatsuda采用激光在聚氨基甲酸乙酯膜上打孔，促进内皮细胞的爬行覆疬。
（2） 采用各种可降解涂层以减轻血小板及血细胞的粘集，并希望随着涂层逐步降解，内皮细胸逐步爬行覆盖。Ｓatoshiniu等采用多聚环氧化合物做交联剂，在人工血管上形成明胶－肝素涂层抑制血小板的聚集、纤维素的形成，同时利于吻合口内膜的长入。Ｈimyukinkito在血管假体内表面涂布硫酸软骨素（ＣＳ）及透明质酸（ＨＡ），外表面涂以明胶层，以达到内表面抗血小板、血细胞吸附，外表面吸引周围组织长入的目的。ＡrumaＮ在内膜剥脱的血管周围放置浸有内皮细胞的明胶海绵，利于内皮细胞的迁移及旁分泌等作用减少内膜的增生。
（3） 人工血管内皮化 由于内皮细胞在抗血栓形成、抑制血小板聚集、分泌血管活性因子等方面的重要作用，人们很早就设想在人工血管内表面形成内皮细胞的衬里，以达到模拟自体管的目的。宿主内皮细胞由吻合口向人工血管内迁徙仅限于吻合口周２cm，而毛细血管通过管壁的长入、循环内皮在人工血管表面的沉积这两种途径的原因、机制效果不清，有待进一步研究。于是将新鲜获取或体外培养的内皮细胞址接种植于人工血管的内表面，成为首选的努力方向。
四、肌腱组织工程支架材料
1、肌腱与韧带支架材料的功能
肌腱与韧带组织中的功能细胞分别是肌腱细胞和成纤维细胞，二者在组织来源上均属成纤维细胞型，但肌腱细胞分泌Ｉ型胶原，而成纤维细胞分泌Ｉ、Ⅱ 型胶原。因此，肌腱组织支架材料必须可降解，但一定要是降解时间较长的材料。
2、肌腱与韧带支架材料类型
20世纪70年代肌腱支架材料一般使用硅橡胶、尼龙聚酯、碳纤维等，目前使用的多是聚酯聚二氧杂环烷等。
五、皮肤组织工程支架材料
人工皮肤材料在生物医学工程材料中已有论述，在此不再赘述。
二、神经组织工程支架材料
理想的人工神经是一种特定的三维结构支架的神经导管，可接纳再生轴突长入，对轴突起机械引导作用，雪旺细胞支架内有序地分布，分泌NTFs等发挥神经营养作用，并表达CAM、分泌ECM，支持引导轴突出再生。
以往用于桥接神经缺损的神经套管材料有硅胶管、聚四氟乙烯、聚交酯、壳聚糖等。如以硅胶管为外支架，管内平行放置8根尼龙钱作为内支架的“生物性人工神经移植体”。
目前用于人工神经导管研究的可降解吸收材料有聚乙醇酸（PGA）、聚乳酸（PLA）及它们的共聚物等。也有用聚丙烯腈（PAN）和聚氯乙烯（PVC）的共聚物制作神经导管，内壁具有半透膜性质，仅能允许分子量小于50KD的物质通过，使再生轴突能从导管外获取营养物质和生长因子，并避免纤维疤痕组织的侵入。但因其不能降解，在完成引导再生轴突通过神经缺损段之后，仍将长期留存于体内，有可能对神经造成卡压。
戴传昌、曹谊林制备了聚羟基乙酸（PGA）纤维支架，其上接种体外培养扩增的雪旺细胞（SC）形成一种组织工程化周围神经桥接物。沈尊理等则利用生物可吸收纤维PDS作为胶原神经导管内部的三维支架结构，种植雪旺细胞，形成一种人工神经。叶震海、顾立强利用自行研制的PLA管作为外围的神经导管，以生物可吸收缝线PGA纤维作为内部纵行三维支架结构，种植SC；发现SC可以贴附于PLA管壁、PGA纤维生长，引导再生轴突生长向前。
选择适宜的生物材料，使SC与生物材料粘附，加入生长因子，对细胞外基质与可降解吸收生物材料经体外培养，在体内预制呈类似神经样SC基膜管结构（众多纵行中空管奖结构），使人工神经血管化或预制带血管蒂，并保证SC存活、增殖并有活性，这此将成为今后的研究热点。
神经修复的组织工程支架材料一类是取自于自体的神经、骨骼肌、血管、膜管的天然活性材料，另一类是非生物活性材料，例如脱钙骨管、尼龙纤维管、硅胶管、聚氨酯等。神经支架材料的功能有两种。
（1） 必须为神经的恢复提供所需的三维空间，即要保证神经导管具有合适的强度、硬度和弹性，使神经具有再生的通道。
（2） 要保证其有理想的双层结构：外层提供必要的强度，为毛细血管和纤维组织长入提供营养的大孔结构；内层则可起到防止结缔组织长入而起屏障作用的紧密结构。因此，神经修复所用支架材料一般为：外层是强度大、降解速率慢的可降解材料，内层为具细胸生长活性的降解材料。用于神经修复的内层材料多为胶原和多糖。目前研究和使用的多为胶原和聚乳酸的杂化材料。
三、血管组织工程支架材料
血管支架材料类似于神经支架材料，其结构上也分为双层，但内层不同于神经支架材料的是其为与血液相容性好的生物活性材料，该类材料要求不仅具有生物活性，同时还要具有抗凝血和抗容血作用。这类材料一般为经过表面修饰的降解材料，外层材料必须为保证内层材料细胞生长提供一定的支撑强度、抗拉强度和韧性。
1、血管支架材料的类型
最早的外层材料一般为尼龙、聚酯等无纺布或无纺网等。目前，该类材料应用较多的为胶原或明胶蛋白包埋的或表面处理的可降解材料的无纺网，例如：聚乳酸、聚羟基酸和多肽等的无纺布或无纺网等。
2、血管支架材料的研究进展
20世纪50年代问世的Dacron是最早应用的人工血管，由于它对凝血系统有激活作用而只能对大口径血管有较短的替代作用。以后又开发利用四氟乙烯（ＰＴＦＥ）、聚氨基甲酸乙酯（Ｐoroussegmented Polyurethane）、膨体聚四氟乙烯（e-ＰＴＦＥ）等，并通过多种方法改变材料的物理性状、表面特点，以达到血管植入的要求。
（1）人工材料上打孔，使之形成多微孔结构，一者提高材料的顺应性，与自体血管弹性相匹配，二者使用周围毛细血管内皮细胸通过微孔长入内膜层，覆盖内表面。Ａlexander.w.Clowes证实６０pePTFE移植后形成内皮细胞层，主要依靠周围毛细血管经微孔处长大，而不是吻合口两端内皮细胞的延伸生长，（两端的延伸仅约２cm），并指出完整的内膜层会减少平滑肌的过度增和。Ｍatsuda采用激光在聚氨基甲酸乙酯膜上打孔，促进内皮细胞的爬行覆疬。
（2） 采用各种可降解涂层以减轻血小板及血细胞的粘集，并希望随着涂层逐步降解，内皮细胸逐步爬行覆盖。Ｓatoshiniu等采用多聚环氧化合物做交联剂，在人工血管上形成明胶－肝素涂层抑制血小板的聚集、纤维素的形成，同时利于吻合口内膜的长入。Ｈimyukinkito在血管假体内表面涂布硫酸软骨素（ＣＳ）及透明质酸（ＨＡ），外表面涂以明胶层，以达到内表面抗血小板、血细胞吸附，外表面吸引周围组织长入的目的。ＡrumaＮ在内膜剥脱的血管周围放置浸有内皮细胞的明胶海绵，利于内皮细胞的迁移及旁分泌等作用减少内膜的增生。
（3） 人工血管内皮化 由于内皮细胞在抗血栓形成、抑制血小板聚集、分泌血管活性因子等方面的重要作用，人们很早就设想在人工血管内表面形成内皮细胞的衬里，以达到模拟自体管的目的。宿主内皮细胞由吻合口向人工血管内迁徙仅限于吻合口周２cm，而毛细血管通过管壁的长入、循环内皮在人工血管表面的沉积这两种途径的原因、机制效果不清，有待进一步研究。于是将新鲜获取或体外培养的内皮细胞址接种植于人工血管的内表面，成为首选的努力方向。
四、肌腱组织工程支架材料
1、肌腱与韧带支架材料的功能
肌腱与韧带组织中的功能细胞分别是肌腱细胞和成纤维细胞，二者在组织来源上均属成纤维细胞型，但肌腱细胞分泌Ｉ型胶原，而成纤维细胞分泌Ｉ、Ⅱ 型胶原。因此，肌腱组织支架材料必须可降解，但一定要是降解时间较长的材料。
2、肌腱与韧带支架材料类型
20世纪70年代肌腱支架材料一般使用硅橡胶、尼龙聚酯、碳纤维等，目前使用的多是聚酯聚二氧杂环烷等。
五、皮肤组织工程支架材料
人工皮肤材料在生物医学工程材料中已有论述，在此不再赘述。
六、 角膜组织工程支架材料
人工角膜材料要求透明，吸水，有一定的机械强度，屈光性好等特点，同时，要求可降解。以前常用的材料为HAMA、PMMA，近来来，多采用胶原和聚醇酸等材料。
七、 肝、胰、肾、泌尿系统组织工程支架材料
肝、胰、肾、泌尿系统使用的组织工程支架材料多为可降解材料，目前这方面研究和使用的材料，主要以天然蛋白、多糖与合成高聚物杂化的可降解材料。例如：用于肝组织工程支架的血纤维和聚乳酸，用于泌尿系统的聚乙醇酸等。
人工角膜材料要求透明，吸水，有一定的机械强度，屈光性好等特点，同时，要求可降解。以前常用的材料为HAMA、PMMA，近来来，多采用胶原和聚醇酸等材料。
七、 肝、胰、肾、泌尿系统组织工程支架材料
肝、胰、肾、泌尿系统使用的组织工程支架材料多为可降解材料，目前这方面研究和使用的材料，主要以天然蛋白、多糖与合成高聚物杂化的可降解材料。例如：用于肝组织工程支架的血纤维和聚乳酸，用于泌尿系统的聚乙醇酸等。
<center> <p> </p> <p> </p> </center>
