組織工程相關(guān)生物資料主要內(nèi)容基本概念支架設(shè)計(jì)及制備技術(shù)生物資料的外表工程展望與挑戰(zhàn)

組織工程運(yùn)用工程學(xué)和生命科學(xué)的原理與方法,將在體外培育、擴(kuò)增的功能相關(guān)的活細(xì)胞種植于多孔支架上,細(xì)胞在支架上增殖、分化,構(gòu)建生物替代物,然后將之移植到組織病損部位,到達(dá)修復(fù)、維持或改善損傷組織功能一門科學(xué)核心：建立由細(xì)胞和生物資料構(gòu)成的三維復(fù)合體三要素：種子細(xì)胞、信號(hào)因子(細(xì)胞因子或生長因子)支架資料根本概念支架資料細(xì)胞外基質(zhì)〔ECM〕成分膠原蛋白、蛋白多糖、糖胺聚糖、層連蛋白和彈性蛋白等作用 影響細(xì)胞形狀 促進(jìn)細(xì)胞遷移 調(diào)理細(xì)胞增殖和分化根本概念組織工程支架的要求符合生物平安性要求適宜的可生物降解吸收性適宜的孔尺寸、高孔隙率和相連的孔形狀特定的三維外形高外表積和適宜的外表理化性質(zhì)與植入部位組織力學(xué)性能相匹配的構(gòu)造強(qiáng)度支架設(shè)計(jì)及制備技術(shù)資料外表工程根本概念支架設(shè)計(jì)及制備技術(shù)支架資料天然高分子資料合成降解聚合物生物陶瓷生物復(fù)合資料天然高分子資料蛋白質(zhì)支架膠原明膠多糖支架海藻酸鹽殼聚糖透明質(zhì)酸蛋白質(zhì)－多糖支架支架設(shè)計(jì)及制備技術(shù)冷凍枯燥L(fēng)ieMa,etal.Collagen/chitosanporousscaffoldswithimprovedbiostabilityforskintissueengineering.Biomaterials2003;24:4833–41支架設(shè)計(jì)及制備技術(shù)參數(shù)：溶液濃度、冷凍溫度、冷凍時(shí)間和冷凍速率等浸沒沉淀相轉(zhuǎn)化堿性介質(zhì)殼聚糖溶液上層〔致密〕下層〔多孔〕Fwu-LongMi,etal.Fabricationandcharacterizationofasponge-likeasymmetricchitosanmembraneasawounddressing.Biomaterials2001;22:165-73支架設(shè)計(jì)及制備技術(shù)冷凍－凝膠Ming-HuaHo,etal.Preparationofporousscaffoldsbyusingfreeze-extractionandfreeze-gelationmethods.Biomaterials2004;25:129–38溶液冷凍凝膠溫度低于溶液凝結(jié)點(diǎn)支架設(shè)計(jì)及制備技術(shù)Morphologyofthechitosanandalginatescaffolds合成聚合物資料聚丙烯酸及其衍生物聚乙二醇及其共聚物聚乙烯醇聚交酯聚乳酸〔PLA〕聚〔D,L-乳酸-co-乙醇酸〕〔PLGA〕聚乙交酯〔PGA〕等支架設(shè)計(jì)及制備技術(shù)致孔劑致孔構(gòu)成氣體的鹽致孔水溶性致孔劑致孔冰晶致孔GuopingChen,etal.Developmentofbiodegradableporousscaffoldsfortissueengineering.MaterialsScienceandEngineering,2001;C17:63–9Morphologyofcross-sectionsofPLLAsponges支架設(shè)計(jì)及制備技術(shù)熱致相分別〔TIPS〕支架設(shè)計(jì)及制備技術(shù)均向聚合物溶液：高溫低溫淬熾熱力學(xué)形狀參數(shù)：聚合物濃度、溶劑/非溶劑組成、淬火過程及添加劑Fig.2.SEMimagesofthecrosssectionofmorphousPLGAfoamsasafunctionofcoarseningtime.Thefoamswerepreparedbycoarsening9%(w/v)polymersolutionat43Cfor0min(a),2min(b),10min(c),andthenquenchingbyliquidnitrogen.乳液冷凍枯燥WhangK,etal.Anovelmethodtofabricatebioabsorbablescaffolds.Polymer1995,36:837-42支架設(shè)計(jì)及制備技術(shù)真空枯燥液氮去離子水乳液聚合物去離子水冷凍枯燥超臨界二氧化碳〔SCCO2〕無殘留溶劑制備非晶相聚合物支架參數(shù)：壓差、減壓速率超臨界流體技術(shù)支架設(shè)計(jì)及制備技術(shù)其它形狀支架的制備技術(shù)微球基質(zhì) 靜電液滴、乳化纖維支架 靜電紡絲管狀支架 無紡網(wǎng)粘合 溶劑流涎和擠塑支架設(shè)計(jì)及制備技術(shù)支架設(shè)計(jì)及制備技術(shù)制備技術(shù)加工材料要求孔徑/m孔隙率/%結(jié)構(gòu)溶劑流涎鹽瀝濾流涎溶解30~300~90球狀孔徑、鹽粒會(huì)殘留擠出瀝濾模具熱塑性50~500<80球狀孔徑、鹽粒會(huì)殘留纖維粘合編織織物20~100<85孔隙結(jié)構(gòu)不規(guī)整乳液冷凍干燥流涎溶解20~200>90熱誘導(dǎo)相分離流涎溶解<100<97孔隙高度貫穿，微孔結(jié)構(gòu)超臨界流體技術(shù)流涎非晶相<5010~30非貫穿孔，微孔結(jié)構(gòu)三維打印固體自由成型溶解45~150<60100%貫穿孔（三角、五角、蜂窩狀）表：三維支架制備技術(shù)生物陶瓷磷酸鈣陶瓷聚磷酸鈣羥基磷灰石珊瑚〔碳酸鈣〕支架設(shè)計(jì)及制備技術(shù)生物資料外表對(duì)細(xì)胞的影響外表自在能外表蛋白質(zhì)吸附才干外表親水—疏程度衡外表荷電性能外表拓?fù)錁?gòu)造外表生物活性生物資料的外表工程仿生外表工程〔工程化生物資料外表引發(fā)特定的細(xì)胞生理呼應(yīng)，給細(xì)胞發(fā)明一個(gè)良好的人工ECM環(huán)境〕 要求：良好的生物相容性；適宜的外表親水－疏程度衡；具有較強(qiáng)的細(xì)胞識(shí)別功能；適宜的外表拓?fù)錁?gòu)造；可消除非特異性識(shí)別；易于加工和成型生物資料的外表工程生物大分子的外表固定化生物資料外表拓?fù)錁?gòu)造化生物大分子的外表固定化 將具有生物活性的大分子經(jīng)過物理吸附、包埋或化學(xué)鍵合的方法固定在資料的外表生物資料的外表工程生物活性大分子ECM黏附蛋白〔纖連蛋白、層連蛋白〕ECM多糖及其類似物〔透明質(zhì)酸、殼聚糖〕細(xì)胞黏附多肽〔RGD〕細(xì)胞活性因子生物大分子的外表固定化生物資料的外表工程生物大分子的外表固定化生物資料的外表工程引發(fā)特異性生物反響的外表抗非特異性吸附的外表生物大分子的外表固定化生物資料的外表工程Giemsastainingofhumanchondrocytesafter1hattachmentonsurfacewithout(a),with0.1mm(b)orwith1000mm(c)cyclicthiolRGD-peptide.BrigitteJeschke,et,al.RGD-peptidesfortissueengineerin