中国组织工程研究 第18卷 第39期 2014–09–17出版
Chinese Journal of Tissue Engineering Research September 17, 2014 Vol.18, No.39
ISSN 2095-4344 CN 21-1581/R CODEN: ZLKHAH
6359www.CRTER .org
朱祥，男，1988年生，河南省驻马店市人，汉族，天津中医药大学在读硕士，主要从事神经内科、组织工程及三维打印等方面研究。
并列第一作者：陈旭义，男，浙江省温州市人，汉族，博士，主治医师，硕士生导师，主要从事神经创伤与再生、组织工程、三维打印、生物力学研究及神经外科专业。
通讯作者：涂悦，教授，硕士生导师，武警后勤学院附属医院脑系科，天津市 300162
doi:10.3969/j.issn.2095-4344. 2014.39.022 [https://www.doczj.com/doc/0d12552947.html,]
中图分类号:R318 文献标识码:A 文章编号:2095-4344 (2014)39-06359-05 稿件接受：2014-09-01
Zhu Xiang, Studying for master’s degree, Tianjin University of Traditional Chinese Medicine, Tianjin 300193, China
Chen Xu-yi, M.D., Attending physician, Master’s supervisor, Department of Brain, Affiliated Hospital of Logistics College of CAPF, Tianjin 300162, China
Zhu Xiang and Chen Xu-yi contributed equally to this work.
Corresponding author: Tu Yue, Professor, Master’s supervisor, Department of Brain, Affiliated Hospital of Logistics College of CAPF, Tianjin 300162, China
Accepted: 2014-09-01
胶原及丝素蛋白支架材料在脊髓组织工程中的应用
朱 祥1，陈旭义2，刘英富3，邢 冉1，涂 悦2 (1天津中医药大学，天津市 300193；2武警后勤学院附属医院脑系科，天津市 300162；
3
武警后勤学院临床医学系，天津市 300309)
文章亮点：
1 此问题已知的信息：目前在国内外，丝素蛋白或胶原蛋白已应用在神经系统修复方面，尤其在脊髓组织工程中也有一定的应用。由于脊髓组织的软组织特性，用于植入脊髓的支架材料常选用含水量高，且力学特性类似脊髓的材料，以胶原及丝素蛋白材料为构架的脊髓生物支架，已被证实可以修复或部分修复受损的脊髓神经功能。
2 文章增加的新信息：文章综述了胶原蛋白及丝素蛋白作为生物支架材料在脊髓组织工程中的应用，且胶原蛋白和丝素蛋白结合形成的复合支架材料能够把这两种生物材料的优点结合起来，更好地应用在脊髓组织工程中。除了用静电纺丝法制备复合支架材料外，快速成型三维打印技术也可能成为一种复合支架材料的制备方法。
3 临床应用的意义：文章对胶原蛋白及丝素蛋白的结构、特性、在脊髓组织工程中的应用，进行归纳总结，为后期进一步研究与开发相关的组织工程支架奠定重要的实验基础。 关键词：
生物材料；材料相容性；胶原蛋白；丝素蛋白；脊髓损伤；组织工程；国家自然科学基金 主题词：
胶原；丝素蛋白；脊髓损伤 基金资助：
天津市科技支撑计划重点项目(14ZCZDGX00500)；国家自然科学基金青年项目(11102235)；天津市自然科学基金重点项目(12JCZDJC24100)；天津市卫生局科技基金项目(2013KZ134)；武警后勤学院附属医院种子基金项目(FYM201432)
摘要
背景：以胶原及丝素蛋白材料为构架的脊髓生物支架，已被证实可以修复或部分修复受损的脊髓神经功能。 目的：介绍胶原蛋白和丝素蛋白的部分特性，并对近年来其作为支架材料在脊髓组织工程中的应用及进展作一综述。
方法：应用计算机检索CNKI 和PubMed 数据库中2003年1月至2012年10月关于胶原蛋白及丝素蛋白支架材料在脊髓损伤中应用的文章，在主题和摘要中中文以“胶原蛋白，丝素蛋白，支架材料，脊髓损伤”为检索词检索；英文以“collagen ；silk fibroin ；spinal cord injury ”为检索词进行检索。
结果与结论：胶原蛋白具有低抗原性、优良的生物相容性和生物降解性，本身及其降解产物在人体内不会引起炎症反应，但存在降解速度过快及力学性能差等缺点。丝素蛋白具有良好的生物相容性及优良的力学性能，但降解速度较慢。将胶原蛋白和丝素蛋白用静电共纺的方法制备成复合体，可以在保持良好生物相容性的基础上，提高材料的物理性能。目前，国内外已对丝素或胶原蛋白材料在神经系统修复方面的应用做了一些研究，为脊髓组织工程奠定了一些基础；又考虑到胶原和丝素材料与脊髓软组织的特性和力学性能相似，胶原/丝素蛋白复合材料有望成为脊髓组织工程理想的支架材料。
朱祥，陈旭义，刘英富，邢冉，涂悦.胶原及丝素蛋白支架材料在脊髓组织工程中的应用[J].中国组织工程研究，2014，18(39):6359-6363.
Application of collagen and silk fibroin scaffolds in spinal cord tissue engineering
Zhu Xiang 1
, Chen Xu-yi 2
, Liu Ying-fu 3
, Xing Ran 1
, Tu Yue 2 (1
Tianjin University of Traditional Chinese Medicine, Tianjin 300193, China; 2Department of Brain, Affiliated Hospital of Logistics College of CAPF, Tianjin 300162, China; 3Department of Clinical Medicine, Logistics College of CAPF, Tianjin 300309, China)
Abstract
BACKGROUND: Collagen and silk fibroin materials for construction of spinal cord scaffolds have been proven to repair or partially repair damaged spinal cord nerve function.
OBJECTIVE: To introduce partial characteristics of the collagen and silk fibroin and to review the recent progress and application as scaffolds in spinal cord tissue engineering.
METHODS: A computer-based search of CNKI and PubMed databases (2003-01/2012-10) was performed for articles addressing the application of collagen and silk fibroin scaffolds in spinal cord injury with the keywords of “collagen, silk fibroin, scaffold, spinal cord injury” in Chinese and English, respectively.
RESULTS AND CONCLUSION: Collagen has low antigenicity, good biocompatibility and biodegradability. Collagen and its degradation products can cause no inflammatory reactions in the body, but have the disadvantages of rapid
P .O. Box 10002, Shenyang 110180 https://www.doczj.com/doc/0d12552947.html,
6360
degradation and poor mechanical properties. Silk fibroin has good biocompatibility and excellent mechanical properties, but its degradation is slow. The collagen and silk fibroin are compounded using an electrostatic spinning technology to improve the physical properties of the material on the basis of maintaining good biocompatibility. At present, fibroin or collagen materials in terms of nervous system repair have been studied, laying some foundation for spinal cord tissue engineering. Considering the similar characteristics and mechanics performance to the spinal cord tissue, collagen/silk fibroin composite materials are expected to become the ideal scaffold materials for spinal cord tissue engineering.
Subject headings: collagen; silk; spinal cord injuries
Funding: the Science and Technology Support Program of Tianjin, No. 14ZCZDGX00500; the National Natural Science Foundation of China, No. 11102235; the Natural Science Foundation of Tianjin, No. 12JCZDJC24100; the Scientific
Fund of Tianjin Health Bureau, No. 2013KZ134; the Seed Fund of the Affiliated Hospital of Logistics College of CAPF, No. FYM201432
Zhu X, Chen XY, Liu YF, Xing R, Tu Y. Application of collagen and silk fibroin scaffolds in spinal cord tissue engineering. Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu. 2014;18(39):6359-6363.
0 引言 Introduction
脊髓损伤引起的肢体功能障碍是医学界难以解决的一个难题，由于缺乏诱导和促进神经再生的微环境使损伤后的再生受阻。其治疗策略是促进、引导近端脊髓的神经轴突向远端生长，同时抑制损伤后产生的不利病理生理反应。但是，由于脊髓其本身结构及功能的特殊性，脊髓损伤修复方面的研究仍难以取得较大突破。脊髓损伤存在轴突破坏，但是当神经内膜的连续性完整无损(例如挤压伤)的时候，轴突在原来的基膜内再生，并且可以彻底痊愈。但是至今还无法用肉眼或仪器设备去正确地分辨脊髓神经的运动神经束和感觉神经束，所以无法人为地通过手术方法去正确实现同类神经束的吻合修复，结果常常造成神经束之间重叠、扭曲、偏位和滑脱，以及吻合口部结缔组织增生等阻碍近端轴突再生和恢复不良的后果。对于断端间有缺损的损伤，由于断端神经胶质细胞的增生和外周神经结缔组织的增生会形成瘢痕组织，从而阻碍再生神经纤维的向前增长，使再生纤维达不到原位而失去功能。因此为防止过多的结缔组织在两断端间生长，必须移植他物填充或进行桥接诱导修复。
近年来，随着组织工程学的不断进展，新材料、新工艺的不断涌现，采用脊髓组织工程的方法可以改善抑制神经再生的微环境，使得脊髓损伤修复出现新的希望。一个理想的支架材料应具备可生物降解和释放药物的能力，与宿主组织相似的力学性能；易于制备；具备良好的细胞黏附性和生物相容性，以减少炎症和免疫反应[1]。目前，脊髓组织工程中的支架材料可分为合成的聚合物材料和生物型材料。人工合成的聚合物材料虽然也能为神经再生起到通道作用，但由于不能在体内被降解和吸收，阻碍近端轴突的再生，从而导致恢复不良，所以用于脊髓组织工程的支架材料趋向于生物可降解型材料。脊髓支架材料为受损神经创造一个既有桥接诱导作用又具有使受损神经免受周围组织机械或组织学影响的屏障作用，能从中得到充分营养的微环境。同时，脊髓支架材料可减少胶质瘢痕形成，支架内的细胞黏附区域，可以引导轴突生长并穿越胶质瘢痕，达到促进神经功能恢复的目的[2]。由于脊髓组织
的软组织特性，用于植入脊髓的支架材料常选用含水量高，且力学特性类似脊髓的材料，以胶原及丝素蛋白材料为构架的脊髓生物支架，已被证实可以修复或部分修复受损的脊髓神经功能[3]。文章分别介绍了胶原蛋白和丝素蛋白的部分特性并回顾了近年来作为支架材料在脊髓组织工程中的应用及进展。
1 资料和方法 Data and methods
1.1 资料来源 由第一作者应用计算机检索CNKI 数据库(https://www.doczj.com/doc/0d12552947.html,/kns/)和PubMed 数据库(http://www. https://www.doczj.com/doc/0d12552947.html,/pubmed/)相关文献。检索时间范围为2003年1月至2012年10月。中文以“胶原蛋白，丝素蛋白，支架材料，脊髓损伤”检索中国期刊全文数据库(CNKI)获得相关中文文献；英文以“collagen ；silk fibroin ；spinal cord injury ”为检索词检索PubMed 数据库。共检索到文献246篇。 1.2 入选标准
纳入标准：与胶原蛋白支架、丝素蛋白支架及脊髓组织工程有关的文献。
排除标准：与纳入标准无关或者重复的文献。
1.3 质量评估 初检得到200篇英文文献，46篇中文文献。阅读标题和摘要进行初筛，排除与研究目的不符和重复性文章；查阅全文，判断与纳入标准一致的文章，最后选择34篇符合标准的文献。
2 结果 Results 2.1 胶原蛋白
2.1.1 胶原蛋白的结构 胶原蛋白是细胞外基质的一种结构蛋白，不同于一般蛋白质的双螺旋结构，由3条多肽链组成，每条多肽链都左旋形成左手螺旋结构，再以氢键相互咬合组成右手超螺旋结构。胶原的螺旋区段是由左旋a 链相互缠绕而成，最大的特征是氨基酸呈现(Gly-X-Y)n 周期性排列，其中X 、Y 位置为羟脯氨酸(Hyp)和脯氨酸(PrO)，这两种是胶原特有的氨基酸[4]。3条多肽链中的α-肽链借范德化力、氢键及共价交联以平行、右手螺旋形式
ISSN 2095-4344 CN 21-1581/R CODEN: ZLKHAH
6361
文献检索流程图：
缠绕成3股螺旋结构，使胶原蛋白具有很高的拉伸强度[5]。胶原蛋白含有细胞的特殊黏附位点Arg-Gly-Asp(RGD)序列，使其具有良好的生物相容性，但单一的胶原蛋白构建三维多孔网状支架结构的能力较差，结构不稳定。胶原蛋白具有的整合结合位点，能与细胞表面的整合素识别并结合，通过生长因子(如神经营养蛋白)进一步增强对神经元的再生[6]。
2.1.2 胶原蛋白的特性 胶原蛋白是一种在组织工程中广泛使用的生物材料，具有低抗原性，优良的生物相容性和生物降解性，本身及其降解产物在人体内不会引起炎症反应，也避免了植入后再次手术取出对身体造成的伤害[7]。Gerburg 等[8]对Ⅰ/Ⅲ型胶原复合导管的生物相容性进行了研究，结果表明术后5-7 d 导管与宿主得到很好结合。由胶原蛋白制成的生物支架材料，其本身的半通透性有利于营养物质从机体中进入到支架；胶原蛋白支架材料有利于桥接脊髓损伤后轴突的再生，引导轴突的方向性生长[9]。胶原蛋白支架还可以与抗体、神经营养因子等结合，在大鼠脊髓损伤模型中作为药物缓释系统的载体，支持损伤处神经的连接，促进神经的再生和功能的恢复[10-11]。贾骏等[12]研究表明聚乳酸-羟基乙酸共聚物的纳米纤维支架经胶原改性后，改善了所述细胞的相容性。胶原凝胶、功能化胶原凝胶均具有良好的细胞相容性，神经生长因子活化的胶原蛋白能更好地促进大鼠脊髓神经功能的恢复[13]。但胶原蛋白在体内存在降解较快和力学性能差等缺点，诱导组织再生的胶原蛋白在修复较大的脊髓缺损时很容易降解，不能很好地充当脊髓再生的支架；要满足胶原蛋白在脊髓组织工程中应用的要求，除了对其本身进行改性和加工外，还需要寻找互补的天然高分子材料。
2.1.3 胶原蛋白在脊髓组织工程中的应用 已有研究证实，以胶原蛋白为支架材料植入脊髓损伤部位，神经细胞能够存活生长并促进轴突生长[14]。神经营养因子3对胶原蛋白结合域功能的重组，使其溶解到Ⅰ型胶原蛋白
支架上，这些支架随后被植入到大鼠横断脊髓部位而起到作用，改善了脊髓损伤后的大鼠运动功能[15]。
Yoshii 等[16]在大鼠横断脊髓中植入了胶原蛋白支架，使脊髓功能得到了明显恢复。Liu 等[17]认为表皮生长因子受体的抗体与功能化胶原蛋白支架的结合，对脊髓损伤后神经分化和修复有积极的促进作用，在这个过程中，胶原蛋白支架提供了一个可以引入额外刺激以改善脊髓损伤后恢复的平台。Liu 等[18]将胶原蛋白制成的导管植入到动物脊髓半横断的腔隙，伤后9个月在脊髓损伤处发现神经纤维通过胶原蛋白导管从头侧生长到尾侧。吴立志等[19]将胶原蛋白与许旺细胞共移植到成年大鼠脊髓完全横断损伤处，3个月后观察发现动物后肢的自主运动功能有了显著恢复；通过免疫荧光发现神经元的轴突能在脊髓内穿越损伤区再生。Giannetti 等[20]将结合胶原的羟化异丁酸多孔海绵支架植入到脊髓半切损伤的SD 大鼠损伤处，2-4个月后的观察显示损伤处的纤维胶质瘢痕较少，有大量轴突进入多孔胶原海绵生长并贯穿整个支架。Han 等[21]将抑制神经生长的中和性抗体表皮生长因子受体与神经保护蛋白脑源性神经营养因子(brain derived neurophic factor ，BDNF)联合负载到胶原蛋白支架上，成功地促进了脊髓横断损伤后的再生和神经功能恢复。 2.2 丝素蛋白
2.2.1 丝素蛋白的结构 丝素蛋白是从蚕丝中提取的天然高分子纤维蛋白，主要由丝氨酸、丙氨酸、酪氨酸、乙氨酸和脯氨酸等组成，一条L 链和一条H 链通过S-S 键结合，由于丝素蛋白主要成分中的氨基酸有氨基，易形成具有β折叠结晶结构的氢键，所以不溶于水。但在碱性溶液中，β折叠结晶结构被破坏后分解，降低了力学强度。丝素蛋白具有良好的透湿性和透气性，对水和氧的通透性较好，可被蛋白酶降解成被机体吸收的氨基酸或寡肽。蚕丝具有良好的柔韧性，在材料本身的性能上与神经相接近[22]。
2.2.2 丝素蛋白的特性 丝素蛋白与细胞良好的生物相容性是其作为组织工程支架材料最基本的条件，丝素蛋白材料能够支持骨髓间充质干细胞、表皮细胞、成纤维细胞、神经细胞、嗅鞘细胞、血管内皮细胞等多种细胞的黏附、生长、发育、增殖、分化等[23]。
Yang 等[24]将冷冻干燥法制成的丝素蛋白支架植入到兔的皮下，6个月后质量降解到初始质量的65.7%，表明丝素蛋白支架材料能被生物降解和吸收且降解速率较慢；又联合静电纺丝技术制备出丝素蛋白神经导管修复SD 大鼠的坐骨神经缺损，发现6个月后大鼠的坐骨神经损伤处愈合良好，证明了丝素蛋白生物材料能促进轴突的延伸和神经的再生。汤欣等[25]将海马神经元与丝素蛋白在体外共培养一段时间后，通过免疫细胞化学染色显示神经元突起生长，说明了中枢神经系统的神经组
P .O. Box 10002, Shenyang 110180 https://www.doczj.com/doc/0d12552947.html,
6362
织细胞可以在丝素纤维表面生长、迁移。Dal Pra 等[26]将丝素蛋白支架植入到大鼠皮下，6个月后观察支架周围的新生组织无明显的T 细胞免疫反应，也没有纤维化生成。Rebecca 等[27]也将丝素蛋白支架植入到大鼠的皮下，观察1年，发现只引起轻微的免疫反应，大多数丝素蛋白支架在2-6个月内完全降解。这些都证明了丝素蛋白具有良好的生物相容性和生物降解性。Meinel 等[28]发现了丝素蛋白的免疫原性较低，不会引起明显的免疫应答和炎症反应，有利于细胞的黏附、分化和组织的形成。丝素蛋白材料能被降解和吸收，降解速率与丝素蛋白支架的结构和形貌有密切关系。一般来说，支架材料的孔隙越小孔隙越均匀，材料的机械性能越好，降解速率越慢[29]。有研究发现不同的冻干温度会影响到丝素蛋白空隙的大小和孔隙率，而高浓度的丝素蛋白溶液容易形成较小的孔隙[30]。与其他天然纤维蛋白相比，丝素蛋白生物力学性能较好，在体内降解较慢，降解产物与周围组织生物相容性好，并对组织有营养和修复作用。 2.2.3 丝素蛋白在脊髓组织工程中的应用 目前，国内外的研究已初步证明了丝素蛋白在神经修复方面的优势。丝素蛋白支架具备了作为脊髓组织工程支架的基本条件，使脊髓的可塑性增强。Fitch 等[31]研究发现丝素蛋白支架可以对脊髓的断段起到桥接作用，支架移植后可以通过促进抑制分子的表达进而抑制瘢痕的形成，为细胞和分子的迁移提供了支持。王新宏[32]将丝素蛋白支架移植到SD 大鼠脊髓全横断处，通过观察脊髓损伤后胶质瘢痕的形成和功能改善情况，发现丝素蛋白移植组较空白对照组形成的瘢痕组织少，并且移植组的BBB 评分较高，研究结果表明丝素蛋白支架对减少胶质瘢痕和促进轴突的再生有一定作用。Shen 等[33]将嗅鞘细胞与丝素蛋白纤维支架共培养，观察细胞的生长及迁移状况，发现丝素蛋白纤维支架与嗅鞘细胞具有良好的生物相容性，支架对嗅鞘细胞的生长和迁移起到支持和引导作用。因此，丝素蛋白材料也可以成为修复脊髓损伤的生物支架材料。
2.3 胶原/丝素蛋白在脊髓组织工程中的应用 将胶原蛋白和丝素蛋白用静电共纺的方法制备成复合体，可以在保持良好生物相容性的基础上，提高材料的物理性能。丝素蛋白的降解速度较缓慢，可以为细胞提供支持，以匹配细胞的生长速度，胶原蛋白与丝素蛋白相结合，改善胶原蛋白在干态下的物理性能的同时还可以改善膜的抗水性能，降低其热水溶失率
[34]
。Kim 等
[29]
将胶原蛋白
和丝素蛋白复合后，材料的粗糙度和表面形态发生变化，与单一材料相比，复合材料粗糙的表面使其与酶溶液的接触面积增加，加快支架材料的降解，改良了单一丝素蛋白支架材料降解缓慢的问题。吴刚等
[22]
将静电纺
丝法制备的聚乳酸-羟基乙酸共聚物-胶原-丝素三维多孔支架与单纯的聚乳酸-羟基乙酸共聚物支架相比，发
现聚乳酸-羟基乙酸共聚物-胶原-丝素三维多孔支架孔隙率和直径更适合许旺细胞的生长，细胞的相容性好，是一个良好的神经组织工程载体。随着组织工程学的不断发展，新材料、新工艺的不断出现，以胶原和丝素蛋白两种生物材料相结合，用目前最新的快速成型三维打印技术(Three-dimensional printing ，3DP)控制脊髓支架导管的复杂外形及内部微细结构，对支架的结构进行优化，或许能在脊髓损伤修复方面获得突破，使脊髓损伤的修复出现新的希望。
3 小结 Conclusion
脊髓支架材料在脊髓组织工程中至关重要，将丝素蛋白与胶原蛋白相结合，把这两种生物材料的优点结合起来，或者通过结合克服它们各自的缺点，弥补了单一生物支架的不足。目前，国内外已对丝素或胶原蛋白材料在神经系统修复方面的应用做了一些研究，为脊髓组织工程奠定了一些基础；又考虑到胶原和丝素材料与脊髓软组织的特性和力学性能相似，胶原/丝素蛋白复合材料有望成为脊髓组织工程理想的支架材料。
作者贡献：朱祥、陈旭义构思并设计本综述，所有作者共
同起草，通讯作者审校，朱祥对本文负责。
利益冲突：文章及内容不涉及相关利益冲突。 伦理要求：没有与相关伦理道德冲突的内容。
学术术语：胶原蛋白-是细胞外基质的一种结构蛋白，不
同于一般蛋白质的双螺旋结构，由3条多肽链组成，每条多肽链都左旋形成左手螺旋结构，再以氢键相互咬合组成右手超螺旋结构。胶原的螺旋区段是由左旋a 链相互缠绕而成，最大的特征是氨基酸呈现(Gly-X-Y)n 周期性排列，其中X 、Y 位置为羟脯氨酸(Hyp)和脯氨酸(PrO)，这两种是胶原特有的氨基酸。3条多肽链中的α-肽链借范德化力、氢键及共价交联以平行、右手螺旋形式缠绕成3股螺旋结构，使胶原蛋白具有很高的拉伸强度。
作者声明：文章为原创作品，无抄袭剽窃，无泄密及署名
和专利争议，内容及数据真实，文责自负。
4 参考文献 References
[1] Zhong Y ,Bellamkonda RV.Biomaterials for the central nervous system.J R Soc Interface.2008;5(26):957-975. [2]
Edwards SL,Mitchell W,Matthews JB,et al. Design of nonwoven scaffold structures for tissue engineering of the anterior cruciate ligament.AUTEX Res J.2004;4 (2):86-94. [3]
Pakulska MM,Ballios BG,Shoichet MS.Injectable hydrogels for central nervous system therapy.Biomed Mater. 2012;7(2): 024101. [4]
Fan J,Xiao Z,Zhang H,et al.Linear Ordered Collagen Scaffolds Loaded with Collagen-Binding Neurotrophin-3 Promote Axonal Regeneration and Partial Functional Recovery after Complete Spinal Cord Transection.J Neurotrauma. 2010;27(9):1671-1683.
ISSN 2095-4344 CN 21-1581/R CODEN: ZLKHAH
6363
[5] Bae I,Osatomi K,Yoshida A,et al. Biochemical properties of acid-soluble collagens extracted from the skins of underutilised fishes.Food Chem.2008;108:49-54.
[6] Wallace DG,Rosenblatt J. Collagen gel systems for sustained delivery and tissue engieeering.Adv Drug Deliv Rev. 2003; 55(12):1631-1649.
[7] 王培伟,陈宗刚,王红声,等.静电纺壳聚糖/胶原蛋白复合纳米纤维的细胞相容性[J].中国组织工程研究与临床康复, 2008,12(1): 5-9. [8]
Gerburg K,Felix S,Gerald W,et al.Bio-compatibility of type I/III collagen matrix for peripheral nerve reconstruction. Biomaterials.2003;24:2779-2787.
[9] Lin H,Chen B,Wang B, et al.Novel nerve guidance material prepared from bovine aponeurosis.J Biomed Mater Res. 2006; 79:591-598.
[10] Cao J,Sun C,Zhao H,et al.The use of laminin modified linear
ordered collagen scaffolds loaded with laminin-binding ciliary neurotrophic factor for sciatic nerve regeneration in rats. Biomaterials. 2011;32(16):3939-3948.
[11] Han Q,Jin W,Xiao Z,et al.The promotion of neural
regeneration in an extreme rat spinal cord injury model using a collagen scaffold containing a collagen binding
neuroprotective protein and an EGFR neutralizing antibody. Biomaterials.2010;31:9212-9220.
[12] 贾骏,段螈螈,陈亚芍,等.胶原改性PLGA 电纺纤维的制备及其细
胞相容性研究[J].临床口腔医学杂志,2007,23(6):323-325. [13] Liang WB,Han QQ,Jin W, et al.The promotion of neurological
recovery in the rat spinal cord crushed injury model by collagen-binding BDNF. Biomaterials.2010;31: 8634-8641. [14] Lin PW,Wu CH,Chert CH,et al.Characterization of cortical
neuron outgrowth in two and three-dimensional culture systems.J Biomed Mater Res B Appl Biomater.2005; 75(1): 146-157．
[15] White DJ,Puranen S,Johnson MS,et al.The collagen receptor
subfamily of the integrins.Int J Biochem Cell Biol.2004;36(8): 1405-1410．
[16] Yoshii S,Oka M,Shima M,et al. Restoration of function after
spinal cord transecti on using a collagen bridge.J Biomed Mater Res.2004;70(4):569-575.
[17] Liu S,Said G,Tadie M.Regrowth of the rostral spinal axons into
the caudal ventral roots through a collagen tube implanted into hemisected adult rat spinal cord.Neurosurgery.2001; 49(1): 143-150.
[18] Liu T,Teng WK,Chan BP ,et al.Photochemical crosslinked
electrospun collagen nanofibers: Synthesis, characterization and neural stem cell interactions.J Biomed Mater Res A. 2010; 95(1):276-282. [19] 吴立志,曾园山,李海标,等.胶原或明胶吸附施万细胞移植促进全
横断脊髓损伤修复的研究[J].解剖学报,2003,34(3):289-293. [20] Giannetti S,Lauretti L,Fernandez E,et al.Acrylic hydrogel
implan after spinal cord lesion in the adult rat.Neurol Res. 2001;23(4):405-409.
[21] Han Q,Sun W,Lin H,et al.Linear ordered collagen scaffolds
loaded with collagen-binding brain derived neurotrophic factor improve the recovery of spinal cord injury in rats.Tissue Eng Part A.2009;15:2927-2935.
[22] 吴刚,董长超,王光林,等.PLGA-丝素-胶原纳米三维多孔支架材
料的制备及细胞相容性研究[J].中国修复重建外科杂志,2009, 23(8): 1007-1011.
[23] Zhang F,Zuo B,Zhang HX.Studies of electrospun regenerated
SF/TSF nanofibers. Polymer.2009;50:279-285.
[24] Yang YM,Zhao YH.Degradation behaviors of nerve guidance
conduits made up of silk fibroin in vitro and in vivo.Poly Degra Stabil.2009;94:2213-2220.
[25] 汤欣,杨宇民,丁斐,等.丝素纤维与海马神经元的生物相容性细胞
培养研究[J].交通医学,2006,20(5):491-493.
[26] Dal Pra I,Freddi G,Minic J,et al.De novo engineering of
reticular connective tissue in vivoby silk fibroin nonwoven materials.Biomaterials.2005;26(14): 1987-1999. [27] Rebecca LH,Antle K.In vitro degradation of silk fibroin.
Biomaterials.2005; 26:3385-3393.
[28] Meinel L,Hofmann S,Karageorgiou V.The inflammatory
responses to silk films in vitro and in vivo.Biomaterials.2005; 26(2):147-155.
[29] Kim UJ,Park J,Kim HJ,et al.Three-dimensional
aqueous-derived biomaterial scaffolds from silk fibroin. Biomaterials.2005;26(15):2775-2785.
[30] Mandal BB,Kundu SC.Non-bioengineered silk fibroin protein
3D scaffolds for potential biotechnological and tissue engineering applications.Macromol Biosci.2008;8(9):807-818. [31] Fitch MT,Silver https://www.doczj.com/doc/0d12552947.html,S injury, glial scars, and inflammation:
Inhibitory extracellular matrices and regeneration failure.Exp Neurol.2008;209(2):294-301.
[32] 王新宏.丝素蛋白支架对大鼠脊髓损伤后胶质瘢痕形成和功能
改善的影响[D].苏州大学,2012.
[33] Shen Y ,Qian Y ,Zhang H,et al.Guidance of olfactory
ensheathing cell growth and migration on electrospun silk fibroin scaffolds.Cell Transplant. 2010;19(2):147-157. [34] Levin B,Redmond SL,Rajkhowa R,et al.Utilising silk fibroin
membranes as scaffolds for the growth of tympanic membrane keratinocytes, and application to myringoplasty surgery.J Laryngol Otol.2013;127 Suppl 1:S13-20.
中国生物工程杂志ＣｈｉｎａＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００５，２５（１０）：５８～６２ 皮肤组织工程支架材料术 曹成波１，４” 王一兵２ 沈翔３ 王 勇４ （１山东大学化学与化工学院 济南２５０１００ ２山东省立医院济南２５００２１） （３山东大学材料科学与工程学院济南２５００６１） （４山东大学控制科学与工程学院生物医学工程研究所济南２５００６１） 摘要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。 关键词 皮肤组织工程合成支架材料天然支架材料仿生支架材料 目前最成功的组织工程产品是人工皮肤，已经商 品化的主要有美国的Ｉｎｔｅ目阻、ＡⅡｏｄｅ咖、Ｄｅｍ妒Ｒ、 Ａｐｌｉｇｒａｆ等。但现有人工皮肤并不具备完整的皮肤结构和功能，没有达到人工重建皮肤的目的，因此，近些年国内外众多研究者都在为实现真正意义上的人工皮肤而努力。皮肤组织工程支架材料作为细胞外基质，为细胞提供了黏附、生长、迁移、增殖和分化的环境，在人工皮肤的构建中起着关键作用，是皮肤组织工程的重 要研究内容，现简要综掘醚跨筏捌糖糍搦醚珏馨饔隧嘴黧罐壁同源ｊ 蓁雾舞夔简瑟霆 鳇羹羹毳霭鞋堡塑召型娶学王莶撂短皓璎黑凿荐 揩羹委鬣涩冶氇囊引耐羹需满；嘉鞍ｉ秭影孙ｉ鬟ｒｏｔｅｉｎ，ｃＨ Ｐ）也被称为钠氢离子交换活性 调节亚单位，是ＮＨＥ的结合蛋白。各种ｃＨＰ亚型表达在不同的组织细胞，ＣＨＰｌ广泛表达在各种组织细胞旧￣９Ｊ，ｃＨＰ２表达在部分肿瘤组织细胞和细胞系［３，１０“川，ＣＨＰｌ３表达在分化阶段的心、脑、肾等组织细胞ｐ，１３Ｊ。各种ｃＨＰ亚型扮演着不同的角色，分别影响ＮＨＥ活性，进而影响细胞内ｐＨ值变化，及肿瘤细胞生长和疾病进程［３“３｜。 我们重点研究ｃＨＰｌ与ＮＨＥｌ结合部位、结合方式，以及ＣＨＰ对ＮＨＥｌ活性调节作用。观察ｃＨＰ调节ＮＨＥｌ活性对细胞生长和死亡的影响。 收稿日期：２００５ＪＤ４ＪＤ５ 修回日期：２００５．０６旬７ ｛天津市科委应用基础基金资助项目（０５ＹＦＪⅢｃ０２１００）十，通讯作者，电子信箱：ｔｉａＩＩｘｉ８Ｉｌ印ａ１１９＠ｙａｌｌｏｏ．ｃｏｍ．ｃｎ １ 材料与方法 １．１材料和设备 １．１．１材料人体多种组织ｃＤＮＡ、真核细胞表达质粒ｐＥＧＦＰ—Ｎ１均购自ｃｌｏｒｌｔｅｃｈ公司，细胞培养液ＤＭＥＭ购自Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ公司，同位素２２Ｎａ＋购自ＰｅｒｋｉｎＥｌｍｅｒ Ｌｉｆｅ ｓｃｉｅｎｃｅ公司。ＮＨＥｌ的抑制剂ＥＩＰＡ由日本国大阪新药特药研究室提供。ＮＨＥ表达缺失的Ｐｓｌ２０细胞系，包含野生型人ＮＨＥｌ的真核细胞表达质粒ｐＥｃＥ，抗人ＮＨＥｌ多克隆抗体、抗人ｃＨＰｌ多克隆抗体均由日本国家循环系统疾病中心研究所赠送。抗人ＮＨＥｌ多克隆 抗体的抗原决定簇是人ＮＨＥｌ细胞质区域氨基酸残 基；抗ｃＨＰｌ多克隆抗体的抗原决定簇是人ｃＨＰｌ全部氨基酸残基。１．１．２设备细胞内阳离子测定系统、共聚焦荧光显微镜（ＭＲｃ－１０２４ｃｏｎ‰ａｌｍｉｃｒｏｓｃ叩ｅ）、放射线检测仪。１．２分析方法 应用共聚焦荧光显微镜检测ｃＨＰｌ．ＧＦＰ融合蛋白在细胞内分布，研究细胞内ｃＨＰｌ定位。用放射线检测仪计数细胞摄入放射性钠的数值。应用显微镜计数分
中国组织工程研究 第19卷 第25期 2015–06–18出版 Chinese Journal of Tissue Engineering Research June 18, 2015 Vol.19, No.25 P .O. Box 10002, Shenyang 110180 https://www.doczj.com/doc/0d12552947.html, 4076 www.CRTER .org 曹雪飞，男，1988年生，陕西省榆林市人，汉族、兰州大学第二临床医学院在读硕士，主要从事骨与关节损伤研究。 通讯作者：甄平，主任医师，解放军兰州军区兰州总医院全军骨科中心， 甘肃省兰州市 730050 中图分类号:R318 文献标识码:A 文章编号:2095-4344 (2015)25-04076-05 稿件接受：2015-04-24 https://www.doczj.com/doc/0d12552947.html, Cao Xue-fei, Studying for master’s degree, Lanzhou University Second Hospital, Lanzhou 730050, Gansu Province, China; Military Center of Orthopedics, Lanzhou General Hospital of Lanzhou Military Region, Lanzhou 730050, Gansu Province, China Corresponding author: Zhen Ping, Chief physician, Military Center of Orthopedics, Lanzhou General Hospital of Lanzhou Military Region, Lanzhou 730050, Gansu Province, China Accepted: 2015-04-24 3D 打印骨组织工程支架的研究与应用 曹雪飞1， 2，宋朋杰1，乔永杰1，甄 平2(1兰州大学第二临床医学院，甘肃省兰州市 730000；2解放军兰州军区兰州总医院全军骨科中 心，甘肃省兰州市 730050) 文章亮点： 1 此问题的已知信息：以往制作骨组织工程支架的方法有采用溶液浇铸/离子洗出法、原位成型法、静电纺丝法、相分离/冻干法、气体成孔法等，但支架的三维结构、力学强度、支架个性化还不尽人意。 2 文章增加的新信息：通过3D 打印技术制作的骨组织工程支架在三维结构、力学强度、支架个性化方面有其独特优势。不同3D 打印技术制作出的支架有其优缺点，3D 打印骨组织工程支架目前处于发展阶段，需要多学科共同研究。 3 临床应用的意义：临床由于感染、肿瘤、创伤导致骨缺损的患者相当多见，但通过当前的治疗方法治疗情况不佳，通过3D 打印技术制作的骨组织工程有望为骨缺损患者带来希望。 关键词： 生物材料；骨生物材料；骨缺损；3D 打印技术；熔融层积成型术；立体平版印刷术；选区激光烧结术；3DP 技术；国家自然科学基金 主题词： 生物相容性材料；组织工程；支架 基金资助： 国家自然科学基金面上项目(81371983)：多孔β-TCP 负载PLGA 抗结核药物缓释微球的构建及其抗结核成骨作用研究 摘要 背景：虽然应用传统方法制作骨组织工程支架取得一定成就，但在支架的三维结构、力学强度、支架个性化方面不太满意，通过3D 打印技术制作支架的方法有望改变这些不足。 目的：对3D 打印技术制作骨组织工程支架作一综述，对支架的未来优化进行展望。 方法：应用计算机检索PubMed 和谷歌学术数据库中，2008至2015年关于3D 打印技术制作骨组织工程支架的文章。纳入包含骨组织工程支架结构设计、材料及通过不同3D 打印技术制作的支架性能研究文章，排除观点重复和陈旧的文章，最后对37篇文献进行归纳总结。 结果与结论：目前可用作骨组织工程支架制作的3D 打印技术有熔融层积成型、立体平版印刷、选区激光烧结及3DP 技术。3D 打印技术制作的骨组织工程支架在力学、结构、个性化方面有其独特优势，但该技术仍有很多问题需要解决，比如原材料的问题、不同3D 打印技术的不足问题及3D 打印机器的改进问题等。相信在未来多学科的共同合作下，可以制作出适合于临床的骨组织工程支架，造福于人类。 曹雪飞，宋朋杰，乔永杰，甄平. 3D 打印骨组织工程支架的研究与应用[J].中国组织工程研究，2015， 19(25):4076-4080. doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2015.25.027 3D printing of bone tissue engineering scaffolds Cao Xue-fei 1, 2, Song Peng-jie 1, Qiao Yong-jie 1, Zhen Ping 2 (1Lanzhou University Second Hospital, Lanzhou 730000, Gansu Province, China; 2Military Center of Orthopedics, Lanzhou General Hospital of Lanzhou Military Region, Lanzhou 730050, Gansu Province, China) Abstract BACKGROUND: Although bone tissue engineering scaffolds made of traditional methods have made certain achievements, the three-dimensional structure, mechanical strength and personalized property of the scaffolds are unsatisfied. 3D printing technology is expected to change these shortcomings. OBJECTIVE: To review the 3D printing of bone tissue engineering scaffolds and to prospect the optimization of the scaffolds. METHODS: A computer-based search of PubMed and Google academic database was performed for articles addressing the 3D printing of bone tissue engineering scaffolds published from 2008 to 2015. Articles concerning the structure design and materials of bone tissue engineering scaffolds and different 3D printing technologies for scaffold preparation were included, and repetitive and old articles were excluded. Finally, 37 articles were summarized. RESULTS AND CONCLUSION: Currently, 3D printing technologies used for preparation of bone tissue engineering scaffolds include melt laminated molding, stereolithography, selective laser sintering and 3DP
骨组织工程 骨组织工程本质上说，就是用一个有利于细胞黏附和保持其功能的支架，在特定的骨诱导因子作用下，与富含骨始祖细胞共同作用。但是，到今天，能够血管化，具有一定力学强度的能促进骨传导和骨诱导的构造物也仅仅只是理论上的证明。 对细胞功能，细胞外基质形成的了解对我们制备有利于细胞吸附，保持细胞功能的支架是非常重要的。随着人口老年化问题的突出，一些由疾病或者外伤引起的组织缺损极大的降低了人民的生活质量，在临床上，人工关节的置换在治疗风湿性关节炎，骨关节炎以及骨质疏松症方面取得不错的效果，也极大的提高病人的生活质量，但是由于侵蚀作用，力学性质的改变等也会导致非常严重的后果。临床上也期望能发展一种能促进骨组织在生的新的治疗方法，即通过骨组织工程来制备一种“活的”，能与周围正常组织相互作用的修补物。 一般用来产生新组织的方法，是通过合适的三维支架在生物反应器内，让从活体组织中取得细胞进行增殖。一般生物反应器可以通过一个半透膜来进行气体交换，通过旋转来获得微重力环境以及构建组织生长微环境。 另外的一种方法就是将没有接种上细胞的支架放到体内，让周围的细胞向其扩散生长或者在植入几天后将细胞注射到支架上，即将人体作为一种天然的生物反应器。 一般来说，对于骨组织工程来说，一般可以分为六个阶段， 1，制造可吸收的支架。 2，在静态的环境下，将成骨细胞或者软骨细胞接种到支架上面。 3，在动态的环境中培养改组织。 4，将成熟的组织在接近生理条件下进行培养，生物反应器。
5，进行手术移植。 6，对移植后的组织工程支架进行观察，是否被肌体同化或者需要重新建立。 临床需求 骨折的治疗一直是社会经济学关心的问题，在英国每年在这个方面的发费达9亿英镑，并且随着老年化问题的不断突出，费用在逐步增加。每年在英国有150，000例由于骨质疏松导致的骨折。特别是股骨头骨折具有更高的致残率和死亡率，一般来说不到一半的病人在手术后能回家生活。30%到50%的臀部骨折患者需要再次进行手术效正，同时有很大部分的别人需要进行骨修补。由于在重建手术方面，技术和方法上的缺少，使得能够通过骨组织工程而受益的病人数目大大增加。很显然，在一些缺损修补手术中，我们需要具有更好生物相容性，能与天然组织相互作用的整形外科移入物， 目前使用的治疗方法包括自体移植法和同种异体移植方法，他们主要使用血管化的腓骨和髂骨顶部以及其他部位的骨骼。虽然这是整形外科常用的方法，但是它们仍有许多限制条件。自体移植，一般来自髂骨顶部，成本很高，并且受病人供体部位的健康状态影响;异体移植容易产生感染或者其他的疾病。 大体上，组织工程包含3个要素，1干细胞或者前体细胞，2适当的生物学支架，3生长因子。这个3个方面的任何一个方面的限制或者发展都会对组织工程产生一定的影响。 干细胞 长期以来人们就认识到骨组织具有很强的再生能力，因为其内部细胞具有一些干细胞的性质。这些多功能基质干细胞主要位于骨髓中，它们能分化为纤维原细胞，成骨细胞，破骨细胞，以及组织网状细胞。并且由这些干细胞产生的能演变成特定细胞株的始祖细胞似乎可以在外观上转变。对于很多种物种来说，通过移植，在体外进行扩增的骨髓细胞可以治疗小的骨缺损并且产生新的成骨组织。特别是人
一、组织工程学是集生物工程、细胞生物学、分子生物学、生医材料、生物技术、生物化学、 生物力学以及临床医学于一体的一门交叉学科。 A、概况：1、几丁聚糖具有很强的抗菌力，促进肉芽生长和皮肤再生的效能，可用于 制造人工皮肤，或治疗烧伤、烫伤，加速外伤愈合。 2、用几丁聚糖制成人工皮肤不会发生人体排斥反应带来的一系列问题。 这种人工皮肤和身体亲和力强，可被人体吸收，可使皮肤愈合良好。它还有促 使细胞活化的作用，可大量产生胶原纤维，不会留下伤疤。 B、基本原理和方法：将体外培养扩增的正常组织细胞，吸附于一种生物相容性良好并可被机体吸收的生物材料上形成复合物，将细胞-生物材料复合物植入机体组织、器官的病损病分，细胞在生物材料逐渐被机体降解吸收的过程中形成新的在形态和功能方面与相应器官、组织相一致的组织，而达到修复创伤和重建功能的目的。 C、核心：建立由细胞和生物材料构成的三维复合体 D、三要素： 种子细胞(Cell) －增殖、分化、自组装成组织和器官 信号因子(细胞因子或生长因子，Growth factor) －调节细胞的增殖和分化 支架材料（scaffold）（细胞外基质，Extracellular matrix, ECM) －支撑和指导细胞增殖、分化 二、组织工程的步骤与方法将细胞取得，快速培养后再植入支架，使细胞依着支架材料的形状长出新的再生组织，最后长好的组织再移植入人体。 A、支架──细胞的家 B、想要让细胞长成我们所预期的器官构造，如果缺乏细胞的立足点，也就是作为细胞生长温床的「支架」，是一件不可能的任务。 组织工程利用特殊的生物高分子材料建构出三度空间的立体框架，让植入的细胞可以在其中生长并增生。 支架的功能不仅仅当作细胞生长的框架结构，更可以进一步地控制引导细胞朝特定的方向生长、分化。 三、支架要求：1、支架必须有许多彼此连接的孔洞的要求，以便细胞和营养液流通。 这些孔洞的大小，必须要能让细胞通过。 2、因为要让细胞附着在支架上繁衍成长，所以支架的材料必须是没 有毒性，具有生物兼容性，才不会伤害细胞及患者。支架的表面需适合细 胞附着，才能使细胞「安居乐业」。 3、支架若能在细胞繁殖的期间，同时分解成对人体无害的物质。材 料的选用仍须考虑适当的分解速率，以配合细胞的繁殖速率 4、因为支架终究将移植入体内，所以必须具备一定的强度，不然整 个结构可能受体内各种外力的影响而垮掉。所以，在考虑孔洞大小的时候， 不可忽略整个结构的强度。 四、组织工程支架要求： 1、符合生物安全性要求 2、合适的可生物降解吸收性
组织工程支架材料 颜文龙 孙恩杰 郭海英 刘 东 武汉理工大学生物科学与技术系 (武汉430070) 【摘要】 用于组织工程支架构建的生物材料,分为胶原、多糖、无机及生物衍生物等天然材料和聚酯、聚氨基酸、聚乙二醇等人工合成可生物降解材料两大类,此文分别对它们的研究进行了综述。 【关键词】 组织工程 天然材料 可生物降解材料 Scaffold materials for tissue engineering Y en Wen Long Sun En Jie G uo Hai Y ing Liu D ong Department of Biological Science and T echnology,Wuhan University of T echnology(Wuhan430007) 【Abstract】 Development in researches of Scaffold materials for tissue engineering are reviewed in this paper. These materials include naturally derived ones such as collagen,polysaccharides and inorganic materials as well as degrad2 able polymers such as polyesters,polyamides and polyethylene glycol. 【K ey w ords】 tissue engineering naturally derived material degradable material 组织工程学是近来发展起来的一门新学科,是材料学、工程学和生命科学共同发展并相互融合的产物,其最基本的思路是在体外分离、培养细胞,将一定量的细胞接种到具有一定空间结构的支架上,通过细胞之间的相互黏附、生长繁殖、分泌细胞外基质,从而形成具有一定结构和功能的组织或器官[1]。现在美国每年要进行80万例骨嫁接手术[2],据报道从1990年到现在已经有35亿美元应用到有关组织工程的研究与应用上[3]。 材料作为组织工程研究的人工细胞外基质(ex2 tracellular matrix,EC M),是组织工程研究的一个重要的方面,它为细胞的停泊、生长、繁殖、新陈代谢、新组织的形成提供支持。目前研究的较多的有以下两种:天然生物材料和人工合成的可生物降解聚合物。 1 天然生物材料 天然材料来源于动植物或者人体,由于其与细胞相容性好,常用来构建组织工程用支架。主要可以分为胶原、聚糖以及无机及生物衍生材料。天然材料的优势在于它们含有有利于细胞吸附或维持不同功能的物质(如特定的蛋白质),但是天然材料重现性差、不能大批量生产,同时异种移植的问题以及可能会带来不可预计的异种生物携带的病毒基因限制了这类材料的应用。 1.1 胶原 作为哺乳动物体内主要的结构蛋白,胶原来源丰富。由于在进化过程中的保守性,胶原保留了原始的氨基酸顺序,以此制作的支架材料具有无抗原性、生物相容性好等优点,已经通过美国FDA 认证,在止血、促进伤口愈合、创面敷料、骨移植替代材料、组织再生诱导物方面得到广泛应用[4]。 胶原支架在体内通过连续酶解作用而逐渐降解,可以通过控制支架的密度及交联其它分子来调节支架的降解率及降解速度。密度越低,支架孔隙率就越大,使得更多的细胞易于向支架内部生长,支架的降解率就更高;通过交联特定分子戊二醛、甲醛等则可保护支架免受酶的攻击而降低降解速度,同时使胶原支架机械性能得以改善[5]。胶原本身所包含的细胞黏附信号肽序列(RG D)也可以引导细胞对支架材料的特定的识别,有助于保持许多细胞的表型及活性[6]。 牛Ⅰ型胶原由于其丰富的来源和成功的临床应用而被广泛用来制作组织工程支架[4]。现在多利用几种类型胶原复合构建来制作支架材料[7,8],以胶原为原材料,用快速成型的方法(s olid freeform fabri2 cation,SFF)来构建组织工程用胶原支架,利用计算机来整体控制材料的设计及加工,为组织工程支架
生物材料——骨组织工程讨论组织工程（Tissue Engineering）是近年来正在兴起的一门新兴学科，组织工程一词最早是由美国国家科学基金会1987年正式提出和确定的。它是应用生命科学和工程学的原理与技术，在正确认识哺乳动物的正常及病理两种状态下结构与功能关系的基础上。研究、开发用于修复、维护、促进人体各种组织或器官损伤后的功能和形态生物替代物的科学。 组织工程的核心就是建立细胞与生物材料的三维空间复合体，即具有生命力的活体组织，用以对病损组织进行形态、结构和功能的重建并达到永久性替代。共基本原理和方法是将体外培养扩增的正常组织细胞，吸附于一种生物相容性良好并可被机体吸收的生物材料上形成复合物，将细胞-生物材料复合物植入机体组织、器官的病损病分，细胞在生物材料逐渐被机体降解吸收的过程中形成新的在形态和功能方面与相应器官、组织相一致的组织，而达到修复创伤和重建功能的目的。 骨组织构建 构建组织工程骨的方式有几种：①支架材料与成骨细胞；②支架材料与生长因子；③支架材料与成骨细胞加生长因子。 生长因子通过调节细胞增殖、分化过程并改变细胞产物的合成而作用于成骨过程，因此，在骨组织工程中有广泛的应用前景。常用的生长因子有：成纤维细胞生长因子（FGF）、转化生长因子（TGF-ρ）、胰岛素样生长因子（IGF）、血小板衍化生长因子（PDGF）、
骨形态发生蛋白（BMP）等。它们不仅可单独作用，相互之间也存在着密切的关系，可复合使用。目前国外重点研究的项目之一，就是计算机辅助设计并复合生长因子的组织工程生物仿真下颌骨支架。有人采用rhBMP-胶原和珊瑚羟基磷灰石（CHA）复骨诱导性的骨移植、修复大鼠颅骨缺损，证实了复合人工骨具有良好的骨诱导性和骨传导性，可早期与宿主骨结合，并促进宿主骨长大及新骨形成。用rhBMP-胶原和珊瑚复合人工骨修复兔下颌骨缺损，结果显示： 2个月时，复合人工骨修复缺捐赠的交果优于单纯珊瑚3个月时，与自体骨移植的修复交果无明显差异。 目前，用组织工程骨修复骨缺损的研究，已从取材、体外培养、细胞到支架材料复合体形成等都得到了成功。有人用自体骨髓、珊瑚和rhBMP-2复合物修复兔下颌骨缺损，结果表明：术后3个月，单独珊瑚组及空白对照组缺损未完全修复；珊瑚-骨髓组和珊瑚-rhBMP-2组及单独骨髓组已基本修复了缺损；而骨髓、珊瑚和rhBMP-2复合物组在2个月时缺损即可得到修复。我们用骨基质成骨细胞与松质骨基质复合物自体移植修理工复颅骨缺损的动物实验，也取得了满意的治疗效果。 带血管蒂的骨组织工程是将骨细胞种植于预制带管蒂的生物支架材料上，将它作为一种细胞传送装置。我们将一定形状的thBMP-2、胶原、珊瑚复合物植入狗髂骨区预制骨组织瓣，3个月时，复合物已转变成血管化骨组织。
3D打印技术在骨组织支架材料的应用 摘要目的：应用传统方法制作骨组织工程支架取得一定成就，但在支架的三维结构、力学强度、支架个性化方面不太满意，通过3D打印技术制作支架的方法有望改变这些不足。前景：对3D打印技术制作骨组织工程支架作一综述，对支架的未来优化进行展望。当前3D打印技术已被应用于工业制造、医学等方面。在生物医学方面，3D打印技术已近被应用于器官及细胞打印、组织工程支架及假体植入物、器官模型的制作及手术指导策划[1]。 关键词3D打印技术生物医学骨组织前景 前言”组织工程“是20世纪80年代提出的一门新兴交叉学科。其基本含义是应用工程和生命科学的基本原理和技术，在体外构建具有生物功能的人工替代物，用于修复组织缺损，替代失去功能或衰竭的组织，器官部分或全部功能。 组织工程的研究范围很广，几乎涉及人体的所有器官，如骨，软骨，肌腱，皮肤，血管，肝脏，神经，牙，角膜等。在组织工程的研究中，组织工程支架材料是其基础，是组织工程领域中的一个不可或缺的环节。组织工程支架材料根据用于不同人体组织及具体替代组织具备的功能所设计。组织工程支架材料包括：骨、软骨、血管、神经、皮肤、肌腱、角膜、肝脏等的组织支架材料。目前构建的骨组织工程支架还很不完善,在力学性能、降解速度、结构形态、生物活性等方面仍有许多问题亟待解决。随着骨组织工程及其相关领域研究的深入和进步,骨组织工程支架的研究将会具有突破性的进展。在骨组织工程中，3D打印技术已经起着很重要的作用。广义的3D打印技术又称快速成型技术,是一种以数字模型为基础，在计算机控制下以逐层打印的方式构造物体的技术。应用此技术可构造出任何形状的物体。1、3D打印技术 3D打印技术（3D printing），即快速成形技术的一种，它是一种数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。过去其常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，现正逐渐用于一些产品的直接制造。特别是一些高价值应用（比如髋关节或牙齿，或一些飞机零部件）已经有使用这种技术打印而成的零部件。“3D打印技术”意味着这项技术的普及。3D打印技术通常是采用数字技术材料打印机来实现。这种打印机的产量以及销量在二十一世纪以来就已经得到了极大的增长，其价格也正逐年下降。 2、骨组织 2.1常用的骨组织工程支架材料： 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[2]。 2.2理想骨组织支架材料的特征 ①生物相容性和表面活性：有利于细胞的黏附，无毒，不致畸，不引起炎症反应，为细 胞的生长提供良好的微环境，能安全用于人体。 ②骨传导性和骨诱导性：具有良好骨传导性的材料可以更好地控制材料的降解速度，具 有良好骨诱导性的支架材料植入人体后有诱导骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化并促进其增殖的潜能。
骨组织工程多孔支架材料性质及支架制备 吴景梅* 吴若峰* 上海大学材料科学与工程学院高分子化学与物理系(201800) email:wujingmei@https://www.doczj.com/doc/0d12552947.html, 摘要：多孔性生物可降解支架的选择和制备是组织工程技术成功运用的关键，本文从骨架的材料要求、常用的骨架材料、骨架的制备技术等几个方面对组织工程和生物降解支架的工作进行了综述，并对该研究的前景进行了展望 关键词：组织工程多孔支架生物降解性制备方法 1. 引言 组织工程是应用生命科学和工程学的原理和方法，在正确认识哺乳动物的正常和病理两种状态下组织结构与功能关系的基础上，研究、开发用于修复、维护、促进人体各种组织或器官损伤后的功能和形态的生物替代物的一门新兴学科[1—3]。组织工程学的基本方法是首先分离培养相关的细胞，然后将一定量的细胞种植到具有一定空间结构的三维支架上，再将此细胞支架复合物植入体内或在体外培养，通过细胞之间的粘附、生长繁殖分泌细胞外基质，从而形成具有一定结构和功能的组织或器官[4—6]。 近年来，随着细胞生物学、分子生物学及生物材料学研究的突飞猛进，组织工程作为一门新兴的交叉学科在其研究和应用方面也取得了很大的进展。目前组织工程研究的领域主要有皮肤组织工程，骨、软骨组织工程，神经、肌腱组织工程等，其中骨组织工程的研究是最活跃的领域之一。骨组织工程的研究和应用将会克服现有骨缺损修复中自体骨移植来源少、异体骨移植存在排斥反应的问题和不足，预期它将为骨缺损修复带来美好的前景。但是骨组织工程研究中还存在许多困难，其中理想的细胞外支架材料的选择和制备是骨组织工程研究中急需解决的困难。 2. 组织工程对支架材料的要求 理想的骨组织工程支架材料的要求有[7—8]：(1)良好的生物相容性：除满足生物材料的一般要求，如无毒、不致畸之外，还要有利于种子细胞的粘附、增殖，降解产物对细胞无毒害作用，不引起炎症反应，有利于细胞的生长和分化。（2）良好的生物降解性：支架材料在完成支撑功能后应能降解，降解速率应与骨组织细胞生长速率相适应。（3）具有三维立体多孔结构：支架材料可加工成三维立体结构，孔隙率高，最好达90%以上，具有高的比表面积。这种结构可提供宽大空间，利于细胞粘附生长、细胞外基质沉淀、营养和氧气进入、代谢产物的排出，也有利于血管和神经长入。（4）可塑性和一定的机械强度：支架材料具有良好的可塑性，可预先制作成一定形状，并具有一定的机械强度，为新生组织提供支撑，并保
中国组织工程研究 第18卷 第30期 2014–07–16出版 Chinese Journal of Tissue Engineering Research July 16, 2014 Vol.18, No.30 ISSN 2095-4344 CN 21-1581/R CODEN: ZLKHAH 4895www.CRTER .org 马新芳，女，1993年生，河南省项城市人，汉族，大连大学本科在读，主要从事骨组织工程研究。 通讯作者：张静莹，讲师，大连大学医学部，辽宁省大连市 116622 doi:10.3969/j.issn.2095-4344. 2014.30.022 [https://www.doczj.com/doc/0d12552947.html,] 中图分类号:R318 文献标识码:A 文章编号:2095-4344 (2014)30-04895-05 稿件接受：2014-06-10 Ma Xin-fang, Medical School of Dalian University, Dalian 116622, Liaoning Province, China Corresponding author: Zhang Jing-ying, Lecturer, Medical School of Dalian University, Dalian 116622, Liaoning Province, China Accepted: 2014-06-10 骨组织工程支架材料的研究现状与应用前景 马新芳，张静莹(大连大学医学部，辽宁省大连市 116622) 文章亮点： 1 此问题已知的信息：在骨组织工程的研究中，发现组织工程骨血管化能够提供细胞生长的氧气和营养物质，并起到促进机体代谢的作用，因此血管化的形成是骨组织工程能否成功的关键问题之一。 2 文章增加的新信息：①明确了骨组织工程血管化的形成很大程度上依赖于具有合适性能的支架材料。②根据骨组织工程支架材料目前的发展现状做出分类。③着重介绍新型复合支架材料的研究现状。 3 临床应用的意义：合适的支架材料能够最大程度的实现骨组织工程的血管化，从而实现新骨的形成以修复骨缺损。而目前各种支架材料的缺陷限制着骨组织工程的发展和临床应用，但随着新型支架材料的出现和人们不断地研究，骨组织工程的难题定能得到突破，并实现在临床上的应用。 关键词： 生物材料；骨生物材料；骨组织工程；支架材料；复合支架；血管化 主题词： 组织工程；支架；综述 基金资助： 中国博士后科学基金面上项目(2014M551097)；辽宁省教育厅基金(2013481)；辽宁省博士启动基金 (20141198)；大连市科技计划项目(2013E11SF057) 摘要 背景：目前组织工程骨修复骨缺损在临床应用中较为关键的问题是建立血管网，为新骨的形成提供氧气及营养物质，并为机体提供代谢途径。 目的：综述近年组织工程骨支架材料的特点，并着重介绍复合支架材料的研究现状。 方法：以“骨组织工程，血管化，支架材料，复合支架材料”为中文检索词，以“bone tissue engineering ， vascularization ，scaffold ，composite scaffold ”英文检索词，应用计算机在中国期刊全文数据库和PubMed 数据库检索2001年1月至2014年1月的相关文章，将所有文章进行初步筛选后，对保留的文章进一步详细分析、归纳并总结。 结果与结论：按照组织工程骨支架材料的来源不同，可将其分为人工合成材料、天然衍生材料和复合支架材料，单一支架材料难以作为最理想的材料修复骨缺损，复合支架材料能在不同程度上弥补单一支架材料的缺陷，因此近年来组织工程支架材料的发展由单一材料发展为复合材料，并呈现人工合成材料与天然材料有机结合的趋势。但复合支架材料在临床应用中仍然有许多尚待解决的问题，主要有控制复合材料比例，使材料降解速率与组织细胞的生长速率相适应，保持复合材料的多孔隙和高机械强度。 马新芳，张静莹.骨组织工程支架材料的研究现状与应用前景[J].中国组织工程研究，2014，18(30):4895-4899. Development of bone tissue engineering scaffold materials Ma Xin-fang, Zhang Jing-ying (Medical School of Dalian University, Dalian 116622, Liaoning Province, China) Abstract BACKGROUND: Bone tissue engineering is the most promising way to treat bone defects at present. The key problem is to construct vascular networks which can provide oxygen and nutrients for new bone, and thereby provide a way for the body metabolism. OBJECTIVE: To review the characteristics of bone tissue engineering scaffold materials and to introduce the development of composite scaffold materials. METHODS: With the key words of “bone tissue engineering, scaffold, vascularization, composite scaffold” in Chinese and in English, respectively, a computer-based search was performed for articles published in CNKI and PubMed databases from January 2001 to January 2014. After the initial screening, the reserved articles were further detailed, summarized and concluded. RESULTS AND CONCLUSION: According to the different sources, the bone tissue engineering scaffold materials can be divided into artificial materials, natural derivatives and composite scaffold materials. Single scaffold is difficult to be the most ideal material for repair of bone defects, while composite scaffold can make up for the defects of the single scaffold to different degrees. Therefore, in recent years, the bone tissue engineering scaffolds have developed from single to composite scaffolds and there is the trend of organic combination of artificial materials and natural derivatives. However, composite scaffolds have many problems to be solved in the clinical
骨组织工程与再生医学，是指体外构建人工骨组织或者利用生物装置、植人生物材料来刺激骨原细胞或干细胞分化，维持和促进成骨细胞增殖，以重建缺损的骨组织。骨组织工程与再生医学依赖于多个因素，主要包括细胞、生长因子、生物支架和稳定的机械环境。自体骨和同种异体骨移植可满足以上要求，但两者均存在不足之处：自体骨骨量极为有限，并且增加了手术部位和伤口愈合期并发症心1；同种异体骨移植可能引发慢性炎症，甚至产生免疫排斥反应。因此，骨移植修复术的不足促进了人工骨修复生物材料的发展。譬如，已对羟基磷灰石(HA)、A．W玻璃陶瓷、壳聚糖、胶原以及复合材料等已在骨损伤修复中的应用开展了广泛研究‘3川。 甲壳素，又名甲壳质、几丁质，化学名称为聚N．乙酰葡萄糖胺，主要存在于甲壳类动物虾、蟹、昆虫的外壳及高等植物的细胞壁中，是世界上第二丰富的天然生聚合物”“1。壳聚糖是甲壳素脱乙酰基的衍生物，又名几丁糖，具有良好的生物相容性、生物可降解性。大量研究已证实，壳聚糖还具有抗菌‘71、止血、促进伤口愈合‘引、促进骨再生‘的生物学效应，也可与胶原、HA、二氧化硅等复合制备成为薄膜、海绵、可注射型水凝胶形式，应用于骨组织修复领域。 但是，采用常规方法制备的壳聚糖多孔支架的之处在于材料的综合力学性能差，对成骨细胞刺激效应以及促进成骨细胞分化相关生长因达的效应低¨“。为了弥补这些缺陷，纳米材料应用于骨损伤修复领域。纳米材料指某一维有1～100nm尺寸的材料，具有高表面积体积在骨损伤修复领域具有广泛的应用前景¨3|。基前壳聚糖纳米材料在骨损伤修复中的广泛研取得的相关成果，下面就壳聚糖以及所涉及的纤维支架、纳米粒子和纳米复合支架材料的制法以及在骨组织工程与再生医学领域的研究综述。 壳聚糖纳米纤维的制备方法包括静电纺丝法¨4|、自组装法¨副和热诱导相分离法¨引等，其中静电纺丝法的应用较多。壳聚糖纳米粒子的制备方法有离子交联法、聚电解质复合法、乳化交联法、乳化液滴聚集法、乳化溶剂扩散法、反向微乳法等。 壳聚糖纳米复合材料 磷酸钙是一类包括天然骨组织细胞外无机矿物基质主要成分在内的无机化合物，其最稳定的一种形式是HA，骨骼中的无机矿物为碳酸化羟基磷灰石(cHA)。人们已经发现，不少磷酸钙均可作为骨移植材料植入骨缺损区，逐渐被新形成的骨组织所取代，具有良好的骨引导性。 在骨组织工程与再生医学中，生物支架的性能至关重要。良好的生物相容性、可降解性、高孔隙率、具有一定的机械稳定性和骨引导性等，是骨组织工程中生物支架所应满足的基本要求旧8|。壳聚糖生物支架具有极好的生物相容性，在体内可被溶菌酶等降解为无毒的低聚糖，被人体吸收利用；生物支架具有大孔径及高的孔隙率，可引导组织中的细胞在其表面及支架内部黏附生长增殖，并利于血管形成及骨基质矿化物的形成。但其机械强度相对较低，本身不具有骨诱导性，对细胞生物活性较低。随着材料科学和生命科学的发展，发现纳米纤维支架和纳米复合生物支架可以克服这些缺点。 作为外源基因的递送载体壳聚糖带正电荷氨基可以和带负电荷DNA分子通过聚电解质复合法制备成纳米粒子，作为外源基因的递送载体，通过转染到体内细胞经基因表达 而发挥其生物性能，是骨再生医学基因治疗中的有效载体。 组织工程学是研究和开发对人体病损组织或器官结构、功能进行修复和改善的生物活性替代物的一门科学。组织工程技术包括三个要素：细胞、支架和生长信息。支架是对细胞外基质(ECM)的结构功能的仿生，在组织工程中起到结构支撑和模板作用，为细胞提供寄宿、
收稿：２０１２－０４－２５；修回：２０１２－０６－ ２９；基金项目：上海市大学生创新基金项目； 作者简介：胡玎玎（１９９１－） ，女，本科生，师从尹静波教授，研究生物医用高分子材料；＊通讯联系人，Ｅ－ｍａｉｌ：ｊｂｙ ｉｎ＠ｓｈｕ．ｅｄｕ．ｃｎ．皮肤组织工程支架材料的研究进展 胡玎玎，吴振飞，刘小琨，颜世峰，尹静波＊ （上海大学材料学院高分子材料系，上海 ２０１８００ ） 摘要： 皮肤组织工程支架为种子细胞提供粘附、生长、增殖和代谢的环境，并起支撑和模板作用，引导组织再生和控制组织结构，是人工皮肤的重要组成部分。探索理想的支架材料是当前皮肤组织工程领域的热点，本 文综述了近年来皮肤组织工程支架材料的国内外研究进展， 包括天然支架材料、合成支架材料和复合支架材料三大类，全面探讨了皮肤组织工程支架材料的制备方法及应用情况，本文还分析了皮肤组织工程支架材料存在 的一些问题，并对其未来的发展进行了展望。 关键词：皮肤； 组织工程；支架引言 皮肤是人体最大的器官，是人体与外界环境相接触的屏障，具有排泄、感觉、防止水分蒸发，调节体温，免疫等重要的功能。皮肤对人体的重要性不言而喻，然而在现实生活中，常会因为烧伤、创伤、糖尿病 慢性溃疡等原因造成皮肤的缺损。任何直径大于４ｃｍ的全层皮肤缺损， 人体将无法通过自身来完全愈合［１］。在这些情况下，就需要有一种合适的创面修复材料来促进伤口的愈合。组织工程皮肤在临床上已 经使用了２５年， 为大面积皮肤损伤患者的康复带来了诸多益处［２］，可以从根本上解决皮肤修复的问题，因而具有良好的发展前景。 组织工程皮肤以三维支架为载体，通过将细胞种植在支架上而获得。理想的人工皮肤支架应该同时 满足材料和结构的要求。在材料上：（１） 允许细胞在其表面粘附，促进细胞增殖，保留分化细胞的功能；（２）具备降解性，材料及降解产物均无细胞毒性，不会引起炎症；（３）具有良好的生物相容性；（４） 来源广泛，价格低廉，无疾病传播风险等特点。在结构上：（１ ）具备高孔隙率从而为细胞粘附、细胞外基质的再生及细胞扩散提供足够的空间，孔隙结构可以允许细胞在整个支架上分布，从而促进均质组织形成；（２） 应具有三维支架结构，为特定细胞提供结构支撑作用和模板作用，引导组织再生和控制组织结构［３，４］，具有 一定的机械强度。 本文针对近些年皮肤组织工程支架材料的研究和应用现状做较全面综述。 １ 天然支架材料 目前常用作组织工程皮肤支架材料的天然高分子有甲壳素、壳聚糖、海藻酸盐、胶原蛋白、葡聚糖、透明质酸、明胶、琼脂等。因为其本身具有相同或类似于细胞外基质的结构，可以促进细胞的黏附，增殖和分化。目前来看，天然材料来源较为广泛，制作简单，且价格低廉。但它也存在力学性能较差，抗原性消 除不确定， 降解速率不宜控制等问题。１．１ 胶原 胶原广泛存在于脊椎动物和人类的皮肤、肌腱、软骨和结缔组织中，是构成皮肤细胞外基质的重要成分。其抗原性较低，降解产物也不会引起不良反应，故常用于皮肤组织工程支架的制备，其纤维结构也有 · ７· 第１０期 高 分 子 通 报