天然组织工程皮肤支架材料的分类及其免疫原性研究现状
郑必祥彭代智陈博左海斌周灵周新刘敬基金项目：国家高技术研究发展计划（863计划，2006AA02A121），国家重点基础研究发展计划（973计划，2005CB522605)
作者单位：400038 重庆，第三军医大学西南医院全军烧伤研究所，创伤、烧伤与复合伤国家重点实验室
通讯作者：彭代智，Email: dzpeng@https://www.doczj.com/doc/6416431779.html,
组织工程皮肤是组织工程研究最为成熟的一个领域，其核心内容是构建一种支持细胞生长的三维支架，与角质形成细胞和/或成纤维细胞进行体外复合培养，形成可用于创面覆盖与修复的皮肤等同物[1]。其中支架材料为种子细胞提供了黏附、迁移、增生和分化的空间环境，在组织工程皮肤的构建中起着重要作用。组织工程皮肤支架材料包括人工合成组织工程皮肤支架材料（简称人工合成支架材料）和天然组织工程皮肤支架材料（简称天然支架材料）两大类。人工合成支架材料主要包括聚乳酸、聚乙醇酸、聚原酸酯、聚己内酯、聚氰基丙烯酸烷基酯及其共聚物等。人工合成支架材料始终无法模拟天然真皮的三维空间结构，其成分为人工合成，亲水性不够理想，缺乏细胞识别信号，与细胞间缺乏生物性相互作用，对细胞黏附力较弱[2]。而天然支架材料来源于天然组织，来源丰富，制作较为简单，造价低廉，且在三维结构、组织亲和性、机械性能及生物降解性等方面显著优于人工合成支架材料，从目前研究来看，是组织工程皮肤支架材料的研究热点[3]。但天然支架材料因来源和所含成分不同，存在着不同程度的免疫原性，限制了其临床的广泛应用。目前这方面的研究较多，因此，有必要结合天然支架材料的分类来概括其免疫原性研究现状。
一、天然支架材料的分类
按加工处理天然组织的方法分类，天然支架材料大致可以分为脱细胞支架材料和基质提取成分支架材料两大类。脱细胞支架材料是通过各种物理和化学的方法去除天然组织中的细胞成分，同时保留了原有组织的三维支架结构和主要细胞外基质成分的支架材料。目前应用较多的有脱细胞真皮基质（acellular dermal matrix, ADM）、脱细胞小肠黏膜下层（small intestinal submucosa, SIS）、脱细胞羊膜基质等。基质提取成分支架材料主要指通过从天然组织中提取某些成分，再构建出具有三维空间结构的支架材料。目前提取的天然细胞外基质成分主要有胶原类、壳聚糖类、透明质酸类等，由于单一成分合成的支架均有非常明显的缺点，因此，这类支架材料多以一种
成分为主，多种成分组合构建而成，如胶原-透明质酸复合支架、壳聚糖-胶原复合支架、壳聚糖-透明质酸复合支架、胶原-硫酸软骨素复合支架以及胶原-壳聚糖-透明质酸复合支架等。
1. 脱细胞支架材料
（1）脱细胞真皮基质（ADM）：ADM取材于人类皮肤或动物皮肤，通过物理和化学等手段，去除了细胞成分的同时保留了胶原纤维等细胞外基质成分和三维组织结构，具有良好的组织相容性[4]。美国LifeCell公司推出的Alloderm即是一种商品化的异体脱细胞真皮基质，临床应用效果良好[5]。由于异体ADM的存在来源有限的问题，近年来用异种皮肤来获得脱细胞真皮基质的报道亦较多[6]。由于大多数人认为猪皮与人体皮肤组织结构相似，并且具有来源广泛、价格低廉等优点，因此猪ADM成为研究热点[7]。但猪ADM在临床应用时存在营养渗透性差、血管化速度慢、移植皮片成活率低等不足[8]。最近，我们通过比较巴马小型猪与人真皮发现[9]，猪真皮不但三维结构致密，其主要成分也与人真皮相差甚远。因此，在选择ADM的来源动物时，有必要寻找真皮组织结构与人更为相似的动物。同时，由于现有ADM制作的方法都很难在降低免疫原性上达到满意效果，ADM的制备方法仍有待改进[10]。
（2）脱细胞SIS：脱细胞SIS是一种对小肠组织（通常来源于猪）进行脱细胞处理后所得的细胞外基质支架材料[11]。SIS中的胶原蛋白、蛋白多糖及糖蛋白构成的细胞外基质框架可作为组织形态发育、结构重建的天然生物支架，已成功作为多种组织工程的支架材料，用于如皮肤、血管、神经、肌腱等组织缺损的修复[12]。SIS有良好的生物相容性，植入体内后不引起明显的排斥反应，又具有适当的机械特性，能为成纤维细胞及新生血管的长入提供足够的生长空间，随着新生组织的形成，逐渐降解，产生的新生组织在结构和功能上均与原有组织相似[13]。
（3）脱细胞羊膜基质：羊膜是胎盘上最靠近胎儿的一种薄膜状组织，这种半透明薄膜由单层立方上皮细胞、较厚的基底膜以及一层无血管的间质组成[14]。羊膜的上皮细胞层含有羊膜上皮细胞和由羊膜上皮细胞分泌的多种生长因子，因此羊膜不仅具有生物支架所必须的基质结构，而且具有促进细胞生长的生物活性分子[15]。将羊膜中的细胞成分去除后所留下的无细胞结缔组织称为脱细胞羊膜或羊膜细胞外基质，具有免疫原性低的特点。何清义等[16]通过人羊膜细胞外基质与成纤维细胞的共培养，观察成纤维细胞的生长特性以及胶原纤维产生，提示成纤维细胞在支架上生长、黏附良好，胶原合成、分泌旺盛，认为人羊膜细胞外基质是一种较理想的成纤维细胞载体。
2. 基质提取成分支架材料
（1）以胶原成分为主的支架材料：胶原是组织细胞外基质的重要组成部分。因其来源广泛，免疫原性低而被广泛地用作组织工程支架。胶原作为组织工程支架材料具有很多优越性，但胶原也存在加工性能差、缺乏柔韧性、抗拉强度低等缺点。为了改善胶原的力学性能，常常通过与其他成分进行组合，以调节其降解速度，增强力学特性。Integra由戊二醛交联的牛Ⅰ型胶原与6-硫酸软骨素构成，在其上覆盖硅橡胶薄膜。Heitland等[17]指出使用Integra作为真皮替代物覆盖皮肤缺损部位，成纤维细胞黏附及生长良好，易于血管化，且不易降解，有一定临床应用价值。
（2）含透明质酸类成分的支架材料：透明质酸是一种蛋白多糖，是真皮细胞外基质的成分之一，具有良好的生物相容性和生物降解性。然而纯透明质酸具有易溶于水、吸收迅速和在组织中停留时间短等物理和生物特性，限制了它用于制备皮肤支架材料。因此，只有对透明质酸进行谨慎的化学修饰后才能用于制备皮肤支架材料。Liu等[18]将透明质酸与胶原/壳聚糖支架复合，体外观察显示复合透明质酸后的胶原/壳聚糖支架的柔韧性和降解性都有了较大的提高。在该支架上共同培养成纤维细胞和角质细胞2周后显示细胞沿支架成立体生长，形成细胞层，且出现基底膜含有典型的层黏连蛋白和Ⅳ型胶原蛋白，说明可以通过胶原/壳聚糖/透明质酸支架在体外构建人工活性皮肤。
（3）以壳聚糖类为主的支架材料：壳聚糖是甲壳素的脱乙酰化产物，为一种天然聚阳离子多糖，在体内可被降解为易被人体吸收的氨基葡萄糖，具有良好的生物相容性和生物可降解性，是一种理想的细胞外基质材料。最近研究显示，壳聚糖及其衍生物由于其多孔凝胶结构，在体内与大分子物质的良好相容性等优势越来越成为一种很有发展前景的组织工程替代品，而利用壳聚糖制造的人工皮肤具有良好的组织相容性、成膜性、柔韧性和一定的抗菌消炎、促进伤口愈合的作用[19]。
二、天然支架材料的免疫原性
1. 脱细胞支架材料的免疫原性
（1）ADM的免疫原性：上世纪九十年代初 Castagnoli 和 Sedmale 发现同种异体皮肤移植所发生的免疫排斥反应主要源于角质形成细胞、朗格汉斯细胞和成纤维细胞等细胞。而在细胞中起主要作用的是由主要组织相容性复合物（MHC）决定的细胞膜上的糖蛋白抗原。根据这些糖蛋白的结构和功能不同，一般分为MHC-Ⅰ和MHC-Ⅱ两类。其中MHC-Ⅰ类抗原分子主要作为自身抗原呈递细胞毒性T细胞，限制细胞毒杀伤作用。MHC-Ⅱ类抗原在免疫反应中起调控作用，在辅助T细胞的激活中起作用。异体ADM由于去除了细胞，临床试验证实具有良好的术后远期效果且不发生明显的免疫排斥反应
[20]。然而，现有的ADM制备过程中脱细胞时会有一定的细胞组分残余，这些残余有一定的免疫原性。例如，残余的DNA 就是引起免疫排斥反应的因素之一[21]。近年研究发现，引起免疫反应的成分除上述细胞成分外，还应包含细胞外基质（extracellular matrix, ECM）成分。ECM是一种主要由胶原、非胶原糖蛋白、氨基聚糖、蛋白聚糖以及弹性蛋白等组成的高亲水性大分子网络结构。ADM去除了细胞成分后保留了大部分的ECM成分，其免疫原性虽然大大降低，但仍存在排斥反应，说明ECM成分也具有免疫原性。
由于异体ADM的材料来源问题，异种ADM引起人们关注。异种ADM由于种属问题，其免疫原性难以去除，移植后仍存在不同程度免疫排斥反应。常见的异种免疫排斥反应多与糖蛋白α-1,3-半乳糖侧链(α-1,3-galactose, α-gal)的末端这一抗原表位有关。由于人、猩猩和旧世纪猴体内的α-1,3-半乳糖基转移酶（α-1,3-GT）基因失活不存在这一表位[22]，所以，在非猩猩和旧世纪猴的异种移植中，人体就会产生抗Gal 抗体(占血液中IgG抗体的1%[23])，最终介导超急性和延迟排斥反应[24]。
异种ADM的免疫原性分布存在着部位差异。有研究表明，真皮乳头层是异种抗原最易残留的区域，Desagun等[25]实验证实基底层IV型胶原或层黏连蛋白是猪ADM抗原的主要来源。Xu等[26]在用ADM修复腹壁的动物实验中发现，异种ADM移植后，IgG、IgM等免疫球蛋白以及补体成分C5b在植入物的沉积部位主要集中在基底膜以及真皮乳头层。因此，根据脱细胞真皮基质的免疫原性分布特点，去除基底膜及致密的乳头层能降低免疫原性[27]。
（2）脱细胞SIS的免疫原性：脱细胞SIS与ADM类似，也是一种脱细胞后的基质，其植入体内也一般只引起以Th2淋巴细胞为主的一过性免疫反应，而Th2淋巴细胞不会激活巨噬细胞，产生的IgG不引起补体反应，因此不会引起显著免疫排斥反应。Kim等[28]将脱细胞SIS植入小鼠体内2周后观察发现，脱细胞SIS 移植物内有大量宿主细胞植入并增生，周围无炎性反应细胞，说明脱细胞SIS不会引起急性排斥反应。但脱细胞SIS 的长期植入是否会引起慢性排斥反应还有待研究。有学者就发现利用脱细胞SIS异种移植治疗人压力性尿失禁会引起患者局部炎性反应及疼痛等并发症[29]，其原因是脱细胞SIS 引起的排斥反应，还是移植物太厚或移植局部血运不丰富导致局部组织缺血坏死，仍需要进一步研究。
（3）脱细胞羊膜基质的免疫原性：由于羊膜除了基质成分外，还含有多种生长因子，因此羊膜应用于临床时会使用新鲜羊膜及保存羊膜等未脱细胞的材料。由于含有细胞成分，移植时两种羊膜均会引起免疫排斥反应[30]。而脱细胞羊膜基质的主要成分
是胶原蛋白等基质成分，与ADM和SIS一致，在没有细胞成分的前提下，所剩余的基质成分由于在不同种属间差异极小，免疫原性低，因此，移植后会有良好的组织相容性，不会引起明显的免疫排斥反应[31]。
2. 基质提取成分支架材料的免疫原性
基质提取成分支架材料一般为多种成分复合支架，其免疫原性体现为几种成分免疫原性的综合表现，因此，首先要明白其主要成分的免疫原性。
（1）胶原的免疫原性：胶原蛋白与其他许多蛋白质相比，其抗原性和免疫原性都很弱，因此长期被认为是安全的。但现今的免疫学分析和研究结果表明胶原仍存在着免疫原性。胶原蛋白的抗原决定簇大致可被分成3类。第一类是端肽。在2个不同种类的哺乳动物的胶原蛋白的非螺旋的末端区域中有很大的变化性，在这区域中几乎所有的氨基酸残基均表现出种属性变化。因此，大量的研究和目前的生产者都集中在如何完全去除端肽，认为去除端肽能降低胶原的免疫原性，Pelnac就是一种去除端肽的猪胶原蛋白海绵支架[32]。第二类是位于天然胶原蛋白的三螺旋结构内的抗原决定簇，其会在分离和纯化过程中暴露出来。第三类是指完整的三螺旋结构。尽管端肽是胶原的免疫原性的主要部位，但胶原的整个三螺旋也显示出一定的免疫原性[33]。
（2）壳聚糖类的免疫原性：壳聚糖具有活化巨噬细胞、诱导免疫调节因子的表达等功能，其结构中含有可衍生化的活性羟基氨基，正电荷密度高，有利于细胞的黏附，所以壳聚糖是一种良好的组织工程支架材料。壳聚糖及其衍生物具有良好的生物相容性，不与体液、组织和细胞产生明显的排斥反应，抗原性小。但是，壳多糖等多糖类支架材料缺乏细胞识别位点，不具备细胞行为的引导能力，所以，若在壳多糖类支架材料中引入细胞识别位点或与胶原复合，可增强其与特定细胞的相互作用，促进细胞发挥迁移、增生和特定基因表达的功能[34]。因此，壳多糖类支架在组织工程上的应用多以复合支架的形式出现。
（3）透明质酸的免疫原性：根据Meyer研究发现，透明质酸的结构主要由双糖体（disaccharide），乙酰氨基葡糖（N-acetyl-D-glucosamine）以及葡糖醛酸（D-glucuronic acid），藉由β-1-3键连接而成。透明质酸在自然界中广泛地存在于脊椎动物的结缔组织、黏液组织、眼球的晶状体及某些细菌的荚膜中。但是，无论来源为何，透明质酸的化学组成及结构均相同。同时，透明质酸与其他的葡糖胺聚糖如软骨素和硫酸软骨素不同，它的结构中蛋白质或硫酸不是共价键结合，因此单纯的透明质酸无免疫原性，不会引起免疫反应[35]。
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/6416431779.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/6416431779.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
天然组织工程皮肤支架材料的分类及其免疫原性研究现状 郑必祥彭代智陈博左海斌周灵周新刘敬基金项目：国家高技术研究发展计划（863计划，2006AA02A121），国家重点基础研究发展计划（973计划，2005CB522605) 作者单位：400038 重庆，第三军医大学西南医院全军烧伤研究所，创伤、烧伤与复合伤国家重点实验室 通讯作者：彭代智，Email: dzpeng@https://www.doczj.com/doc/6416431779.html, 组织工程皮肤是组织工程研究最为成熟的一个领域，其核心内容是构建一种支持细胞生长的三维支架，与角质形成细胞和/或成纤维细胞进行体外复合培养，形成可用于创面覆盖与修复的皮肤等同物[1]。其中支架材料为种子细胞提供了黏附、迁移、增生和分化的空间环境，在组织工程皮肤的构建中起着重要作用。组织工程皮肤支架材料包括人工合成组织工程皮肤支架材料（简称人工合成支架材料）和天然组织工程皮肤支架材料（简称天然支架材料）两大类。人工合成支架材料主要包括聚乳酸、聚乙醇酸、聚原酸酯、聚己内酯、聚氰基丙烯酸烷基酯及其共聚物等。人工合成支架材料始终无法模拟天然真皮的三维空间结构，其成分为人工合成，亲水性不够理想，缺乏细胞识别信号，与细胞间缺乏生物性相互作用，对细胞黏附力较弱[2]。而天然支架材料来源于天然组织，来源丰富，制作较为简单，造价低廉，且在三维结构、组织亲和性、机械性能及生物降解性等方面显著优于人工合成支架材料，从目前研究来看，是组织工程皮肤支架材料的研究热点[3]。但天然支架材料因来源和所含成分不同，存在着不同程度的免疫原性，限制了其临床的广泛应用。目前这方面的研究较多，因此，有必要结合天然支架材料的分类来概括其免疫原性研究现状。 一、天然支架材料的分类 按加工处理天然组织的方法分类，天然支架材料大致可以分为脱细胞支架材料和基质提取成分支架材料两大类。脱细胞支架材料是通过各种物理和化学的方法去除天然组织中的细胞成分，同时保留了原有组织的三维支架结构和主要细胞外基质成分的支架材料。目前应用较多的有脱细胞真皮基质（acellular dermal matrix, ADM）、脱细胞小肠黏膜下层（small intestinal submucosa, SIS）、脱细胞羊膜基质等。基质提取成分支架材料主要指通过从天然组织中提取某些成分，再构建出具有三维空间结构的支架材料。目前提取的天然细胞外基质成分主要有胶原类、壳聚糖类、透明质酸类等，由于单一成分合成的支架均有非常明显的缺点，因此，这类支架材料多以一种
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
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/6416431779.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
?组织工程? 组织工程的研究现状 张 晨3 张 东3 高景恒3 十九世纪和二十世纪中叶,生物学的两大发现是细胞和DNA的双螺旋结构,标志着细胞生物学和分子生物学的形成,它们是现代医学发展的两个重要里程碑。 近二十年来,在国际上兴起了一门由生物医学和工程学技术相结合的边缘学科,即生物医学工程学(B i om edical Engineering),它的基础研究涉及自然科学的各个领域,并随着自然科学各个学科的进步而取得令人瞩目的进展。目前,已着手进行人工合成和复制生命物质,并且日趋工程化,这正是现代医学区别于以往生物科学的显著特点,因此可望成为现代医学发展的第三个里程碑。 在人工复制的还原组织、器官的研究方面,一门新的学科正在产生,即组织工程(T issue Engineer2 ing)。它是应用生物学和工程学的原理,研究开发能够修复、维持或改善损伤组织功能的生物替代物的一门科学[1～3],方法是将体外培养的高浓度的功能相关的活细胞种植于天然的或人工合成的细胞外基质(extracelluar m atrix,EC M),然后将它们移植到动物体内,达到形成新的有功能的组织的目的[4～11]。 1 组织工程提出的历史背景 现代外科的发展已使人类替换病损组织的梦想成为现实。替换物包括异种、同种异体以及自体组织和人工合成物质,但这些替代物由于种种问题而不能满足临床需要;异种组织引起的相当快速的排斥反应;同种异体移植尽管在形态方面与自体移植相似,在术后早期可被宿主短时间接受,但排斥反应不可避免,且组织器官的来源有限;自体组织移植会造成供区损伤以及所能供给组织的局限性;人工合成物质植入后所引起的异物反应,继发感染及裸露等, 3 辽宁省人民医院整形外科(辽宁沈阳,110015)这些都迫使科学家们寻求新的、更为理想的组织替代物。 早在本世纪50年代,市场上可应用的营养素(nutrients)和酶可将组织离解为有功能的细胞成份,从而开始体外细胞培养的研究。细胞工程(Cellu2 lar Engineering)的诞生使大规模细胞培养成为可能。进入80年代以后,随着组织类型培养技术(h is2 to typ ic culture techniques)的普及,对体外细胞间的相互作用进行了研究,并预示了重建有功能的组织的到来[8]。 2 组织工程的研究现状 组织工程一经提出,引起了世界范围的关注。在美国,从1988年起,就由国家科学基金会(T he N a2 ti onal Science Foundati on),以研究基金和资助方式建立一系列实验室[5]。日本也发展相应的研究[2,4,12,13]。1989年在全美力学工程学会(T he Am erican Society of M echanical Engineers)的冬季年会上,日、美两国还就组织工程举行了专题讨论会。到目前为止,关于组织工程方面的研究主要包括下面三方面内容:①细胞外基质替代物的开发;②种子细胞性质的研究;③组织工程化组织(tissue engi2 neered tissue)对各种病损组织替代的研究。 2.1 细胞外基质替代物的研究 组织是由形态相似,功能相关的细胞和细胞间质即EC M所组成,EC M是细胞附着的基本框架和代谢场所,因此,它的形态和功能直接影响其所构成的组织的形态和功能,其替代物的研究也就成为组织工程的研究焦点之一。 2.1.1 人工合成的EC M替代物的研究 常用于组织工程的两种EC M替代物是聚乳酸(po lylatic acid,PLA)和聚羟基乙酸(po lyglyco lic acid, PGA),后者又称聚脂肪酸或聚乙二醇酸[5,7,9,14～17]。由于这两种聚合物(po lym er)在体内能够逐步分解
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/6416431779.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
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
第37卷第11期2009年11月化 工 新 型 材 料N EW CH EM ICAL M A T ERIA L S Vo l 137No 111 #1# 综述与专论 基金项目:国家重点基础研究发展计划(973计划)(2005C B623904) 作者简介:孙庆兰(1985-),女,硕士研究生,从事组织工程化血管构建等方面的研究。 血管组织工程支架材料的研究进展 孙庆兰1,2 张 华1* 张西正2 李瑞欣2 郭 勇2 (11天津工业大学理学院,天津300160;21军事医学科学院卫生装备研究所,天津300161) 摘 要 血管支架材料在组织工程血管构建过程中起着非常重要的作用。近年来已合成与制备了许多新型血管支架材料,并对材料进行了相关方面处理。本文对天然生物材料、合成高分子可降解材料和复合材料等血管组织工程支架材料进行了综述。 关键词 血管组织工程,天然生物材料,高分子可降解材料 Advances of vascular tissue engineering scaffold materials Sun Qinglan 1,2 Zhang H ua 1 Zhang Xizheng 2 Li Ruix in 2 Guo Yong 2 (11Schoo l o f Science,Tianjin Poly technic U niv er sity,T ianjin 300160; 21Institute of M edical Equipment,Academ y o f Military M edical Sciences,T ianjin 300161)Abstract V ascular scaffo ld mater ials take a v ery im po rtant par t in the co nstr uction o f tissue eng ineering blood ves -sel.Recent ly ,many novel scaffold materials,Which ar e tr eated in r elated aspects,have been synthesized and prepared,with the dev elo pment of science and the ex per imental techno lo gy o f co nt inuous pr og ress.A lo t o f vascular scaffold mater-i als wer e review ed,such as natur al biomat erials,synthetic and degr adable polymer co mpo sites. Key words vascular t issue eng ineering ,natural biomater ial,deg radable poly mer mater ial 随着生物学技术的不断进步,组织工程得到了迅速的发展,而血管组织工程也得到了相应的发展。血管支架材料在血管组织工程构建中起到非常重要的作用,是活细胞在体外生长所需支撑物,可以为组织化血管提供一定的机械强度和力学特性,种子细胞生长的三维空间结构,含有生物信息促进细胞的粘附与生长,增殖。近年来,生物医用材料研究取得了相当大的进步,这也加快了血管支架的发展,越来越多的新型材料应用于血管组织工程方面的研究。但是血管组织工程的最终目的是为了应用于临床,所以一个理想的支架应具备以下性质:1可控制的生物降解速度;o低免疫原性,不引起炎症反应;?良好的生物相容性;?良好的力学和生理学性能; ?合适的多孔结构;?易于加工性;?可消毒性[1-2] 。 根据来源和性能,目前研究应用的血管支架材料一般分为三类:天然生物材料,合成高分子可降解材料和复合材料。 1 天然生物材料 111 胶 原 胶原是机体内最丰富且普遍存在的结构蛋白,含有细胞粘附序列(RG D)及细胞特定粘附信号[3-4]。胶原具有良好的生物相容性,低免疫原性,含有丰富的生物信息促进细胞的粘 附,生长与增殖,缓解血管周围的压力,防止血管拉伸与膨胀等,是一种良好的血管支架材料[4-7]。Weinberg 等[7]通过培养牛内皮细胞、平滑肌细胞和成纤维细胞构建了第一根组织工程血管。成纤维细胞种植于内皮细胞与平滑肌细胞中间形成一个多层的类似于血管的组织,作为一种有效的渗透性屏障。血管强度依赖于与Dacr on 网片结合的胶原层数,但是却无法满足回植要求。但是单独由胶原制成的血管支架的机械强度并不能满足体内血流的压力和剪切力的要求。Zieg ler 等[8]设计了一种由血管平滑肌细胞、?型胶原和内皮细胞组成的血管共培养模型。结果表明,即使在没有平滑肌细胞和流动切应力的情况下,胶原也可维持内皮细胞的生长,表明细胞外基质对于体内细胞的分化起到了重要作用。 112 脱细胞基质 目前,脱细胞基质已成为研究的热点[9-13]。脱细胞基质可分为血管组织脱细胞基质与非血管组织脱细胞基质。11211 血管组织脱细胞基质 天然血管组织经过处理脱除细胞后,保留其天然的物理结构及性能,非常符合体内血管生物学结构要求,并且富含生长因子及细胞粘附序列,生物相容性良好。另外,取材比较容易,血管支架可以采用同种动物自体或者异体脱细胞血管基