骨组织工程化方法与研究进展 在人的体内，有一些器官和组织再生增值能力很弱或根本不具备，创伤与疾病往往会造成这些器官或组织的不可逆损伤。因此，人们希望用新的、具有生命力的活体组织置换病损组织，以永久性地替代其形态、结构和功能。组织工程学正是基于这样的目的而建立起来的一门新兴学科。目前，组织工程学在泌尿道、心血管、肝肾脏重建等方面都有了一定的进展，这里主要讨论组织工程骨。 骨髓中含有大量的骨前体细胞，在受到一定外界刺激后会分化生成成骨细胞，因此，一般骨折后机体能够自行修复。然而，过于强大的外力作用（如高坠、重物碾压等）会导致粉碎性骨折，由此引发的骨缺失很难自行修复。传统的骨修复通常采用自体骨移植、同种异体骨移植和植入人工替代材料的方法，然这样易造成其他并发症或排异反应引起的感染。骨组织工程的目的就是模拟骨折过程中骨修复的自然过程[1]，即在预期部位通过对成骨前体细胞、支架、生物活性物质等的调控，促进骨组织愈合，使骨能够正常发挥维持机械运动、保护脏器及维持一定代谢的作用[8]。组织工程骨的主要优势在于其自体细胞来源所带来的低感染性和低致癌率。临床应用实践证明，生物衍生组织工程骨有良好的成骨能力，未见明显排斥反应及并发症[2]。 现今骨组织工程的治疗方法主要有三种，分别从组织工程三要素导入，即支架方法、生长因子方法和细胞方法： 1、支架方法 即体内合成。主要步骤是：先将预先成形的支架植入体内骨缺损部位，而后内源性成骨前体细胞在体内生长分化成为成骨细胞，支架则被重塑组织取代最后在体内自行降解。 此方法对于支架材料的选择有很高要求，所选材料须具有多孔的特性以助于骨的生成，如钛合金纤维、含磷酸三钙和羟基磷灰石的陶瓷等[1]。这种方法的主要缺点是材料生物活性差，无法用于骨缺损量较大和供血差的部位。 2、生长因子方法 直接在骨缺损部位使用成骨诱导因子，可用于骨缺损量较大和供血差的部位。然而据大量可行性试验分析，在灵长类动物中单纯使用该方法，要达到效果必须大剂量使用骨形成蛋白[3]，这会给人体带来很大的风险。现该方法多与细胞方法结合使用[9]，已获得了一定进展，这一点将在文章的稍后被提到。 3、细胞方法 将骨前体细胞直接移植到骨缺损部位，植入骨髓中所含的大量骨前体细胞可以导致大量骨的形成。通常从自体髂骨取得骨髓，复合适当生物材料后植入骨缺损部位。然在临床实践中，由于疾病等原因，部分患者骨源缺乏，有人通过抽取此类患者少量骨髓分离出其中的人骨髓间充质干细胞，并在体外对其进行扩增培养并诱导分化后，与自制的同种异体脱钙骨基质相复合，构建个体化的组织工程骨。通过临床观察已证实该组织工程骨有良好的生物安全性和成骨效能[6]。 最后讨论一下组织工程骨领域近年来的一个热门话题——组织工程骨的血管化。内部及周围血管的代谢供养能力对于骨的存活与生长起着决定性作用，因此在组织工程骨的内部及周围建立完整有效的血管网十分关键。对于小尺寸组织工程骨的供血主要依靠周围毛细血管，而大尺寸组织工程骨，特别是长骨的血管化，是目前临床上的一个难点。学术界对此作了大
综述 Review 收稿日期：2010-01-04 作者简介：崔福斋，教授，博士生导师 0 引言 在世界范围内，由于创伤，肿瘤 和感染等原因造成的骨缺损每年都在折磨着众多的患者。自19世纪以来，人们一直采用骨移植术，通过植入自体骨，异体骨和人工骨替代材料来修复大范围骨缺损。然而这些 材料都各自存在着不可忽视的缺陷。这些骨移植材料，分别有来源有限，排异反应，与宿主骨的力学性能不匹配，以及使用寿命等方面的问题，导致它难以达到令人满意的骨修复效果。骨组织工程在这种背景下应运而生，给骨修复带来新的期盼。 1985年生物力学专家Y.C. Fung 向美国科学基金会(NSF)申请建立一个工程研究中心，名称为“活组 织工程中心”(Center for Engineering of Living Tissues)[1]，然而当局并没有批准他的申请。1993年，Langer 和 Vacanti 在Science 上首次发表了题为“Tissue Engineering ”[2]的论文，并提出了组织工程的基本含义：应用工程学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、器官的部分或全部功能。而骨组织工程就是利用细胞生物学和工程学原 理，研究开发修复和改善损伤骨组织形态和功能的生物替代物的一门科学，其发展速度在组织工程领域中是最快的。 骨组织工程基于种子细胞+生长因子+支架材料的概念，其中支架材料一方面作为种子细胞和生长因子的载体将其运送至缺损部位，另一方面还给新骨生长提供支撑的作用，是骨组织工程的关键，同时也是 全世界研究力量投入最多的地方。由于组织工程细胞相关标准需长期的论证和安全性验证，近年用自体细胞的组织工程策略备受关注[5]。
?专家笔谈? 骨组织３Ｄ打印：骨再生的未来 郑 扬，李危石，刘忠军△ （北京大学第三医院骨科，北京 １００１９１） ［关键词］骨代用品；组织支架；成像，三维；计算机辅助设计；组织工程 ［中图分类号］Ｒ３３６ ［文献标志码］Ａ ［文章编号］１６７１－１６７Ｘ（２０１５）０２－０２０３－０４ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１－１６７Ｘ．２０１５．０２．００３ △Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ’ｓｅ－ｍａｉｌ，ｌｉｕｚｊ＠ｍｅｄｍａｉｌ．ｃｏｍ．ｃｎ网络出版时间：２０１５－３－２６ ９：０６：３３ 网络出版地址：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／１１．４６９１．Ｒ．２０１５０３２６．０９０６．００８．ｈｔｍｌ 创伤、肿瘤切除、手术翻修、畸形矫正及感染等原因均可造成骨质缺损并进而引起骨延迟愈合或不愈合，迄今骨缺损及骨不愈合仍然是骨科临床需要解决的重要问题。目前，治疗骨缺损的方法主要包括自体骨移植、异体骨移植以及人造材料填补。众所周知，自体骨移植是治疗骨缺损最主要也是最可靠的方法，但自体骨取自患者的髂骨等部位，取骨量有限且伴随新的创伤，在骨缺损较大时难以满足临床需求；异体骨经过处理可使其免疫原性降低，但同时也会造成骨传导、骨诱导能力的降低，另外，其传播感染性疾病的风险也不容忽视，据报道美国异体骨移植患者的人类免疫缺陷病毒（ｈｕｍａｎｉｍｍｕｎｏｄｅｆｉｃｉｅｎｃｙｖｉｒｕｓ，ＨＩＶ）感染率为１／ １６０万［１］。近些年来人造材料，如羟基磷灰石、硫酸钙等已用于骨缺损的填充，然而实际效果逊于自体或异体骨，为此，人们正在探索新的途径和技术来破解骨缺损治疗的临床难题。３Ｄ打印技术的兴起或许可以为解决上述难题带来希望。 ３Ｄ生物打印是组织工程学的一种高速仿形技术，以计算机三维设计模型为蓝本，利用激光引导、喷墨打 印等技术，将生物材料通过逐层堆积粘结，叠加塑型，最终形成仿真的组织或器官。１９９９年，Ｗｉｎｄｅｒ等［２］利 用ＣＴ扫描并三维重建出颅骨缺损的外形，并应用３Ｄ打印技术快速打印出合适形状、大小钛金属植入体，用 于治疗患者颅骨缺损并获得成功。Ｉｇａｗａ等［３］则利用３Ｄ打印技术成功打印出磷酸三钙植入骨，修复了狗颅 骨缺损部位。骨组织３Ｄ打印需要合适的聚合材料，在组织打印过程中能够保护细胞功能完整，同时保证打印后组织内细胞营养运输及废物的排出。如何构建３Ｄ骨模型、自然成骨、促进骨愈合、提高细胞成活率以及减少免疫原性，成为骨组织３Ｄ打印亟需解决和突破的重要研究课题。综合现有研究工作和进展，我们归纳出理想的３Ｄ骨组织打印的雏形：（１）以骨骼缺损为原型，以生物可吸收高分子化合物为材料，快速打印出具有骨硬度、多孔、利于细胞生长的结构支架；（２）细胞可黏附于支架并能增殖、分化成骨，支架的多孔结构有利于氧气及营养的供给，有利于骨组织生长及血管新生，并可避免应力屏蔽效应；（３）生物支架可提供细胞生长分化所需的细胞因子，如血管内皮生长因子（ｖａｓｃｕｌａｒｅｎｄｏｔｈｅｌｉａｌｇｒｏｗｔｈ，ＶＥＧＦ）促进血管新生、骨形态发生蛋白（ｂｏｎｅｍｏｒｐｈｏｇｅｎｅｔｉｃｐｒｏｔｅｉｎ－２，ＢＭＰ－２）促进细胞增殖分化，为细胞成骨提供持续的微环境。这一技术可能是骨再生最有效的方法，甚至可能实现完美的骨重建和关节重塑。 １ ３Ｄ打印骨组织的生物支架 生物支架是３Ｄ骨组织打印的基本框架，需具备易打印性、与缺损部分的契合性、良好的生物相容性、骨诱导性、力学稳定性、可塑性、生物降解性等特性，目前主要有金属、生物陶瓷、聚合材料、聚合材料与生物陶瓷或金属与生物陶瓷的复合材料作为备选。１．１ 金属支架 钛合金质轻、强度高且具有优良的生物相容性，是理想的植入人体的植入物。将前成骨细胞种植钛合金支架上培养，可检测到纤维连接蛋白、黏着斑蛋白、细胞数量、碱性磷酸酶、细胞外基质钙化结节均增加，显示 多孔结构的钛合金支架可促进前成骨细胞黏附、增殖、分化、矿化［４］。我们将多孔的３Ｄ打印钛合金移植物 植入羊的Ｃ３－Ｃ５椎体，通过微计算机断层扫描技术（ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｄｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ，Ｍｉｒｏ－ＣＴ）扫描重建及组织染 色均可观察到大量骨组织长入移植物内［５］。虽然３Ｄ打印金属支架生物相容性好、抗压能力强，但金属支架 打印需要在高温条件下进行，支架打印时不能同步涂层生物活性分子或细胞混合打印。１．２ 生物陶瓷支架 生物陶瓷具有抗压能力强、生物相容性好、骨诱导能力强等优点，被广泛用于组织工程研究。目前主要? ３０２?北京大学学报（医学版） ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＰＥＫＩＮＧＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（ＨＥＡＬＴＨＳＣＩＥＮＣＥＳ） Ｖｏｌ．４７ Ｎｏ．２ Ａｐｒ．２０１５
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
生物医学工程学杂志 J B i om ed Eng 2006;23(4)∶911～914 血管组织工程相关生长因子的控制释放研究进展3 邬丽丽 袁晓燕?综述 姚康德审校 (天津大学材料学院材料系,天津300072) 摘要 生长因子在细胞的黏附、增殖和组织的再生过程中发挥着重要的作用。将生长因子负载于高分子材料支架上,可以实现对生长因子的控制释放。其释放机制随负载方法的不同而存在着差异。本文总结了共混、凝胶、微球包埋以及化学键合法在血管组织工程中相关生长因子控制释放方面的研究进展,并指出了超细纤维包埋法的应用前景。 关键词 生长因子 血管组织工程 静电纺丝 Research Advances i n the Con trolled Relea se of Growth Factor Rela ted to Blood Vessel T issue Eng i neer i ng W u L il i Y uan X i aoyan Yao Kangde (S chool of M a teria l S cience and E ng ineering,T ianj in U n iversity,T ianj in 300072,Ch ina) Abstract Grow th facto rs p lay an i m po rtant ro le in cell adhesi on and p ro liferati on as w ell as in tissue regener2 ati on.By inco rpo rating grow th facto rs into po lym er scaffo lds,contro lled release of them can be perfo r m ed.T he release m echanis m is varied w ith the inco rpo rati on m ethods.In th is paper,the latest advances in the contro lled re2 lease of grow th facto rs by blending,hydrogel,m icro sphere em bedding and chem ical bonding are review ed.T he po tential app licati on of ultrafine fibric em bedding in grow th facto r delivery is described as w ell. Key words Grow th facto r B lood vessel tissue engineering E lectro sp inning 1 引 言 生长因子是细胞分泌的、具有诱导和刺激细胞增殖、维持细胞存活等生物效应的水溶性蛋白质,对细胞增殖、组织或器官的修复和再生都具有重要的促进作用,是组织工程的重要影响因素之一[1]。一般来讲,生长因子在水中及室温环境下很容易失去活性,因此直接使用生长因子会因为环境因素而失活,达不到预期的生物效应。将药物控释技术引入组织工程,即由适宜的基质材料负载各种生长因子,在准确的时间和部位按一定剂量向种子细胞持续释放,从而促进细胞的生长和分化,能有效地引导组织再生。 在血管组织化过程中,不同的生长因子发挥着不同的作用。血管内皮细胞生长因子(V ascu lar en2 3国家自然科学基金资助项目(50573055) △通讯作者。E2m ail:yuanxy@https://www.doczj.com/doc/c114428987.html, do thelial grow th facto r,V EGF)能促进内皮细胞(Endo thelial cell,EC)的分化、生长、迁移,提高其生存能力和渗透性,诱导血管生成并增加其通透性;血小板衍化生长因子(P latelet2derived grow th facto r, PD GF)能同时促进成纤维细胞(F ib rob last,FB)、平滑肌细胞(Sm oo th m u scle cell,S M C)和EC的分裂和生长。成纤维细胞生长因子(F ib rob last grow th facto r,FGF)不但能促进多种细胞的增殖和分化,还能调节细胞代谢,促进血管生成,从而提高血管的稳定性。生长因子的使用剂量必须适宜,如在体外做细胞培养时,V EGF的最佳使用剂量为1～1.2ng m l;用量低于标准值会使血管过脆,易损坏;高于标准值时会使血管破裂,甚至引起不规则血管的生成[2]。因此在生长因子的控释研究中,解决突释是关键的问题。另外,生长因子在与细胞作用的过程中,亦易因降解而失去活性,因此需要高分子载体的包埋。 生长因子负载于高分子材料支架上的方法有很
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
骨组织修复材料的仿生合成 侯京朋 长期以来, 缺损骨骼的再生修复一直是骨研究领域的重要内容。近20年来, 骨的仿生制备已成为缺损骨骼修复研究的重要内容。几乎所有优异的生物矿化材料都采取有机分子调控无机相生长的策略, 因此, 从生物分子调控水平上去理解骨的形成和矿化过程, 并在此基础上研究骨生物材料的合成是突破这一领域的 关键。 1 分子仿生的原理 受天然生物体结构和功能的启发, 采用仿生的思想进行生物材料的合成设计已有悠久历史。传统的仿生学设计, 常采用材料合成的方法去模拟生物体系。但是, 天然矿化组织都是由生物大分子(脂类、蛋白、多聚糖)和无机矿物组成的复合材料, 从宏观到微观、从分子到纳米都是自组装的有序等级结构。这种结构主要是利用有机大分子(蛋白质、多糖、脂类等)自组装, 无机晶体核化、定向、生长和空间形态等方面的调控作用使其在纳米水平上表现出非凡的有序性, 这些都是传统的材料合成方法所无法实现的。随着分子生物学、分子物理、化学和纳米技术的发展, 依据生物矿化过程的“有机基质调控”理论, 生物大分子的自组装和纳米合成技术的联合应用, 使仿生学进入了分子水平, 在此基础上形成一门新的分支学科———仿生材料化学。 2 骨组织修复材料仿生合成的现状 2.1 自组装表面活性剂微囊仿生合成无机骨修复材料 通过表面活性剂形成脂质小泡, 原位合成具有复杂微孔结构和精确表面形态的仿生无机材料。Walsh等首次使用微乳方法合成了高度有序的无机仿生骨材料。刘景洲以天然来源的卵磷脂为双亲分子, 正十四烷油相和水相形成的微乳胶为磷酸钙矿化的“模板”, 调控、诱导矿化。获得由卵磷脂与羟基磷灰石(HA)共同构建的具有纳米结构的立体网状、空心棒状、空心球状产物, 制备了具有纳米微观结构的生物活性替代材料。这些方法主要应用于合成无机生物材料, 而且必须去除表面活性剂。 2.2 钛材表面的仿生涂层
·论著· 应用血管脱细胞基质膜片构建 组织工程血管的初步研究 付炜 薛继鑫 何晓敏 殷猛 郑景浩 王伟 徐志伟 DOI ：10.3877/cma．j．issn．1674-0785．2012．22．021 基金项目：国家自然科学基金（31200735）；上海市自然科学基金（12ZR1446500）；上海交通大学医工交叉项目（YG2012MS36）；上海市浦东新区科技发展基金（PKJ2012-Y48）作者单位：200127 上海交通大学医学院附属上海儿童医学中心心 胸外科（付炜、何晓敏、殷猛、郑景浩、王伟、徐志伟），儿科转化医学研究所（付炜、郑景浩、王伟）；温州医学院附属第二医院手整形外科（薛继鑫） 通讯作者：付炜，Email ：fuweizhulu@163．com ；徐志伟，Email ：zwxumd @gmail．com 【摘要】目的探讨应用血管脱细胞基质膜片构建组织工程血管的可行性。方法 获取成年猪主动 脉弓及升主动脉，剔除内膜和外膜后，切成20μm 厚、1.5cm 长、1cm 宽的薄片，经脱细胞处理后，接种人脐动脉平滑肌细胞，利用“三明治”法构建成管道状的细胞材料复合物，体外培养1周后植入裸鼠背部皮下，并于8周后取出进行组织形态学及生物力学检测， 评价形成血管效果。结果动脉血管切成膜片后很容易将 细胞脱除干净， 细胞外基质成分如弹性蛋白和Ⅰ型胶原得到很好的保存。经“三明治”法构建的组织工程血管植入裸鼠皮下8周后可以形成良好的管道样结构，接种的平滑肌细胞深入到管道内部，同时具有良好的生物力学性能。结论 利用血管脱细胞膜片可以较好地解决脱细胞不完全和细胞接种不到血管壁内部的问 题，为构建组织工程血管提供了一种新的方法。 【关键词】血管； 组织工程； 脱细胞膜片 Engineering blood vessel with acellular blood vessel sheets and smooth muscle cells FU Wei ，XUE Ji-xin ，HE Xiao-min ，YIN Meng ，ZHENG Jing-hao ，WANG Wei ，XU Zhi-wei．Department of Pediatric Thoracic and Cardiovascular Surgery ，Institute of Pediatric Translational Medicine ，Shanghai Children's Medical Center ，Shanghai Jiaotong University School of Medicine ，Shanghai 200127，China Corresponding author ：FU Wei ，Email ：fuweizhulu@163．com ；XU Zhi-wei ，Email ：zwxumd@gmail．com 【Abstract 】Objective To explore the feasibility of engineering blood vessel with acellular blood vessel sheets and smooth muscle cells．Methods Adult pig aortic arch and ascending aorta ，excluding the intima and adventitia ，was cut into 20microns thick ，1.5cm long ，1cm wide．The sheets were decellularized with 1%SDS and lyophilized．The acellular sheets and smooth muscle cells that isolated from healthy newborn umbilical cord were then stacked layer-by-layer around with the catheter ，in a “sandwich ”manner ，and cultured in centrifuge tube．After 1weeks of cultivation ， the constructs were then implanted subcutaneously in nude mouse．Results DAPI and histological analysis showed that cells were completely removed from blood vessel sheets after decellularization．Immunohistochemical staining of elastin and collagen Ⅰshowed that extracellular matrix were well preserved．Blood vessel tissue formed after 8weeks of mature in vivo and smooth muscle cells could be seen within the vessel wall．Those tissue engineering blood vessel showed good biomechanical properties．Conclusions Our findings show that acellular blood vessel sheets could be a promising method to prepare scaffold for blood vessel tissue engineering． 【Key words 】Blood vessels ； Tissue engineering ； Acellular sheets 血管移植是先天性心脏病或其他动脉疾病的一种 有效治疗方法［1］ ，然而却受缺乏合适的自体血管供搭桥或其他血管重建手术所局限 ［2］ 。随着组织工程概念 的提出及1986年第1根组织工程血管的成功构建 ［3］ ， 体内外构建具有生长潜能生物相容性好的组织工程化血管用于血管移植成为再生医学领域的研究热点之 一。构建组织工程化血管的关键在于理想的支架材料为细胞黏附浸润提供类似天然血管的三维结构，并满 足天然血管的生物力学性质和免疫原性［4］ 。目前血管支架材料主要有生物可降解高分子聚合物支架和天然 脱细胞血管基质两大类， 其中天然脱细胞血管基质由于具有天然的组织成分和结构，良好的生物相容性，能 够提供细胞所需的信号，可促进细胞黏附及保留分化功能的优势，因而最具临床应用前景 ［5］ 。然而，利用脱 细胞材料构建组织工程化血管依然面临两大挑战， 一·0907·中华临床医师杂志（电子版）2012年11月第6卷第22期Chin J Clinicians （Electronic Edition ），November 15，2012，Vol．6，No．22
关键词：骨组织工程进展人体由于疾病（中毒、感染及先天畸形）和外伤、肿瘤等原因所造成的组织、器官的缺损及功能的丧失，可通过移植各种替代物加以修复。替代物包括自体组织、同种异体组织、异种组织和人工合成物质。虽然这些替代物均已应用于临床治疗，但不可避免地存在着种种问题及局限性，这就迫使整形外科及相关学科的工作者寻求更为合适、有效的替代物。近二十年来，由于组织类型培养技术的普及，细胞生物学、分子生物学、生物化学等学科的发展和生物医学材料的开发及利用，产生了一门新的学科——组织工程学（tissueenigeering）. 1组织工程学概况组织工程学是应用生物学和工程学的原理，研究开发能够修复、维持和改善损伤组织功能的生物替代物的一门学科[1]。其基本方法是将体外培养的高浓度的功能相关的活组织细胞扩增，并种植于一种生物性能良好、生物可降解性（或称生物可吸收性）的天然与人工合成的细胞外基质（extracelluarmatrix.ecm）上。然后将它们共同移植到所需部位，在机体内细胞继续增殖，而生物支架结构则逐渐被降解、吸收，结果形成新的有功能的组织器官，而达到修复结构、恢复功能目的[1～5]。目前，组织工程学包括以下几个方面的研究：①ecm开发；②种子细胞生物学性质；③组织工程化组织对病损组织的替代。组织工程学涉及各种组织和器官。各方面的研究均取得了一定的进展[1，2，4]。 2 骨组织工程的研究1995年cranegm系统提出了骨组织工程的概念、研究方法、研究现状及发展前景，引起了广大学者的关注[4]。近年来骨组织工程在以下几方面的研究取得了令人瞩目的进展。 2.1 ecm 替代物的开发ecm是稳定组织结构的一种相对惰性的支架结构，但它在调节与其相联系的细胞行为方面却起着十分积极和复杂的作用。ecm的成分包括不同类型的胶原蛋白、各种蛋白多糖、弹性蛋白及一些粘连蛋白。骨组织工程研究重点是寻求能够作为细胞移植与引导新骨生长的人工合成与天然的支架结构，作为ecm的替代物。这种支架结构需具有以下特点：①良好的生物相容性、生物可降解性；②良好的骨诱导性和骨传导性；③具有负荷最大量细胞的高渗透性；④支持骨细胞生长和功能分化的表面化学性质与微结构；⑤可与其它活性分子如骨形态发生蛋白（bmp）、转移生长因子-β（tgf-β）复合共同诱导骨的发生；⑥易消毒性[1，4]。ecm包括人工合成的ecm和天然ecm （natureextracellularmatrix,necm）. 2.1.1人工合成的ecm 目前使用的人工合成的ecm大多为聚合物（polymer）。聚乳酸（polyletic,pla）和聚羟基乙酸（polyglycolicacid,pga），是最常用的两种ecm替代物。近来聚乳酸与聚羟基乙酸共聚物（polylactic-co-glycolicacidplga）得到了深入的研究。其它聚合物还有多聚羟基酸、聚酣、聚亚胺、聚偶磷氮、胶原等。具生物活性的玻璃陶瓷（bioactiveglassceramics.bgc）、羟基磷灰石（hydroxyapatite,ha）、钙磷陶瓷（calciumphosphateceramic）即羟基磷灰石和磷酸三钙（ha/tcp）也可用于骨组织工程。它们具有良好的组织相容性、生物降解性、骨传导性[6～8]。羟基磷灰石骨水泥（hydroxyapatitecement,hac）或称磷酸钙骨水泥（calciumphosphatecement,cpc）由于具有易于塑形、自固化能力、与成骨相协调的降解活性等独特优点而日益受到重视。1991年美国食品与药物管理局批准进行hac人造骨临床试用，修复颅面部非负重区骨缺损，结果满意的恢复了结构的完整性[9]。珊瑚是一种海生无脊椎动物的骨骼，其化学成分99%为碳酸钙，还有少量其它元素和有机成分，类似无机骨。采用经特殊理化处理的珊瑚人工骨，其微孔道结构有利于骨组织长入和替代，是一种良好的骨替代品[10～11]。但珊瑚人工骨质地脆，吸收快，植入后有一定体积丧失，而限制了它的使用。金属、胶原、明胶、脂质体等作为ecm替代物也有报道。人工合成的ecm对人体来说仍是异物。植入体内，可引起不同程度的炎性反应，也存在免疫原性问题，致癌性问题。 2.1.2necm的研究为了解决人工合成的ecm所带来的问题许多单位已着手进行necm的研究工作。天然无机骨采用动物骨，经物理、化学及高温处理，除去其有机成分，保留无机成分的三维结构外型。其主要成分为羟基磷灰石，具有新生骨出现早、生长快、成骨量多的特点。
骨再生的研究现状分析 发表时间：2015-07-21T10:29:26.790Z 来源：《医药前沿》2015年第9期供稿作者：高柏青1,2 梁晨光1 李素梅2 [导读] 由骨肿瘤、骨不连、感染及先天性骨疾病导致的骨质缺损，目前临床治疗方法主要包括自体或同种异体骨移植。高柏青1,2 梁晨光1 李素梅2 （1内蒙古大学生命科学学院内蒙古呼和浩特 010020） （2内蒙古包钢医院内蒙古包头 014010） 【摘要】骨缺损是临床上较为常见的疾病，传统临床治疗方法主要有自体骨移植与同种异体骨移植，但自体骨移植与同种异体骨移植均存在一定的治疗缺陷，如自体骨移植存在供区并发症与来源有限等缺点，同种异体移植存在并发疾病传播和免疫排斥风险；而骨组织工程虽然有其自身的局限性，但因其可限制异体移植引发的疾病传播、避免免疫排斥反应等已逐渐成为一种新的治疗骨缺损的模式。 【关键词】骨移植；组织工程；骨缺损 【中图分类号】R68 【文献标识码】A 【文章编号】2095-1752（2015）09-0073-02 由骨肿瘤、骨不连、感染及先天性骨疾病导致的骨质缺损，目前临床治疗方法主要包括自体或同种异体骨移植。然而，在病理骨折或大块骨缺损，骨愈合修复往往以失败告终。自体骨是成骨细胞粘附的理想材料，无免疫排斥反应，自体骨移植是修复小的骨缺损的金标准，具有较强的成骨特性，但由于存在供区并发症与来源有限等缺点，限制了其临床应用。骨组织工程材料为骨组织的替代提供有效途径，目前被广大临床与基础研究者所关注。近十年来，组织工程已被广泛研究，组织工程涉及相关支架材料、适宜的生长因子及种子细胞。组织工程支架材料移植物的研究，不仅可降低传统移植物的不利风险，且可有效提高骨传导与骨诱导性[1]。 1.骨组织移植物的类型 骨移植物包括自体移植、异体移植，异种移植及组织工程材料，自体移植由于来源有限及感染等并发症，限制临床应用。因此，其它类型的移植物被引入，以克服自体移植的局限性是非常必要的。研究分析，所有的移植物均具有不同的局限性。 1.1 自体移植 自体移植指从个体自身一个部位获得组织移植于另一个部位，它们可以是松质骨、皮质骨或皮质骨与松质骨结合，新鲜的自体移植包含存活细胞和骨诱导蛋白质，如BMP-2、BMP-7、FGF及IGF等。从生物学的角度来讲，自体移植是最为理想的移植材料，因为其完全没有免疫原性，保留了其原有的活性，由于缺乏免疫源性，因此在移植后可提高与宿主组织的整合性。此外，对于其成骨特性、骨诱导性、骨传导特性，新鲜自体骨移植均是最佳的，且可提供间充质细胞、成骨前体细胞、成骨细胞以及生长因子。其缺点是，自体移植必须从自体骨组织获取，从而增加供体部位疼痛、感染等并发症，且对于大的骨质缺损，来源有限，限制应用。 1.2 同种异体移植 同种异体移植指从同一种属的不同个体获得，由于自体移植的限制，同种异体移植已被广泛应用于基础研究与临床应用，同种异体骨移植包括皮质骨、松质骨或皮质松质骨的结合，诸如粉末状、皮质条、松质立方块，以脱钙或未脱钙、新鲜的、新鲜冷冻的、或冷冻干燥的形式。移植的主要优点是，容易获得，避免牺牲宿主组织，具有良好的骨诱导和骨传导性，但但缺乏活性细胞，因此，具有较低的成骨潜能。 同种异体骨移植存在传播疾病的风险，且其可能导致免疫反应，干扰骨愈合过程，可能导致移植物的排斥反应，有研究表明同种异体骨移植是与自体骨移植相比是欠缺的[2]。 1.3 骨组织工程 目前对于骨损伤的的治疗中采用自体骨或异体骨移植，由于受体供体不足、自体免疫性以及病菌传播因素的限制，骨替代材料的研究成为研究者关注的焦点。由此应运而生的骨组织工程受到广泛重视。骨组织工程涉及的主要因素主要包括种子细胞、生物支架材料与生长因子，种子细胞为骨组织工程形态与组织重建的基础，生物支架材料是骨组织工程的关键因素，生物支架材料为种子细胞提供有效的细胞外基质环境，是种子细胞与生长因子的有效载体，另一方面，支架材料为骨修复或新骨的生长提供有效的支撑作用，其支架材料的研究是骨组织工程的重点研究对象，生长因子主要为支架材料提供有效的调节作用[3]。 随着组织工程技术的发展，骨组织替代修复材料的研制得到飞速的发展，研究者们通过不同的方式对组织材料进行修饰，进而获得不同性能的组织工程材料，伴随出现多种新型的复合材料。天然骨基质成分为无机物与有机物的有机结合体，理想的组织工程支架材料结构、成分应类似于天然骨基质，通常需满足以下要求：1、模拟骨组织的成分、结构，满足骨组织的基本力学要求 2、具备良好的骨传导性，以有利于邻近骨组织的替代生长 3、具备良好的生物相容性，无细胞毒性 4、可降解，可逐步被自身骨组织所替代 5、具备适当的孔径与较高的孔隙率，以利于细胞生长与营养物质的交换 6、可作为生物活性因子的有效释放载体。 2.总结 自体骨移植骨再生是治疗骨缺损的黄金标准，但来源有限且存在感染并发症，同种异体移植虽来源广泛，易并发疾病传播风险及骨整合效果差的缺点。因此骨组织工程无非是一个最佳的选择，理想的骨组织工程移植应类似或接近与自体骨移植，组织工程材料应与自体骨组织相似，满足骨诱导，骨传导和血管生成特性。目前尚无一种移植材料科完全满足骨移植的所有标准，组织工程试图结合工程、生物、化学、物理学和材料科学以克服骨移植治疗方法的局限性，以促进骨愈合。随着组织工程研究的进展，骨组织的再生修复水平正在逐步提高，组织工程的应用范围正在扩大，骨组织的修复再生技术水平也在不断提高。 【参考文献】 [1] Moshiri A, Oryan A. Role of tissue engineering in tendon reconstructive surgery and regenerative medicine: current concepts, approaches and concerns[J]. Hard Tissue 2012, 1:11. [2] Parikh SN: Bone graft substitutes: past, present, future[J]. J Postgrad Med 2002, 48:142-148. [3]Crane MG, Ishuag SL, Mikos AG. Bone tissue engineering[J]. Nature medicine, 1995, 1(12):1322-1324.
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/c114428987.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