骨组织工程生物支架材料

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。

纳米骨组织工程支架材料生物学效应研究进展_李波
目前，纳米骨组织工程支架材料的生物学效应研究主要集中在以下几个方面：
1.细胞生长和增殖：研究表明纳米骨组织工程支架材料能够促进骨细胞的粘附、增殖和分化，从而加速骨组织的再生过程。

这是因为纳米材料具有高比表面积和独特的表面化学特性，能够提供良好的细胞黏附环境和适宜的营养物质。

2.生物降解行为：纳米骨组织工程支架材料在体内的生物降解行为对临床应用起着决定性作用。

研究表明，纳米骨组织工程支架材料具有良好的生物降解性能，可以逐渐被机体吸收和代谢。

这种生物降解行为有助于材料与新生骨组织融合，加快骨组织的再生速度。

3.组织兼容性：纳米骨组织工程支架材料对周围组织的兼容性是影响其临床应用的重要因素。

研究表明，纳米材料能够通过调节材料的表面形貌和表面化学性质，改变材料与周围组织之间的相互作用。

这种材料的组织兼容性优于传统的支架材料，可以减少对机体的刺激和副作用。

4.生物活性：纳米骨组织工程支架材料具有良好的生物活性，可以模拟人体骨组织的生理和生化特性。

这种生物活性有利于支架材料与机体骨组织的结合，并提供机械支撑和生物信号，促进骨组织的再生和修复。

总的来说，纳米骨组织工程支架材料的生物学效应研究已经取得了一定的进展。

未来的研究方向可以包括进一步深入探讨纳米材料与细胞的相互作用机制、优化材料的表面形貌和表面化学性质，以及研发新型的纳米骨组织工程支架材料。

这将有助于提高纳米支架材料的生物学效应，推动其在骨组织工程和临床应用中的发展。

生物基材料在医疗领域中的应用随着科技的进步，生物基材料在医疗领域中的应用越来越广泛。

生物基材料是指来源于生物体内或生物体外的天然或人工制造的材料，能够与人体组织相容或可被生物降解的材料。

它们具有优异的生物适应性和生物相容性，可以用于体内修复、再生和替代功能组织的医学工程。

下面我们将从生物基材料在医疗领域中的应用方面来详细谈论。

一、骨组织工程骨组织工程是一种将生物基材料、细胞和生长因子组合在一起，形成一种临时性的人工骨组织，以修复因骨损伤或骨缺失而导致的骨组织缺陷。

骨组织工程所使用的生物基材料多数为生物可吸收材料，例如明胶、羟基磷灰石等。

这些生物基材料具有良好的生物相容性和可吸收性，且能够为细胞提供生长支撑，促进骨组织再生。

同时，细胞和生长因子的加入可以使骨组织工程更具生命力和生物活性。

二、软组织修复和替代软组织包括肌肉、肌腱、韧带、软骨等，它们在人体内的作用至关重要。

当受到损伤或缺失时，常常需要进行修复或替代。

生物基材料可以用于软组织的修复和替代，例如膜、纤维素、胶原蛋白等。

这些材料具有良好的生物相容性和机械性能，可以达到与天然软组织相似的效果。

同时，生物基材料可以为软组织提供支撑和刺激，促进其再生和修复。

三、心血管医学心血管疾病是目前世界上最大的死亡原因之一，具有很高的发病率和死亡率。

生物基材料可以用于心血管医学中，作为血管支架、心脏瓣膜、心脏修复等的材料。

这些材料大多数是生物可降解材料，如聚乳酸（PLA）、聚乳酸羟基酸（PLGA）等。

这些材料具有良好的生物相容性和可降解性，能够避免长期植入后带来的炎症反应和排异反应。

同时，它们还能够为细胞提供支撑和刺激，促进心血管组织的再生和修复。

四、神经组织修复和替代神经细胞的再生能力非常有限，一旦神经组织损伤就很难修复，造成严重的后果，例如瘫痪、麻痹等。

生物基材料可以用于神经组织的修复和替代，如支架、人工神经植入物等。

这些生物基材料对人体组织和神经细胞有良好的生物相容性，能够为神经组织提供生长支撑和刺激，促进神经细胞的再生和修复。

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@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。

生物材料在软骨组织工程中的应用研究概述软骨组织工程是一种治疗软骨病变的新型技术，其核心思想是使用生物材料和细胞工程手段重建病变或缺损的软骨组织。

这样的方法可以有效恢复软骨的结构和功能，进而改善患者的疾病状况。

本文介绍了生物材料在软骨组织工程中的应用研究进展，着重分析了其优势和局限性，以及未来的发展方向。

1. 生物材料的选择生物材料作为软骨组织工程的核心，是重建软骨组织所必需的重要因素。

目前，常用的生物材料主要有天然生物材料和人工生物材料。

1.1 天然生物材料天然生物材料可以提供细胞所需要的支撑框架，同时也能够诱发细胞的生物学反应，促进组织再生和修复。

其中，胶原蛋白和明胶是两种常用的天然生物材料，广泛用于软骨组织工程中。

胶原蛋白是组成人体软骨和骨骼的主要成分，由此可以想象，使用胶原蛋白作为软骨组织工程的生物材料具有天然的优势。

胶原蛋白支架可以为软骨细胞提供相对稳定和温和的环境，从而促进细胞定植和增殖。

此外，胶原蛋白支架的排斥反应和局部炎症反应较轻，对人体组织亲和性较高，因此被广泛应用于生物医学领域。

明胶是一种易于制备、可调控性较好、机械性能良好、生物相容性强的生物材料。

研究表明，明胶可以为软骨细胞提供合适的微环境，促进细胞增殖和构建三维结构，同时也可以调控软骨细胞的表型和功能，改善软骨组织的细胞分化和生长。

1.2 人工生物材料人工生物材料是一种经过加工和改良的生物材料，具有多种优点，如可塑性好、制备方法简单、性能可控、抗磨损性和耐久性等。

人工生物材料在形态和功能上可以与天然软骨相似，从而满足不同临床需要。

聚乳酸（PLA）和聚乳酸-羟基磷灰石（PLGA）是两种常用人工生物材料。

这两种生物材料不仅具有良好的生物相容性和生物降解性，而且也可以为细胞提供合适的生长环境。

2. 生物材料的局限性虽然生物材料在软骨组织工程中具有可塑性强、结构可控、机械性能良好和生物相容性好等优点，但其也存在一些局限性。

首先，生物材料可能引起免疫反应和炎症反应。

生物材料在组织工程中的应用生物支架和细胞培养的协同作用生物材料在组织工程中的应用：生物支架和细胞培养的协同作用在组织工程领域，生物材料广泛应用于人体组织修复和再生方面。

生物支架是一种用于构建组织工程的材料，而细胞培养是将细胞种植到生物支架上进行培养的过程。

这两者共同发挥着协同作用，对于组织工程的成功是至关重要的。

1. 生物支架的概述生物支架是一种三维结构的材料，用于提供细胞黏附、分化和组织重建的支持。

生物支架可以使用各种生物材料制备，如生物聚合物、生物陶瓷和天然生物组织等。

这些材料具备良好的生物相容性和生物降解性，在体内可以逐渐降解并与周围组织相融合。

2. 细胞培养的重要性细胞培养是将细胞置于生物支架上进行体外培养的过程。

此过程旨在促进细胞生长、增殖和分化，使其能够在体内维持正常的生物功能。

细胞的正确培养能够决定生物支架在体内的修复效果，并且对于组织工程的成功具有至关重要的作用。

3. 生物支架与细胞的相互作用生物支架的特殊结构和物理化学性质能够引导细胞的黏附和生长。

生物支架提供了一个合适的微环境，使细胞能够定向分布、扩增和分化。

同时，生物支架的孔隙结构可以促进血管新生和养分的传递，为细胞的生存和功能提供支持。

4. 细胞培养的优化为了获得最佳的细胞培养效果，需要优化培养条件，包括培养基配方、生物支架的物理化学特性以及培养环境的控制等。

此外，细胞的来源和种类也会影响细胞培养的结果。

不同的细胞来源和类型需要有针对性地进行培养条件的设计和优化。

5. 生物支架与细胞培养的应用生物支架与细胞培养的协同作用已广泛应用于各个组织工程领域。

例如，骨修复方面的研究表明，将骨细胞培养在生物陶瓷支架上可以促进骨组织的再生；软骨修复方面的研究则通过将软骨细胞培养在生物聚合物支架上实现软骨组织的重建。

总结：生物支架和细胞培养的协同作用对于组织工程的成功具有重要意义。

生物支架提供了一个合适的微环境，为细胞的黏附、生长和分化提供支持。

中国组织工程研究 第18卷 第3期 2014–01–15出版Chinese Journal of Tissue Engineering Research January 15, 2014 Vol.18, No.3P .O. Box 10002, Shenyang 110180 426www.CRTER .org陈海霞，女，1987年生，山东省德州市人，汉族，昆明医科大学在读硕士，主要从事口腔种植修复专业。

通讯作者：谢志刚，副教授，昆明医科大学附属口腔医院口腔种植修复科，云南省昆明市 650031doi:10.3969/j.issn.2095-4344. 2014.03.016 []中图分类号:R318 文献标识码:A 文章编号:2095-4344 (2014)03-00426-06 稿件接受：2013-10-05Chen Hai-xia, Studying for master’s degree, Department of Implantation and Prosthodontics, Affiliated Stomatological Hospital, Kunming Medical University, Kunming 650031, Yunnan Province, ChinaCorresponding author: Xie Zhi-gang, Associate professor, Department of Implantation and Prosthodontics, Affiliated Stomatological Hospital, Kunming Medical University, Kunming 650031, Yunnan Province, ChinaAccepted: 2013-10-05骨组织工程支架材料：脱矿骨基质陈海霞，谢志刚(昆明医科大学附属口腔医院，云南省昆明市 650031)文章亮点：1 此问题已知的信息：脱矿骨基质是一种经盐酸脱矿、消毒、冻干等处理的动物骨或人类骨，它是脱矿后的骨基质成分，保留了骨质本身的多孔网状结构。

3D打印骨组织工程支架材料的设计与制备随着科技的不断进步和创新，3D打印技术逐渐在各个领域得到应用。

其中，3D打印骨组织工程支架材料的设计与制备是一个备受关注的研究领域。

该领域的发展对于医学领域的健康及疾病治疗有着重要的意义。

在本文中，我们将讨论骨组织工程支架材料的设计与制备的相关问题。

一、骨组织工程支架材料的定义骨组织工程支架材料是指一种用于替代或修复人体骨骼缺陷或损伤的材料。

该材料具有良好的生物相容性和生物活性，可以促进细胞的生长和组织再生。

目前，常用的骨组织工程支架材料主要包括生物陶瓷材料、生物金属材料和生物高分子材料等。

二、骨组织工程支架材料的设计1. 材料选择在设计骨组织工程支架材料时，首要考虑的是材料的生物相容性。

材料应能与人体组织相容，不引起免疫反应和排斥现象。

此外，材料的力学性能也是非常重要的因素。

骨组织工程支架材料需要具备足够的强度和稳定性，以支撑和稳定受损骨骼的恢复过程。

2. 结构设计骨组织工程支架材料的结构设计需要考虑到细胞的粘附和生长。

一般而言，支架材料应具备多孔性和微细表面结构，以提供更多的细胞粘附点和生长空间。

此外，支架材料的孔隙率和孔径大小也需要经过精确的调控，以适应不同的临床需求。

三、骨组织工程支架材料的制备1. 传统制备方法传统的骨组织工程支架材料制备方法主要包括模板法、溶胶-凝胶法和喷射成型法等。

这些方法虽然成熟，但存在一定的局限性。

其中，模板法需要进行复杂的模具设计和制备；溶胶-凝胶法需要长时间的干燥和煅烧过程；喷射成型法的分辨率和精度相对较低。

2. 3D打印技术近年来，3D打印技术在骨组织工程支架材料的制备中得到广泛应用。

该技术具有高度灵活性和精确性，可以根据患者的具体改变设计和制造个性化的支架材料。

此外，3D打印技术还可以制备具有复杂内部结构的支架材料，以模拟真实骨骼的显微结构和力学性能。

四、未来发展趋势随着科学技术的不断进步，骨组织工程支架材料的设计和制备将会有更大的发展空间。

生物材料的种类与医学应用生物材料是指能够与生物系统相互作用的材料，广泛应用于医学领域。

本文将介绍生物材料的种类以及它们在医学中的应用。

一、金属类生物材料金属类生物材料具有优良的机械性能和生物相容性，常被用于骨科和牙科领域。

例如，钛合金在人工关节和牙种植中被广泛应用。

它具有较高的强度和耐腐蚀性，且与骨组织结合良好。

二、陶瓷类生物材料陶瓷类生物材料通常由氧化铝等无机材料制成，具有较高的硬度和抗磨损性。

在骨科领域，氧化铝陶瓷常被用作人工关节表面的涂层，以减少摩擦和磨损。

三、聚合物类生物材料聚合物类生物材料是指由合成高分子材料制成的，在医学中有广泛应用。

例如，聚乳酸和聚己内酯等生物可降解聚合物常被用于制造缝合线和软组织修复支架。

这些材料可在体内逐渐分解，避免了二次手术。

四、复合生物材料复合生物材料是指由两种或更多种生物材料组合而成的材料。

它们可以充分发挥各自材料的优点，具有更好的性能和功能。

举例来说，生物陶瓷和聚合物可组成复合支架，用于骨缺损修复。

在医学应用中，生物材料发挥着重要的作用：1. 骨修复与替代生物材料在骨科领域的应用得到了广泛关注。

骨修复与替代材料，如钛合金和生物陶瓷，可用于修复骨折或缺损，恢复骨骼功能。

此外，生物可降解聚合物支架可促进骨组织的再生，重建受损骨骼。

2. 人工关节人工关节是治疗严重关节炎和关节损伤的重要手段。

钛合金和陶瓷等金属、陶瓷类生物材料被广泛用于人工关节的制造，提供了良好的机械性能和生物相容性。

3. 医学器械生物材料也用于医学器械的制造。

例如，聚氨酯和硅胶等生物材料可用于制造体外循环器械和人工心脏瓣膜。

这些材料具有生物相容性和耐久性，可以提高医疗器械的效能和可靠性。

4. 组织工程组织工程是一种利用生物材料和细胞培养构建人体组织的技术。

聚合物和支架材料被广泛用于体外培养细胞和生物组织。

这种技术可用于组织再生和器官替代。

综上所述，生物材料的种类繁多，从金属到聚合物，再到复合材料，它们广泛应用于医学领域。

生物高分子材料在骨组织工程中的应用随着人们对健康生活的追求和医学科技的进一步发展，生物高分子材料在骨组织工程中的应用越来越被重视。

这种材料因具有良好的生物相容性、生物可降解性、生物导向性等特点，成为新一代替代性骨修复材料的有力选择。

一、生物高分子材料的优势生物高分子材料具有很多优势，首先是其生物相容性优良，不会引起患者的过敏反应和排斥反应。

其次是生物高分子材料能够逐渐融入人体，被细胞所代谢，因此不会造成二次损伤。

最后，生物高分子材料的生物可降解性也使其在骨组织工程中得到广泛的应用。

它可以在人体内逐渐降解，不会对周围组织造成二次损伤，同时也减小了手术后对伤口的干预，缩短了患者的恢复期。

二、生物高分子材料的种类根据来源和材料性质的不同，生物高分子材料可以分成多种类型。

其中，蛋白质材料、多糖类材料、天然高分子材料和合成高分子材料是常用的骨组织工程材料。

1. 蛋白质材料蛋白质是人体内最基本的结构组成成分，它们是肌肉、骨骼、皮肤等组织的主要构成物质。

由于蛋白质材料的生物相容性、生物可降解性都非常优秀，它们被广泛应用于骨组织工程材料的制造中。

目前，已有许多研究表明人体骨组织细胞能够黏附、增殖和分化于蛋白质材料表面，这也进一步证明了蛋白质材料在骨组织工程中的巨大潜力。

2. 多糖类材料多糖类材料是一类以多糖为主要结构单元的材料，例如乳糖、海藻酸、壳聚糖等。

由于多糖具有生物相容性良好、可降解性好、生物导向性强等特点，所以在骨组织工程领域中也有广泛应用。

研究表明，多糖类材料可以作为骨再生的细胞培养支架、载体等，为组织修复提供必要的生物学环境。

3. 天然高分子材料天然高分子材料是从生物体中提取的材料，例如胶原蛋白、明胶、天然橡胶等。

这些天然高分子材料具有菌群、生物导向性等特点，因此也受到了广大研究人员的关注和研究。

在骨组织工程中，天然高分子材料可以用于骨替代材料、骨支架材料、骨修复修复材料等。

近年来，胶原蛋白在骨组织工程中特别受到了关注，它因具有生物可降解性、良好的生物相容性等特点，已被广泛应用于骨缺损的治疗。