软骨组织工程支架材料研究进展

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。

软骨组织工程研究进展软骨组织工程的基本原理是从机体获取少量活组织,将功能细胞从组织中分离出来,并在体外进行培养、扩增,然后与可降解吸收的支架材料按一定比例混合,植入病损部位,生物材料在体内逐渐降解和吸收,植入细胞在体内增殖和分泌ECM,最后形成所需的组织或器官,以达到创伤修复和功能重建的目的[1]。

目前软骨组织工程的研究内容主要集中在以下几个方面:①种子细胞;②支架材料;③细胞因子;④基因修饰。

本文就软骨组织工程的研究现状及其进展作一综述。

1 软骨种子细胞理想的软骨种子细胞应具有以下特点:①取材方便,对机体创伤小;②植入受体后对机体免疫排斥反应小;③在体外培养时有较强的增殖能力;④能稳定保持软骨细胞表型。

1.1软骨种子细胞来源:目前,报道的软骨组织工程种子细胞主要包括:自体软骨细胞、异体软骨细胞、基因修饰的永生化软骨细胞及各种来源的干细胞。

1.1.1自体软骨细胞:软骨细胞是终末分化细胞,可以合成ECM,如Ⅱ型胶原和蛋白多糖聚合物等,是组织工程软骨研究最早,也最常采用的软骨种子细胞,通过胶原酶直接消化关节软骨、骺板软骨、肋软骨和耳软骨组织等获得[2]。

自体软骨细胞来源的种子细胞不存在免疫排斥反应,有利于临床应用。

但自体软骨细胞体外培养传代会发生“去分(dedifferentiation) 化”现象[3] ,丧失增殖和分泌基质的能力,生长缓慢,不能达到组织工程软骨的需要数量。

且取自患者来源有限、对个体造成二次创伤、增加了手术费用和患者痛苦等,这严重限制了其作为种子细胞的应用。

1.1.2 异种和同种异体软骨细胞:异种软骨细胞来源充足,短时间可大量获取、增殖,但植入受体后免疫排斥反应严重,故应用较少。

虽然该类种子细胞也存在免疫反应,但随着移植时间推移其免疫反应逐渐减弱,并且随着免疫抑制剂研究的快速发展,较严重的免疫反应已基本消除。

然而,该软骨细胞来源于其他健康个体,在获取的同时又对其他个体造成创伤,增加二次手术费用,故也不是最理想的软骨种子细胞来源。

组织工程技术在软骨再生中的应用研究软骨是我们身体中的一种重要组织，负责支撑身体和缓冲骨骼间的压力。

然而，软骨组织的再生能力相对较差，导致软骨受损很难自行修复。

在过去，医生常常使用传统的手术方法来修复软骨受损，但是这种方法存在着缺陷，例如手术后的恢复期较长，且患者很难完全恢复原来的运动能力。

因此，人们开始寻找新的方法来修复软骨组织，其中的一个重要方法就是利用组织工程技术。

组织工程技术是一种结合生物学、生物医学工程和材料科学等方面的技术，旨在研究和制造人工组织或器官。

在软骨再生中，组织工程技术可以通过设计和制造生物可降解支架、种植细胞或干细胞来重建受损的软骨组织。

在利用组织工程技术修复软骨组织方面，主要有两种方法：一种是种植细胞或干细胞；另一种是使用生物可降解支架。

第一种方法是通过种植细胞或干细胞来修复软骨组织。

其中，关节内软骨的修复是最常见的应用之一。

研究表明，自体软骨细胞和干细胞均可用于软骨再生。

在这种方法中，先从患者的身体中取出软骨细胞或干细胞，然后将其培养增殖，最后将其种植在受损部位，促进软骨的生长和修复。

这种方法的好处是，细胞种植后可以更好地结合患者的身体组织，从而可以更好地重建受损的软骨组织。

第二种方法是利用生物可降解支架来修复软骨组织。

生物可降解支架是一种可以在人体内降解的材料，其特点是可以为组织工程提供一个良好的生长环境。

研究表明，生物可降解支架不仅可以增加软骨细胞的黏附和生长，还可以促进软骨细胞的分化，从而增加软骨的再生能力。

这种方法的好处是，相对于种植细胞或干细胞的方法，使用生物可降解支架有一定的优势，比如降解速度适当、容易制作等。

然而，无论是种植细胞或干细胞的方法，还是利用生物可降解支架的方法，都存在一定的挑战和难点。

举例来说，软骨细胞或干细胞的来源问题就是其中之一。

在现实中，有些患者的身体内的细胞数量可能不足，或者细胞质量不够理想，这会给种植细胞或干细胞带来一定的困难。

另外，在利用生物可降解支架修复软骨组织的过程中，如何设计支架的结构、材料和降解速度等也是需要考虑的因素。

组织工程软骨生物支架材料研究新进展前言关节软骨为覆盖关节表面的一层光亮的结缔组织,富有弹性，摩擦系数小，能吸收关节间的振荡，是机体重要的力学器官之一。

关节软骨属于透明软骨，组织代谢活性较低，创伤及退行性变等所致的软骨损伤难以自我修复或以纤维软骨、纤维组织所填充替代。

这种损伤可涉及全层关节软骨和软骨下骨，表现为关节的疼痛和功能障碍。

两个半世纪以来，人们一直致力于探索修复软骨缺损的最佳途径和方法，其中包括软骨刨削、钻孔、微骨折术、软骨组织移植术等，这些治疗方法均存在不同程度的限制如：供体来源不足，免疫排斥、生成软骨不佳、远期效果不好等，远不能满足临床应用的需要。

由Langer和Vacanti提出的组织工程学使得关节软骨的生物学替代物即人工软骨显示出美好的前景。

生物支架材料是构建人工软骨的中心内容之一，本文检索PubMed数据库及中文期刊全文数据库2003—01／2006—12有关组织工程软骨生物支架材料的文章，就近年来生物支架材料的新进展做一综述。

正文1 生物支架材料概述作为细胞赖以生存的三维空间．生物支架材料不仅提供软骨细胞生长依附的空间架构、力学需求和几何形状，更重要的是它作为细胞外基质之一，可以协调生物活性因子和细胞之间的相互作用，增进细胞的附着，潜在地影响细胞表面因子受体的表达和细胞的分化。

理想的生物支架材料应该具有以下10个特征：①良好的生物相容性。

②可降解性。

③足够的孔隙结构。

④促进细胞黏附与增殖。

⑤具备承载生长因子的能力。

⑥支架的容积应能保持不变。

⑦支架能与周围组织融为一体。

⑧不易从缺损区脱落。

⑨具有一定的弹性。

④具有关节软骨的分层结构。

目前常用的支架材料按其应用形态可分为：凝胶类、微球类、海绵类、人工高分子聚合物支架材料；按其来源可分为：天然生物材料、人工合成高分子材料和复合材料。

天然生物材料主要包括：胶原、明胶、纤维蛋白、壳聚糖、琼脂、糖胺多糖(如：透明质酸、硫酸软骨素等)、藻酸盐、蚕丝蛋白、松质骨骨基质、脱细胞基质等。

工程用软骨组织材料进展摘要：综述了近年来软骨组织工程用材料及其制备技术，指出了当前软骨组织工程研究中存在的问题，并针对此问题对未来软骨组织工程用材料的研究作了展望。

关键词：生物材料；软骨组织；高分子；水凝胶中图分类号：Q813；TQ31文献标识码：AProgress of Cartilage Tissue Material in EngineeringAbstract:In this paper,the research reports are reviewed which is on biomaterials used in recent years in the field of tissue engineering for cartilage regeneration,and the preparation of these biomaterials are also discussed.Finally,ideas are proposed to solve the problems in the field of cartilage tissue engineering.Key words:Biomaterials; cartilaginous tissue; macromolecule; hydrogel人体软骨组织内无血管，一旦损伤很难修复。

造成人体关节软骨损伤的原因主要是关节炎和运动创伤。

受损后的关节软骨很难自然痊愈，并会引发更严重的关节软骨组织病变。

多年来人们一直试图修复或重建受损后的软骨组织，从而诞生了软骨组织工程这一学科。

人体内的软骨具有极特殊的力学性能，例如关节软骨，具有很好的弹性和韧性，可承受较大的负荷，又具有光滑的表面，使关节活动时的摩擦力极小，但是至今软骨组织工程仍无法再造与天然软骨具有相同力学性能的软骨组织，这是目前软骨组织工程所面临的最大问题。

本文主要从软骨组织工程所用材料的角度总结了软骨组织工程的进展情况，同时针对该学科目前存在的问题对软骨组织工程用材料的改进提出了自己的观点。

软骨组织工程支架材料研究进展李德保综述，章庆国审校各种原因引起的关节软骨损伤在临床工作中非常常见，但临床治疗手段有限，组织工程的发展为关节软骨损伤的修复提供了新的途径。

在软骨组织工程中支架材料起着重要作用，选择合适的载体是一个首先要解决的问题。

本文对目前软骨组织工程支架材料的现状做一综述，指出了当前软骨组织工程所面临的问题, 并针对此问题对未来软骨组织工程材料的研究作出了展望。

Abstract: Articular cartilage defect is caused by various factors and is frequently seen in clinical field but it is limited in treatment. The evolvement of tissue engineering, a new method promises to render the repair of articular cartilage injury. Scaffold material plays important role in cartilage tissue engineering, so selection of an appropriate carrier is to be done firstly. The aim of this review is to discuss the current status of scaffolds, and problems in cartilage tissue engineering. In future, ideas are promising to solve the problems in the field of cartilage tissue engineering.Key words: cartilage; tissue engineering; scaffold由于创伤、骨关节炎以及骨软骨病引起的软骨畸形或缺损在临床上非常常见。

组织工程在软骨再生中的新进展在医学领域，软骨损伤一直是一个具有挑战性的问题。

由于软骨组织自身修复能力有限，传统的治疗方法往往效果不佳。

然而，随着组织工程技术的不断发展，为软骨再生带来了新的希望。

软骨是一种特殊的结缔组织，其主要功能包括承受压力、减少摩擦以及提供关节的稳定性。

然而，当软骨受到损伤时，由于其缺乏血管、神经和淋巴供应，自我修复能力非常有限。

这可能导致疼痛、关节功能障碍，严重影响患者的生活质量。

组织工程是一门融合了生物学、工程学和医学的交叉学科，旨在通过构建生物活性替代物来修复或重建受损的组织和器官。

在软骨再生领域，组织工程主要包括三个关键要素：细胞、支架材料和生物活性因子。

细胞是组织工程的基础。

在软骨再生中，常用的细胞类型包括软骨细胞、间充质干细胞等。

软骨细胞是软骨组织中的固有细胞，具有合成和分泌软骨基质的能力。

然而，获取足够数量的健康软骨细胞存在一定的困难，且在体外培养过程中容易失去其表型和功能。

间充质干细胞则具有多向分化潜能，可以在特定的条件下分化为软骨细胞。

此外，诱导多能干细胞也成为了近年来研究的热点，其具有无限的自我更新能力和多向分化潜能，但在临床应用中仍面临着诸多挑战，如安全性和伦理问题等。

支架材料为细胞的生长和分化提供了三维的环境支持。

理想的软骨组织工程支架材料应具有良好的生物相容性、生物降解性、合适的孔隙结构和机械性能。

目前，常用的支架材料包括天然材料（如胶原蛋白、壳聚糖、透明质酸等）和合成材料（如聚乳酸、聚乙醇酸等）。

天然材料通常具有良好的生物相容性，但机械性能相对较差。

合成材料则可以通过调整化学组成和结构来控制其性能，但可能存在生物相容性问题。

近年来，复合材料的研究越来越受到关注，通过将天然材料和合成材料的优点相结合，有望开发出更理想的支架材料。

生物活性因子在软骨再生过程中起着重要的调节作用。

例如，转化生长因子β（TGFβ）、骨形态发生蛋白（BMP）等可以促进细胞的增殖和分化，增强软骨基质的合成。

组织工程在软骨再生中的研究进展软骨是一种在关节中起着重要作用的组织，它能够减少摩擦、承受压力并提供稳定的支撑。

然而，由于软骨自身修复能力有限，一旦受损，往往难以完全恢复，这给患者带来了长期的疼痛和功能障碍。

组织工程作为一种新兴的技术，为软骨再生带来了新的希望。

组织工程的核心概念是利用生物材料、细胞和生物活性因子的组合，构建出具有特定功能的组织替代物。

在软骨再生领域，这一理念得到了广泛的应用和深入的研究。

生物材料在软骨组织工程中扮演着关键的角色。

理想的软骨组织工程生物材料应具备良好的生物相容性、适当的机械性能以及支持细胞生长和分化的能力。

目前，常用的生物材料包括天然材料和合成材料。

天然材料如胶原蛋白、透明质酸和壳聚糖等，具有与软骨细胞外基质相似的成分和结构，有利于细胞的黏附、增殖和分化。

胶原蛋白是软骨细胞外基质的主要成分之一，其制成的支架能够为细胞提供类似于天然环境的支持。

透明质酸则具有良好的保湿和润滑性能，有助于维持软骨组织的生理功能。

壳聚糖具有一定的生物活性和可降解性，也被广泛应用于软骨组织工程。

合成材料如聚乳酸（PLA）、聚乙醇酸（PGA）及其共聚物（PLGA）等，具有可调控的机械性能和降解速率。

通过改变材料的组成和结构，可以定制出满足不同需求的支架。

例如，PLGA 支架可以通过调整共聚物的比例来控制其降解速度，以适应软骨再生的过程。

细胞是软骨组织工程的另一个重要组成部分。

常用的细胞来源包括自体软骨细胞、间充质干细胞（MSCs）等。

自体软骨细胞是从患者自身的健康软骨中提取出来的，经过体外培养扩增后再植入受损部位。

这种方法的优点是细胞具有良好的适应性和功能，但获取细胞的过程可能会对健康组织造成一定的损伤，而且细胞在体外培养过程中可能会发生去分化。

MSCs 则具有多向分化的潜能，可以在特定的条件下分化为软骨细胞。

它们可以从骨髓、脂肪组织、脐带等多种来源获取，具有取材方便、扩增能力强等优点。

然而，如何精确地诱导 MSCs 向软骨细胞分化，并保证分化后的细胞具有稳定的表型和功能，仍然是需要解决的问题。

水凝胶支架在组织工程软骨中的应用进展软骨损伤、退变是骨科的常见疾病，常导致关节的疼痛、功能障碍，甚至造成残疾。

软骨缺损的修复、再生成为了医学界的难题之一，而组织工程的快速发展为这个问题提供了新的解决思路和方案。

水凝胶支架由于其结构与天然细胞外基质相近，利于种子细胞存活，植入创伤小，可以填充任何形状缺损并与宿主软骨紧密结合等优点被广泛应用于组织工程软骨的研究中。

本文现就不同材料所构建的水凝胶支架在组织工程软骨中的应用进展作一综述。

[Abstract]Cartilage injury and degeneration are common diseases which often lead to joint pain，dysfunction，and even disability.The repair and regeneration of cartilage defects has become a significant challenge，the rapid development of tissue engineering provides a new scheme for this problem.Hydrogel scaffolds are widely used in tissue engineering cartilage because of their similar structure with natural extracellular matrix，favorable for survival of seed cells，small trauma to implant，filling of any shape defect and closely connection with the host cartilage.This article reviews the progress of the application of hydrogel scaffolds constructed by different materials in tissue engineering cartilage.[Key words]Hydrogel；Cartilage；Tissue engineering軟骨损伤、退变是骨科的常见疾病，常导致关节疼痛、功能障碍甚至造成残疾[1]。

组织工程在关节再生中的研究进展关节疾病和损伤是临床上常见的问题，严重影响着患者的生活质量。

传统的治疗方法，如药物治疗、物理治疗和关节置换手术等，虽然在一定程度上能够缓解症状，但往往无法实现关节的完全再生和功能恢复。

近年来，组织工程作为一种新兴的交叉学科领域，为关节再生带来了新的希望。

本文将对组织工程在关节再生中的研究进展进行综述。

一、组织工程的基本原理组织工程的核心是构建生物活性的组织替代物，其基本原理包括三个关键要素：细胞、支架材料和生物活性因子。

细胞是组织再生的基础，通常选用具有分化潜能的干细胞或祖细胞，如间充质干细胞、软骨细胞等。

这些细胞能够在特定的环境下增殖和分化，形成新的组织。

支架材料为细胞的生长和分化提供了三维的支撑结构。

理想的支架材料应具有良好的生物相容性、可降解性、合适的孔隙率和机械强度。

常见的支架材料包括天然高分子材料（如胶原蛋白、壳聚糖等）和合成高分子材料（如聚乳酸、聚乙醇酸等）。

生物活性因子能够调节细胞的行为和功能，促进细胞的增殖、分化和基质合成。

例如，转化生长因子β（TGFβ）、骨形态发生蛋白（BMP）等在软骨和骨组织再生中发挥着重要作用。

二、组织工程在关节软骨再生中的应用关节软骨由于缺乏血管、神经和淋巴系统，自我修复能力有限。

组织工程为软骨再生提供了新的策略。

在细胞来源方面，间充质干细胞因其多向分化潜能和易于获取的特点，成为软骨组织工程中常用的细胞类型。

通过体外诱导培养，间充质干细胞可以分化为软骨细胞，并合成软骨特异性的细胞外基质。

支架材料在软骨再生中起着关键作用。

目前，研究人员开发了多种类型的支架，如纤维支架、海绵状支架和水凝胶支架等。

水凝胶支架由于其高含水量和良好的生物相容性，能够模拟软骨的细胞外环境，为细胞的生长和分化提供适宜的条件。

此外，生物活性因子的应用也有助于促进软骨再生。

例如，将TGFβ 和胰岛素样生长因子-1（IGF-1）等因子负载在支架上，可以增强细胞的增殖和分化能力，提高软骨再生的效果。