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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。
组织工程支架的研究进展随着医疗技术的不断发展，组织工程支架的研究也得到了迅速的发展。
组织工程支架是指在体内用于代替受损组织、促进组织修复和再生的材料。
目前，组织工程支架的材料、结构和制备技术已经不断发展，但是其临床应用仍存在一些局限。
本文将对组织工程支架的研究进展进行介绍，并探讨其未来发展方向。
一、组织工程支架的材料选择组织工程支架的材料应具备良好的生物相容性、机械强度、生物活性和易于加工的特点。
常用的组织工程支架材料包括生物陶瓷、金属、聚合物和天然支架材料等。
生物陶瓷支架材料具有化学稳定性、生物活性和良好的生物相容性等特点，常用于骨组织工程支架的制备。
研究表明，生物陶瓷支架材料具有良好的愈合效果和组织相容性。
金属支架材料具有良好的机械强度、生物相容性和生物活性，但其缺点是易受腐蚀和产生异物反应。
近年来，生物可降解金属材料成为研究的热点，这种材料具有良好的生物相容性和降解性能，能够有效避免异物反应和二次手术的风险。
聚合物支架材料具有良好的生物相容性、生物活性和可变形性，但其缺点是机械性能差。
研究表明，聚-羟基乳酸（PLGA）支架材料能够促进软骨组织工程的修复和再生。
天然支架材料具有良好的生物相容性、生物活性和组织相容性。
近年来，以自身组织为基础制备支架材料成为研究的热点。
例如，以自身软骨细胞为基础制备的软骨组织工程支架材料能够有效促进软骨组织的修复和再生。
二、组织工程支架的制备技术组织工程支架的制备技术是影响其性能的重要因素。
目前，常用的制备技术包括溶胶-凝胶法、熔融纺丝法、电纺丝法和三维打印等。
溶胶-凝胶法是一种将材料从溶液中凝胶化并制备成空心支架的方法。
这种方法制备的支架材料具有均匀的孔径和孔隙度，能够促进血管和细胞的渗透，有利于组织修复和再生。
熔融纺丝法是一种将高分子材料熔融后，通过旋转的方法制备出纤维的方法。
这种方法制备的支架材料具有良好的可塑性和可变性，可以制备出不同形态和尺寸的支架材料。
中国组织工程研究 第17卷 第3期 2013–01–15出版Chinese Journal of Tissue Engineering Research January 15, 2013 Vol.17, No.3doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2013.03.021 []贵浩然，李澎，张卫国. 制备软骨组织工程支架的材料和方法[J].中国组织工程研究，2013，17(3): 509-516.ISSN 2095-4344 CN 21-1581/R CODEN: ZLKHAH509www.CRTER.org贵浩然★，男，1988年生，山东省烟台市人，汉族，大连医科大学在读硕士，主要从事膝关节半月板损伤的修复、组织工程研究。
bigbigmice@通讯作者：李澎，博士，主任医师，硕士生导师，大连医科大学第二附属医院骨外科，辽宁省大连市 116027中图分类号:R318 文献标识码:B 文章编号:2095-4344 (2013)03-00509-08收稿日期：2012-05-28 修回日期：2012-07-11 (20120510006/GW ·W)制备软骨组织工程支架的材料和方法★贵浩然1，李 澎1，张卫国21大连医科大学附属二院骨外科，辽宁省大连市 116027 2大连医科大学附属一院骨外科，辽宁省大连市 116023文章亮点：1 此问题的已知信息：组织工程化软骨的研究为修复软骨损伤提供新的治疗措施，组织工程支架材料要有组织相容性、可降解性，所以首选天然生物材料，又因为支架要有一定的机械力学性质，通过复合人工合成高分子材料来满足这个条件。
而支架制备方法的选择是为了更好地仿生细胞外基质表征。
2 本综述增加的新信息：利用静电纺丝方法制备的人工合成高分子材料复合支架可以保证支架的力学强度、塑形要求、孔隙率、可降解性等，将天然材料利用包埋技术和表面修饰技术复合于电纺的高分子复合材料支架上将更有利于支架性能的发挥。
3 临床应用的意义：进一步探索适合软骨组织工程支架的材料和制备方法，对于提高支架的整体的稳定性和生物相容性有着重要的意义，寻求组织工程化软骨从实验室研究走向临床应用，为软骨损伤修复提供新的治疗措施。
关键词：生物材料；生物材料综述；软骨组织工程；支架材料；制备方法；天然生物材料；人工合成高分子材料摘要背景：软骨组织工程的研究为修复软骨缺损提供了新的思路和方法，其中如何获得理想的组织工程支架是这一研究的核心和难点。
目的：回顾性分析软骨组织工程支架的材料选择和制备方法。
方法：由第一作者检索2000至2012年 PubMed 数据库、ELSEVIER SCIENCEDIRECT 、万方数据库、中国知网库有关制备软骨组织工程支架的材料选择和方法等方面的文献。
结果与结论：软骨支架材料分为天然生物材料、人工合成高分子材料和复合材料。
可采用相分离法、溶剂浇铸/粒子沥滤技术、气体发泡技术、快速成型技术及静电纺丝法制备支架材料。
由于胶原、琼脂糖和藻酸盐等水凝胶类天然材料可提供足够的生物相容性、增殖和黏附能力及亲水性，电纺的人工合成高分子材料复合支架又可以保证支架的力学强度、塑形要求、孔隙率、可降解性等，将天然材料利用包埋技术和表面修饰技术复合于电纺的高分子复合材料支架上将更有利于支架性能的发挥。
Materials and methods for preparation of tissue-engineered cartilage scaffoldsGui Hao-ran 1, Li Peng 1, Zhang Wei-guo 21 Department of Orthopedic Surgery, the Second Affiliated Hospital of Dalian Medical University, Dalian 113027, Liaoning Province, China2 Department of Orthopedic Surgery, the First Affiliated Hospital of Dalian Medical University, Dalian 116023, Liaoning Province, ChinaAbstractBACKGROUND: Cartilage tissue engineering provides new ideas and approaches for repair of cartilage defects, and how to obtain the ideal scaffolds for tissue engineering is the core and difficulty.P .O. Box 1200, Shenyang 110004 510Gui Hao-ran ★, Studying for master’s degree, Department of Orthopedic Surgery, the Second Affiliated Hospital of Dalian Medical University, Dalian 113027, Liaoning Province, China bigbigmice@Corresponding author: Li Peng, Doctor, Chief physician, Master’s supervisor, Department of Orthopedic Surgery, the Second Affiliated Hospital of Dalian Medical University, Dalian 113027, Liaoning Province, ChinaReceived: 2012-05-28 Accepted: 2012-07-11OBJECTIVE: To retrospectively analyze the material choice and preparation methods of tissue-engineeredcartilage scaffolds.METHODS: The first author searched PubMed, ELSEVIER SCIENCEDIRECT, Wanfang and CNKI databases (2000/2012) to retrieve relevant articles about materials and methods to prepare tissue-engineered cartilage scaffolds.RESULTS AND CONCLUSION: Cartilage scaffold materials consist of natural biological material, syntheticpolymer material and composite material. The following methods can be used to prepare scaffolds materials such as phase separation, solvent casting/particulate leaching, gas foaming technology, rapid prototyping technology and electrospinning. The collagen, agarose, alginate as hydrogel natural materials can provide adequate biocompatibility, proliferation, adhesion and hydrophilicity. Meanwhile, synthetic polymer composite scaffolds prepared by electrospinning can guarantee the mechanical strength, shaping requirements, porosity, andbiodegradation of the scaffolds. Therefore, it will be more conducive to display the performance of the scaffolds if the natural materials are combined with synthetic polymer composite scaffolds using the embedded technology and surface modification technology.Key Words: biomaterials; biomaterial review; cartilage tissue engineering; scaffold materials; preparation method; natural biomaterials; synthetic polymer materialsGui HR, Li P, Zhang WG. Materials and methods for preparation of tissue-engineered cartilage scaffolds. Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu. 2013;17(3): 509-516.0 引言先天畸形、烧伤及外伤等引起的各类软骨缺损或损伤在临床上十分常见[1]，由于关节软骨无血液供应、神经支配和淋巴循环，其自身修复能力较差，软骨缺损大于5 mm 时就不能自我愈合，只能在创伤周围产生短暂的软骨细胞复制并合成少量基质，且逐渐引起关节表面退变[2]。
软骨损伤修复一直是关节外科的一个难题，以往的各种解决办法都有一定的局限性，20世纪80年代以来，组织工程技术的迅速发展，为这一难题的解决提供了一种可行的方法[3]，为软骨缺损的治疗带来了新思路。
组织工程的3大要素是种子细胞、支架和生长因子。
其中支架的材料选择及其制备是关键步骤，理想的支架应该具有以下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。
⑩具有关节软骨的分层结构[4]。
