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新型生物材料在组织工程中的研究进展探讨组织工程是一门融合了生物学、医学和工程学的交叉学科，旨在通过构建生物替代品来修复、维持或改善受损组织和器官的功能。
在这一领域中，新型生物材料的研发和应用一直是关键的研究方向之一。
这些材料不仅为细胞提供了适宜的生存环境，还能够引导组织的再生和修复，展现出了巨大的临床应用潜力。
一、新型生物材料的分类及特点（一）天然衍生材料天然衍生材料来源于生物体，如胶原蛋白、壳聚糖、透明质酸等。
它们具有良好的生物相容性和生物可降解性，能够模拟细胞外基质的结构和功能。
例如，胶原蛋白是人体内最丰富的蛋白质之一，其在组织工程中常用于构建皮肤、骨骼和软骨等组织的支架。
壳聚糖具有抗菌和促进伤口愈合的特性，适用于皮肤和神经组织的修复。
（二）合成高分子材料合成高分子材料如聚乳酸（PLA）、聚乙醇酸（PGA）及其共聚物（PLGA）等，具有可调控的力学性能和降解速率。
通过改变材料的化学结构和组成，可以精确地控制其物理和化学性质，以满足不同组织工程应用的需求。
例如，PLGA 已被广泛应用于药物控释和组织再生领域。
（三）生物陶瓷材料生物陶瓷材料如羟基磷灰石、磷酸三钙等，具有良好的骨传导性和生物活性。
它们能够与骨组织形成紧密的结合，促进骨再生。
在骨科和牙科领域，生物陶瓷材料常用于修复骨缺损和替代牙齿组织。
（四）复合生物材料复合生物材料是将两种或多种不同类型的材料结合在一起，以综合各自的优点。
例如，将高分子材料与生物陶瓷材料复合，可以制备出既具有良好的力学性能又具有生物活性的支架，用于骨组织工程。
二、新型生物材料在组织工程中的应用（一）皮肤组织工程皮肤是人体最大的器官，烧伤、创伤等原因导致的皮肤缺损是临床上常见的问题。
新型生物材料如胶原蛋白基支架、壳聚糖敷料等能够为皮肤细胞的生长提供支持，促进伤口愈合。
同时，一些具有抗菌性能的材料还能够预防伤口感染，提高治疗效果。
（二）骨组织工程骨缺损的修复一直是骨科领域的难题。
组织工程的现状与发展前景随着生物技术的不断发展，组织工程作为一项重要的生物医学技术，在近年来得到了广泛的关注。
组织工程是通过将细胞、生物材料和生物物理学原理相结合，构建人工组织和器官，以帮助患者恢复生理功能。
它在医学治疗、疾病预防、环境保护等方面都有着广阔的应用前景。
本文将就组织工程的现状和未来发展进行探讨。
一、现状目前，组织工程技术的应用领域主要包括组织修复、器官替代和药物筛选等领域。
利用组织工程技术可以构建出高度仿生的组织结构，以提高组织功能，并减轻疾病症状。
在组织修复方面，组织工程技术可以帮助重建经过损伤的软骨、骨骼、皮肤等组织，促进患者的自愈能力。
例如，在牙科医疗中，组织工程技术可以用于重建口腔黏膜和牙齿等组织。
在医疗美容领域，组织工程技术可以用于生产人造皮肤、眼角膜等美容产品，有效地改善人体外貌和自信心。
在器官替代方面，组织工程技术可以用于构建人工器官，如血管、心脏、肝脏、胰腺等。
这些人造器官可以有效地改善器官疾病的治疗，也可以用于临床上的移植手术。
目前，组织工程技术已经成功地实现了人工肝脏、心脏瓣膜等人造器官的研制。
在药物筛选方面，组织工程技术可以用于构建仿生的动物模型，以模拟人体的各种器官和组织，进行药物毒性测试和疾病治疗的临床前期试验。
这种仿生模型可以更真实地反映人体内部的生命过程，大大提高药物安全性和疗效。
二、未来发展未来，随着技术的发展和进步，组织工程技术将会依靠人工智能和机器学习等高级技术，不断地演化和壮大。
以下是未来组织工程技术的一些发展趋势：1. 生物打印技术的广泛应用。
目前，3D打印技术已经广泛用于组织工程的材料制备和生物结构制造。
未来，随着技术的提高和成本的降低，生物打印技术将会更加广泛地应用于器官修复和替代的领域，并有望实现全人类的器官匹配。
2. 组织工程的高效化和自动化生产。
未来，随着科学家对组织工程技术的更加深入了解，组织工程的制造将更加标准化和自动化。
这样，组织工程技术生产的效率和质量将会更高，加快治疗和药物研发的进程。
生物材料与组织工程技术发展趋势及其在医疗领域中的应用生物材料与组织工程技术是一门涉及医药、工程技术和生物学的交叉学科。
它的主要目标是研制出能够替代、修复人体组织、器官功能的生物材料和组织修复技术，以改善人体健康状况。
这些技术的发展已经成为医疗领域中的一大热点。
未来，生物材料和组织工程技术的发展将会越来越受到人们的重视。
一、生物材料技术发展趋势生物材料的开发与应用一直是生命科学研究的重要领域之一。
近年来，新型生物材料的开发已达到了前所未有的速度，为医疗领域的发展带来了更多的机遇。
1.智能材料的发展智能材料也是生物材料科技领域的一个大热点。
智能材料可以通过微生物的自身反应实现生命动态的监测，例如人类细胞外基质的生长变化等。
智能材料的研究和开发，使得人们对人体中复杂生命体系的监测和掌握更加便捷和及时，这对于人体健康的维护和疾病诊断都有着非常重要的意义。
2.纳米生物材料的研发纳米生物材料和纳米技术是近年来发展迅速的领域。
研究发现，纳米生物材料具有良好的生物亲和性，可以为医学领域带来更多的应用价值。
例如，在医疗领域，利用各种纳米技术制备新型药物载体，使药物更加准确地到达病灶，提高治疗效果。
同时，纳米技术的发展也为恶性肿瘤的诊断和治疗提供了新的手段。
3.仿生生物材料的引入仿生生物材料是指纳米积木和生命理念相结合的自由形体。
仿生生物材料的研发可以促使材料更好地适应生物环境，提高生物材料在生物医学领域的应用价值。
因此，仿生生物材料是未来生物材料研究的热点之一。
二、组织工程技术的发展趋势组织工程技术是利用细胞、生物材料和生物化学成分，通过一系列工程手段创造新的、替代人体原有组织和器官的方法。
它的发展是为了解决传统医学中存储的极少数损伤、病变组织可以通过移植替换的现实问题。
1.3D打印技术3D打印技术是新型的组织工程手段之一。
研究发现，利用3D打印技术搭建骨架和导管，可促进细胞的增殖、捻合、分化和再生，可以重建人体各种组织和器官的形态和功能。
生物材料与组织工程技术发展趋势近年来，随着生物材料与组织工程技术的发展，越来越多的医学问题开始得到解决，如何将人造器官植入人体、如何让身体伤口快速愈合等等。
生物材料与组织工程技术一直都是一个十分热门的话题，本文旨在探讨生物材料与组织工程技术的发展趋势。
一、新型生物材料的应用生物材料广泛应用于各种手术中，例如骨科植入物、人工关节和心脏瓣膜等。
随着科技的不断发展，新型生物材料逐渐出现，例如生物医用材料和生物可降解材料等。
生物医用材料是由生物大分子材料和人工合成高分子材料组成的材料，它是一种能够与某些生物组织结合或替换的材料。
生物可降解材料则是一种可以被分解为可吸收物和无毒物质的材料。
二、3D打印技术的应用与发展3D打印技术是近年来发展最快的生物制造技术之一。
这项技术已被广泛应用于生物材料与组织工程领域，例如制造人工骨骼、人工心瓣膜和支架等。
传统的3D打印技术能够制造出各种形状的物体，但它无法满足生物组织工程领域的需求。
在未来的发展中，3D打印技术需要更好的控制材料特性和形态，以满足生物组织的需求。
三、基因编辑技术的应用基因编辑技术是一项可以改变或删除人类基因的技术，这项技术已广泛用于生物材料和组织工程领域。
通过编辑特定的基因，可以制造出更强的细胞和组织，例如更健康的肌肉组织或更强的人造心脏。
此外，基因编辑技术还可以用于治疗遗传性疾病，例如囊肿纤维化等。
四、仿生组织工程的应用仿生学是一门研究生物体与非生物体之间相互作用的学科。
仿生组织工程则是仿照自然生物组织，以生命系统为蓝本开发新型的人工组织界面。
仿生组织工程的应用可以更好地减少体内人造器官的排斥反应，同时也能够促进组织再生，帮助身体恢复正常功能。
综上所述，随着科技发展和人们在生物材料和组织工程领域的研究，新型生物材料和技术不断涌现。
未来，生物材料和组织工程技术将持续进步，开发出更好的产品和解决方案。
这将为医学领域带来不可估量的贡献，这些技术的发展也将不断深化我们对人体运作方式的理解。
生物医学工程中的组织工程技术发展趋势一、介绍随着人口的增长和疾病的不断增多，对于替代受损组织和器官的需求日益增加。
而组织工程技术作为生物医学工程领域的一个重要分支，旨在利用生物材料、细胞和生物物理方法，以重建、修复和替代受损组织和器官，以实现临床治疗的目标。
本文将探讨生物医学工程中的组织工程技术发展趋势。
二、生物材料的创新生物材料是组织工程技术中不可或缺的一部分。
未来的发展趋势之一是生物材料的创新。
目前广泛使用的生物材料，如聚合物、金属和陶瓷，虽然在某些方面具有良好的机械性能和生物相容性，但仍然存在一些局限性。
因此，研究人员正在寻找新的生物材料，具有更好的可调性、可塑性和生物活性，以更好地适应组织工程的需求。
一种有前景的创新是生物材料的纳米技术应用。
纳米技术可以将材料的特性调整到纳米尺度，例如表面粗糙度、力学性能、生物活性等。
这可以改善材料与细胞的相互作用，促进细胞外基质的形成和细胞的定向增殖，从而更好地支持受损组织的再生和修复。
此外，在生物材料设计方面，需要更多考虑到材料的可降解性。
可降解的生物材料能够为细胞提供支撑和空间，并逐渐被细胞代谢和排泄，降低了术后并发症的风险，并减少了再次手术的需要。
因此，开发更多可降解的生物材料，成为了当前生物医学工程中的一个重要研究方向。
三、细胞的应用细胞是组织工程技术中另一个重要的组成部分。
在目前的组织工程实践中，主要使用成体干细胞和多能干细胞进行组织和器官的再生。
未来，预计将出现更多新的细胞类型和使用细胞的新方法。
一方面，新的细胞类型将被发现和应用。
例如，诱导多能干细胞的发现开辟了利用个体自身细胞进行再生医学的新途径。
此外，干细胞、间充质细胞、神经元细胞等其他细胞类型的应用也将取得更多突破。
另一方面，细胞的新方法将被使用。
例如，CRISPR基因编辑技术的出现，使得科学家能够精确地修改细胞基因组，以实现更好地控制细胞行为和功能的目的。
此外，人工智能技术的发展也为细胞的高通量筛选和功能研究提供了新的可能性。
生物材料在组织工程中的应用与发展一、引言：组织工程是一门利用生物材料修复、替代或重建受损组织或器官的科学与技术。
生物材料的应用在组织工程中扮演着重要的角色。
本文旨在介绍生物材料在组织工程中的应用与发展，并展望未来的发展方向。
二、生物材料的定义与分类生物材料是指能够与生物体相容并被接受，具有某种或多种功能的材料。
根据其来源和性质可将生物材料分为生物医用材料、天然生物材料和人工合成生物材料三类。
其中，生物医用材料包括金属材料、陶瓷材料、高分子材料等，天然生物材料如蛋白质、胶原蛋白等，人工合成生物材料包括人工肌肤、人工血管等。
三、生物材料在组织工程中的应用1. 组织修复与再生生物材料在组织工程中可用于组织修复和再生。
例如，通过植入生物支架材料，可以模拟和促进细胞增殖和分化，帮助组织修复。
同时，生物材料的物理、化学及电学性质的优化，有助于血管、神经等组织的再生。
2. 人工器官与组织构建生物材料在人工器官和组织构建中也具有重要作用。
通过使用生物材料，研究人员可以制造出具有特定功能的人工器官，如人工心脏瓣膜、人工骨骼等。
这些器官可以替代受损的或疾病引起的器官，提高患者的生活质量。
3. 药物递送和控释系统生物材料还可以作为药物递送和控释系统的载体。
通过控制生物材料的物理和化学特性，可以实现药物的逐渐释放，从而提高治疗效果，减少药物的副作用。
四、生物材料在组织工程中的挑战尽管生物材料在组织工程中具有广泛的应用前景，但仍面临一些挑战。
首先，生物材料与宿主生物体的相容性是一个重要的问题。
其次，生物材料的稳定性和机械性能也是需要解决的难题。
此外，生物材料的价格、合成工艺等方面的问题也需要进一步研究和改进。
五、生物材料在组织工程中的发展趋势在未来的发展中，生物材料在组织工程中将有以下几个发展趋势。
首先，基于纳米技术的新型生物材料将得到广泛应用，通过调控材料的纳米结构和表面性质，提高组织工程的效果。
其次，生物材料的多功能性将得到更好的利用，例如结合生物活性物质，实现组织的快速修复和再生。
生物材料在组织工程中的应用研究进展生物材料是一种与生物体相容性良好的材料，可以用于替代、修复或增强人体组织的功能。
它在组织工程领域中具有广泛的应用前景。
本文将介绍生物材料在组织工程中的应用研究进展。
一、生物材料在骨组织工程中的应用骨组织工程是最早得到应用的组织工程领域之一。
生物材料在骨组织工程中的应用主要集中在骨修复和骨再生上。
常用的生物材料包括钛合金、陶瓷、聚乳酸等。
它们可以用于制作人工关节、骨植入物和骨修复材料。
生物材料的选择应考虑材料的力学性能、生物相容性、降解速度等因素，以保证骨组织的正常生长和修复。
二、生物材料在软组织工程中的应用除了骨组织工程，生物材料在软组织工程中也有广泛的应用。
软组织工程主要涉及皮肤、血管、肌肉等组织的修复和再生。
在皮肤组织工程中，生物材料可以用于制作人工皮肤、愈合促进剂等。
在血管组织工程中，生物材料可以用于制作支架材料，促进血管的再生和修复。
在肌肉组织工程中，生物材料可以用于制作修复材料和人工肌肉，帮助肌肉组织的再生。
三、生物材料在器官工程中的应用生物材料在器官工程中的应用是组织工程领域的一个热点研究方向。
人工器官的制作需要材料具备良好的力学性能、生物相容性和生物活性。
生物材料可以用于制作人工心脏、人工肝脏、人工肾脏等。
例如，生物材料可以用于制作人工血管，用于心脏搭桥手术。
另外，生物材料还可以用于修复受损的器官组织，促进其再生。
四、生物材料在神经组织工程中的应用神经组织工程是组织工程领域中的一个重要分支，致力于神经系统的修复和再生。
生物材料在神经组织工程中的应用主要涉及神经管的修复、神经导向材料的制备等。
神经系统对材料的生物相容性要求较高，因此选用合适的生物材料至关重要。
近年来，透明质酸、胶原蛋白等生物材料在神经组织工程中得到广泛应用，为神经组织的再生和修复提供了新的途径。
总结起来，生物材料在组织工程中的应用研究进展非常广泛。
从骨组织工程到软组织工程，从器官工程到神经组织工程，生物材料发挥着重要作用。
组织工程技术的现状与应用前景组织工程技术是一种涉及多个学科的交叉学科，旨在构建或修复人体组织。
它将材料科学、生物学和工程学等学科有机地融合起来，以创造体内或体外生物可耗材料、细胞载体和生物反应器等，从而改善人体的生理结构和功能。
随着医学和科技的进步，组织工程技术也得到了不断的发展。
目前，组织工程技术已经被广泛应用于修复骨骼、软组织以及心血管和神经系统等各种生物组织。
例如，利用生物可吸收材料替代骨骼，可以实现骨折恢复等各种治疗效果。
同样地，在软组织方面，组织工程技术也可以帮助人们修复生殖系统、肌腱、韧带、皮肤等组织。
组织工程技术还可以有效地应用于生物医学研究中。
研究人员可以利用细胞培养技术和三维打印技术等，将不同类型的细胞和结构组合起来，进而研究细胞和组织的生长和分化过程。
此外，组织工程技术还可以应用于药物筛选和生物毒理学等领域，为药物研究和毒理学评价提供更加可靠的数据。
在未来，随着技术的不断创新和发展，组织工程技术将拥有更加广泛的应用前景。
研究人员将集中力量发展更加独特的材料和生物反应器，以推进更多形式的体内修复和组织再生。
此外，研究人员将探索借助组织工程技术和干细胞技术等手段治疗癌症和其他严重疾病的可能性。
然而，组织工程技术在实际应用过程中仍面临着许多挑战。
例如，材料的生物相容性和功能性、细胞源的获取和培养、结构的精准性和可控性等问题均需要得到解决。
同时，组织工程技术的安全性和有效性还需要经过长期的临床试验和评估。
总结来看，组织工程技术在医疗、生物学研究和药物等领域具有广阔的应用前景。
虽然在实际应用中仍面临一些挑战，但其发展趋势是不可避免的。
随着技术的进一步创新和发展，组织工程技术必将为人们带来更多健康和幸福。
新型生物材料在组织工程中的应用研究1. 引言组织工程是一门集生物学、医学和工程学于一体的学科，旨在通过修复、替代或再生受损组织和器官。
传统的组织工程材料存在一些局限性，如材料的生物相容性、机械性能和可塑性等方面的问题。
为了解决这些问题，并推动组织工程的发展，研究者开始探索新型生物材料的应用。
2. 现状分析2.1 传统生物材料的应用传统生物材料如天然和合成高分子材料被广泛应用于组织工程中。
然而，这些材料在生物相容性、可塑性和机械性能方面存在一些不足之处。
例如，合成高分子材料可能引发免疫反应，影响修复效果。
2.2 新型生物材料的崛起近年来，一些新型生物材料开始进入组织工程领域。
这些材料包括生物陶瓷、生物降解高分子材料和生物活性材料等。
这些材料具有优异的生物相容性和机械性能，能够模拟和促进受损组织的再生，成为组织工程的新方向。
3. 存在问题尽管新型生物材料在组织工程中具有广阔的应用前景，但仍然存在一些问题需要解决。
3.1 缺乏深入了解新型生物材料的研究相对较新，我们对其特性、行为和应用机制的理解还不够深入。
这使得我们无法充分发挥材料的优势或设计更有效的治疗方案。
3.2 生产和操作困难与传统生物材料相比，新型生物材料的生产和操作要求更高。
这些材料可能需要复杂的合成工艺或特殊的操作环境。
这给组织工程的实际应用带来了一定的挑战。
4. 对策建议4.1 加强研究为了更好地应用新型生物材料于组织工程，我们需要加强对这些材料的研究。
这包括对其特性和行为的深入了解，以及与生物组织的相互作用等方面的研究。
只有透彻了解材料的性质，我们才能更好地应用它们。
4.2 技术革新为了克服新型生物材料的生产和操作难题，我们需要进行技术革新。
这包括开发更简化的合成工艺和操作方法，以促进生物材料的实际应用。
我们还可以探索新型制备技术，如3D打印等，以提高生物材料的制备效率和质量。
4.3 制定标准与规范为了确保新型生物材料的应用安全和有效性，我们需要制定相应的标准与规范。
组织工程学的研究现状及进展
组织工程学是一门研究如何利用细胞、材料和生物技术等技术手段来构建和修复人体组织的学科。
它的发展始于20世纪80年代，经过几十年的研究和发展，已经取得了一些重要的进展和成果。
目前，组织工程学的研究现状主要包括以下几个方面：
1. 细胞种源和生物材料：研究人员正在探索不同种类的细胞种源，如干细胞、成体细胞和外源细胞等，并寻找合适的生物材料作为支架来支持和引导细胞生长和分化。
2. 细胞培养和生长条件：研究人员致力于优化细胞的培养和生长条件，包括培养基组分、生长因子的添加和物理条件的调控，以促进细胞的增殖和定向分化。
3. 组织结构的构建：研究人员通过三维打印、微织造和自组装等技术手段，构建具有特定结构和功能的人工组织。
近年来，通过纳米技术和生物打印等新技术的应用，已经能够构建出更加复杂和精确的组织结构。
4. 血管化和神经化：研究人员正在探索如何在构建的组织中实现血管化和神经化，以提供养分和氧气的供应以及神经信号的传导。
5. 生物材料的改良和仿生模拟：研究人员致力于改良和设计新型生物材料，在物理和化学性质上更接近人体组织，并通过仿生模拟的方法来研究组织和器官的功能和行为。
除了上述的研究方向之外，组织工程学还在伦理和法规、移植和临床应用等方面面临一些挑战和问题，需要继续深入研究和解决。
总的来说，组织工程学在人体组织修复和再生领域具有广阔的应用前景，但仍需要进一步的研究和发展来实现其在临床上的应用。
组织工程技术的发展现状及趋势(三)组织工程用生物材料的研究胡帼颖1,张志雄2,3,温叶飞1,顾汉卿4中图分类号:R318.08 文献标志码:A 文章编号:1005 0809(2009)03 0009 191 组织工程用生物材料的概述生物材料又称生物医用材料,是指用于对生物体进行诊断、治疗和置换损伤组织、器官或增进其功能的材料[1]。
按发展阶段分为生物惰性材料、生物活性可降解材料以及细胞和基因活化的材料3大类。
组织工程用生物材料通常为基于细胞和分子水平的第3类生物材料,旨在于最小的损伤前提下,为原位组织再生修复提供物质基础。
可降解高分子材料制备的支架具有很好的生物相容性,在人体特定的病理过程中完成它的治疗使命后最终在体内降解消失,避免了假体置入对人体的长期异物影响,目前受到材料科学和医学界的广泛关注[2]。
而对可降解材料进行分子修饰,可引起细胞整合素的相互作用,诱导细胞增殖、分化,以及细胞外基质的合成与组装,从而启动机体的再生系统,为种子细胞提供了适合其生长、基质合成及发挥其功能的生物学空间,克服了以往单一的细胞移植中细胞不易成活、基质合成能力低下等缺点。
为此,组织工程用生物材料必须具有良好的生物相容性、可降解性、低免疫原性以及一定的空间结构、孔隙率、降解速率等特性。
理想的组织工程支架应具有如下性质:(1)能够使细胞迁移、增殖和深入粘附于支架内部的互联多孔网络结构;(2)提供支架内部细胞所必需的氧气和养分,并及时带走代谢产物;(3)利于细胞粘附和增殖的良好的生物相容性;(4)依照外科手术要求构建的外形;(5)合适的机械强度和降解性能。
由此可见,为组织工程化组织的构建提供细胞载体与组织结构支架,是组织工程研究的重要组成部分,也是影响组织构建的关键因素之一。
2 组织工程用生物材料的分类目前报道的组织工程支架材料,主要分为天然高分子材料、人工合成可降解材料、无机材料及半合成材料(复合材料)4大类。
1.天然高分子材料天然高分子材料一般都无毒、亲水、生物相容性及细胞亲和性好,有利于种子细胞DNA的合成,可促进种子细胞的生长、扩增。
目前报道的天然高分子材料主要包括:胶原、透明质酸、壳聚糖、血纤蛋白、海藻酸盐、淀粉、脱细胞基质、蚕丝/蛛丝和弹性蛋白等。
(1)胶原胶原是细胞外基质(extrace llular m atri x,EC M)中的主要纤维蛋白成分,是哺乳动物体内含量最丰富的蛋白质,是皮肤、骨骼、腱、软骨、血管及心瓣的主要的结构单元。
目前已确定化学组成和分子结构的胶原蛋白有25种,其中I型胶原提供了适宜离体诱导成骨细胞分化和载体诱导成骨作用的环境。
作为天然聚合物,I型胶原已用于组织工程技术,尤其是皮肤等软性组织的修复[3]。
作者单位:1.100191 北京,北京航空航天大学生物与医学工程学院博士后流动站2.100871 北京,北京大学工学院博士后流动站3.518057 深圳,北京大学香港科技大学深圳研修院博士后科研工作站4.300211 天津,天津医科大学天津市泌尿外研究所通讯作者:顾汉卿,E m ai:l cj bm ee@与合成材料相比,胶原天然的表面性质更利于细胞粘附,并对细胞产生趋化作用,可单独作为支架材料或用于构建复合支架材料应用于软组织修复、细胞分化、毛细管工程、真皮工程和血管化脂肪组织的多个组织工程领域[4 6]。
目前对胶原应用于医学装置进行的抗原性、免疫原性、潜在病原体传染、免疫反应、低机械强度和生物降解性能失控等方面的研究[7 9]表明,交联与其他生物材料杂化等的交联修饰方法可有效改善胶原材料的上述缺陷。
采用水溶性交联剂碳二亚胺、1 乙基 3 二甲氨基丙胺 碳二亚胺(EDAC)和N 羟基琥珀酰亚胺酯(NH S)在起桥接胶原分子作用的氨基酸(甘氨酸、谷氨酸或赖氨酸)作用下交联胶原,构建了生物学性能稳定的支架。
胶原复合物(与生物陶瓷或生物聚合物复合)显示了杂化生物材料和胶原各自的优点[10 12],可提高机械强度,促进细胞接种,改善细胞与材料之间的相互作用。
(2)透明质酸透明质酸(hya l u ron ic acid,HA)又名玻璃酸,是广泛分布在动物和人体组织及细胞外基质中的一种蛋白多糖。
HA在胚胎发生过程中可调节细胞迁移、分化以及调节EC M s构成。
它不仅能促进血管发生,还可以作为自由基清除剂抑制创伤部位的炎性反应,并在组织修复过程中被多种细胞上的受体所识别[13]。
HA 具有非免疫原性,在组织修复过程中还促进间质细胞和上皮细胞的迁移和分化,从而促进胶原沉积和血管发生,因此是组织工程和药物缓释的理想材料。
HA具有水溶性,易于构造成不同类型的孔隙和三维结构。
但由于HA在体内易发生水解,目前多采用多种理化方法对HA进行交联[14]或修饰为HA乙基/苄基酯化物(HYAFFs),使其衍生物的降解速率大幅降低并应用于皮肤、软骨再生和细胞生长模型[15]。
HYAFFs在酶活性作用下通过酯键发生水解。
去酯化的聚合物高度含水并呈水溶性[16 17]。
含有成纤维细胞生长因子的HA粘性材料(OSSI GELs)作为合成的骨移植物可促进骨折愈合,目前已用于临床试验。
与此类似,将HYAFFs11用于多种生长因子、形态发生素和骨髓基质细胞的载体。
将HYAFFs11与可吸收胶原海绵作为骨诱导蛋白、重组人骨形态发生蛋白 2 (r hB MP 2)的载体进行比较,发现HYAFFs11的治愈效果优于胶原[18]。
HA材料还代替胶原材料用于可注射软组织填充物[19]。
高分子量粘性HA溶液(AM V ISC s和AMV ISC s PLUS)可用于保护白内障清除术、角膜移植术和青光眼手术中的敏感眼部组织。
粘性HA溶液(SYNV ISC s和ORT HOV I SC s)可用于滑液替代物以减轻骨关节炎患者疼痛并增强关节灵活性[20]。
近来研究发现,外源性HA还可用于治疗脉管疾病[21]。
(3)壳聚糖壳聚糖(chitosan)是甲壳素(ch itin)的脱乙酰化产物,在结构上与人体内存在的糖胺聚糖类似,具有碱性多糖特性,可与细胞表面带负电荷的基团相互作用而发生非特异性修复。
壳聚糖对巨噬细胞有刺激作用,对中性粒细胞有化学吸引作用[22],另外为还具有抗菌和止血的性能,因此在创伤愈合方面具有较为良好的应用前景[23 24]。
此外,壳聚糖的体内被溶菌酶水解,形成的低聚物可使巨噬细胞活化,形成的N 乙酰胺基葡糖是皮组织的主要成分,还对无疤痕组织修复十分重要。
因此,壳聚糖对创伤愈合还有促进作用。
壳聚糖生物相容性良好,具有pH敏感性和生物可降解性,可促进细胞的增殖与组织的修复。
目前已开发出多种以壳聚糖为载体的药物或疫苗释放体系[25],壳聚糖还可与DNA形成复合物应用于基因传递[26]。
壳聚糖可在水溶液中被加工,如凝胶和纳/微米球等多种结构形式,不需要有机溶剂介入,可保持抗原的免疫原性[27]。
将壳聚糖与多种材料复合后,可用于组织工程化皮肤、骨骼及软骨修复等领域[28 29],如HA/壳聚糖 明胶支架可合成细胞外基质并使其骨化,并形成类骨组织[30]。
(4)血纤维蛋白血纤维蛋白是参与自然凝血过程的一类生物聚合物,由纤维蛋白原衍生而来。
而血纤维蛋白凝块一旦形成,会在体内复合酶作用下发生血纤维蛋白溶解作用。
血纤维蛋白凝胶是由纤维蛋白单体聚合而成,具有可塑、可粘附和可降解的特性。
纤维蛋白单体在聚合成凝胶时,会释放出血小板来源的生长因子和 转化因子,可促进细胞增殖和基质分泌。
血纤维蛋白具有良好的生物相容性、生物降解性和可注射性,并存在于纤维连接蛋白等多种EC M s蛋白中,且对于细胞粘附和增殖有积极的作用。
血纤维蛋白作为封闭剂已广泛用于外科手术的止血和组织封闭。
目前已发现不同蛋白与血纤维蛋白凝块的作用不同,而一些生长因子与血纤维蛋白基质的作用很强[31]。
然而,血纤维蛋白材料在机械强度、降解时间、材料来源等方面还存在一些问题,这方面的研究尚在深入开展中。
(5)海藻酸海藻酸存在于褐藻细胞壁和细胞间隙中,为植物提供结构支持和柔顺性,并且无毒而作为食品添加剂广泛使用。
然而,海藻酸作为生物材料的缺点在于其不能在哺乳动物体内发生酶解。
因此,目前针对海藻酸的研究,主要是开发可降解海藻酸凝胶。
研究发现,在二价阳离子存在条件下,海藻酸可通过离子交联反应形成网状开放晶格的水凝胶。
该凝胶可溶于中性p H溶液,并在体内可发生不可控的缓慢降解,其酶解产物对人体无毒害作用。
该水凝胶具有良好的亲水性,营养物质易于渗透扩散[32]。
采用 射线辐照交联也可得到可降解的海藻酸凝胶,其体内降解速度比离子交联凝胶更快更彻底,有望用于骨组织再生[33]。
另一种可以得到可生物降解海藻酸材料的方法是化学修饰,即对海藻酸骨架进行高碘酸氧化从而得到可水解的化学键,可依p H和温度不同发生不同速率的降解[34]。
此外,醛基的反应活性很强,也可制备化学交联的可降解海藻酸凝胶,用于细胞或药物包囊。
藻酸钙凝胶是藻酸钠的置换物,是一种中性偏碱的基质材料。
除机械强度较差外,它在生物相容性、可降解性、细胞 材料界面、三维立体多孔结构和可塑性等方面都有利于种子细胞的接种和生长,是理想的骨和软骨组织工程基质材料[35]。
(6)淀粉淀粉是另一种天然材料,其多样化的性能可应用于骨替代、组织工程支架以及药物释放系统等生物医学领域[36 37]。
淀粉常与醋酸纤维素[37 38]、羟基磷灰石[39]、聚乙二醇和聚乳酸[40]等其他生物材料结合,使其构建的支架材料具有不同的性质。
虽然淀粉复合物的理化性质对细胞粘附、增殖及形态均有影响,但体外研究表明成骨细胞可粘附于淀粉支架上并增殖。
此外,细胞可维持成骨表型,培养3周后可检测到矿化的细胞外基质[39]。
(7)脱细胞基质除采用动物或植物组织来源的天然大分子外,将细胞外基质处理(脱细胞)也可用于构建组织工程支架。
例如利用含有I型胶原、氨基葡糖(GAG s)以及一些生长因子的小肠黏膜下层(SI S)构建支架[40]等。
采用脱细胞技术制造天然EC M s,其优点在于支架材料有较好的组织相容性和亲和性,可作为组织填充物而长期存在。
此外,完整的天然EC M内可能存在着某些复合生长因子,可诱导调节细胞的生长、繁殖、分化等。
(8)蚕丝/蛛丝 蚕丝是天然纤维蛋白材料,具有良好的抗张性,已用于纺织及外科缝线数百年,是腱和韧带良好的组织工程支架材料[42]。
天然蚕丝由丝核心蛋白、丝心蛋白和含有丝胶蛋白的胶状涂层构成。
天然蚕丝的毒性研究表明,丝胶蛋白会导致不良免疫反应并对组织工程应用不利[43],而将丝胶蛋白除去后,再生的丝心蛋白的生物相容性会得到显著提高[44]。
丝心蛋白是天然嵌段共聚物,是由氨基酸的疏水片段和亲水片段构成。
其中,疏水片段在氢键和疏水相互作用下构成 折叠或结晶,导致丝心蛋白的抗张性[45]。
