肌腱组织工程支架生物材料与孔隙特征

背景:随着肌腱损伤肌腱移植手术的增多,对肌腱组织工程支架的需求日益增加,研究发现植入物良好的孔隙大小及孔隙率有助于组织愈合。目的:总结肌腱组织工程支架的材料种类,调查各类肌腱组织工程支架材料与孔隙的相关情况。方法:应用计算机检索PubMed、Embase、Web of Science数据库中发表的相关文献,检索关键词为“tendon”或“ligament”和“tissue scaffold”以及“porosity”或“permeability”,共纳入84篇符合标准的文献进行归纳总结,讨论并展望未来的发展方向。结果与结论:肌腱组织工程研究所涉及的支架材料主要分为天然肌腱支架材料和人工合成腱性支架材料两大类,其中天然支架材料包含自体肌腱、同种异体肌腱和异种肌腱,自体肌腱、同种异体肌腱在临床上已应用多年,在制备异体肌腱以及动物实验过程中发现脱细胞消毒过程中会导致两种肌腱孔隙大小及孔隙率增加的现象,但是具体原因及机制并未进一步研究。人工合成腱性支架材料目前研究的种类有很多,其中以Leeds Keio、LARS为代表的人工韧带产品目前还在部分国家使用,其他材料目前因技术不成熟等问题未能在临床推广,人工合成腱性支架材料的孔隙及孔隙率因其材料与制备技术的不同也呈现不同的趋势。

生物支架材料在治疗椎间盘退行性变中应用的临床前研究进展

椎间盘退行性变(intervertebral disc degeneration,IVDD)与40%~50%的腰痛有关,是导致中老年人腰痛的主要原因[1]。其治疗方法包括保守治疗和手术治疗。保守治疗主要包括卧床休息、应用非甾体类抗炎药物及康复锻炼等,虽然可以在一定程度上缓解部分患者的疼痛症状,但无法阻止IVDD的发展,且病情易反复[2]。当保守治疗的效果不显著时,患者通常会选择手术治疗。手术治疗包括椎间盘切除、椎管减压、椎体融合以及椎间盘置换术等[3],虽能立即缓解患者大部分的症状,但存在不同程度的脊柱力学性能改变、活动度下降和邻近节段退变等风险[4]。因此,寻找一种疗效佳且风险小的方法成为治疗IVDD的研究热点。

神经组织工程生物支架材料的应用现状[英文]

学术背景:开发具有一定的生物学活性,能促进干细胞的增殖分化,组织再生的各类新型的复合材料、仿生材料、生物活性材料及智能型材料,是组织工程材料的研究方向。目的:总结神经组织工程生物支架材料应用研究进展。检索策略:由该论文的研究人员应用计算机检索Pubmed和维普信息资源系统V6.32数据库2001-01/2007-06的相关文献,检索词:"神经组织工程"和"tissue engineering,neural,neural stem cells,Schwanncell,biomedical materials,scaffold",并限定文章语言种类为English。共检索到123篇文献,对资料进行初审,纳入标准:①与组织工程修复神经研究方面密切相关。②同一领域选择近期发表或在权威杂志上发表的文章。排除标准:重复性研究。文献评价:文献的来源主要是神经组织工程生物支架材料的基础研究,包括其来源、理化特性、与神经干细胞、雪旺细胞相容性检测。所选用的36篇文献中,6篇为综述、述评、讲座,其余为基础实验研究。资料综合:①神经损伤后的再生与修复,目前的研究并没有取得具有临床意义的突破。随着成体神经干细胞的发现、材料技术和细胞培养技术的发展,组织工程学方法为神经损伤的治疗带来了希望。②生物支架是对细胞外基质结构和功能的仿生,起到细胞外基质替代物的重要作用,寻找再生能力强的种子细胞和适合细胞生存的生物材料为组织工程的核心研究内容。③研究表明,神经组织工程支架材料来源广泛,明胶、胶原、聚乳酸杂化材料、壳聚糖及脱细胞细胞外基质等均具有生物相容性和安全性,理化性能稳定,在组织工程中有非常好的应用前景。④在神经组织工程生物支架研究方面仍然存在着许多尚未阐明和解决的问题。加强基础性问题的探索,系统地阐明组织工程化组织形成、成熟及体内转归过程中的一系列重要基础科学问题和内在机制,这对优化组织构建技术,加速组织工程技术的临床应用与产业化发展具有重要意义,必将成为今后研究的热点。结论:神经组织工程生物支架研究已取得了一定的进展,但仍然存在着许多尚待解决的问题。

利用纤维蛋白胶复合血管脱细胞基质制备全生物型小口径组织工程血管支架材料的研究

目的探讨利用猪纤维蛋白胶复合犬颈总动脉脱细胞基质制备全生物型小口径组织工程血管支架材料的方法。方法将猪纤维蛋白胶均匀复合于犬颈总动脉脱细胞基质的外表面,构建全生物型小口径复合纤维蛋白胶支架材料。通过组织学染色、扫描电镜观察及生物力学测试对复合纤维蛋白胶支架材料的性质进行检测。结果组织学染色结果表明猪纤维蛋白胶均匀分布于犬颈总动脉脱细胞基质的外表面;扫描电镜结果显示复合纤维蛋白胶支架材料的外表面光滑,质地均匀。复合纤维蛋白胶支架材料、脱细胞犬颈总动脉及新鲜犬颈总动脉3组标本的极限拉伸强度和爆裂强度相似,复合纤维蛋白胶支架材料组的轴向顺应性高于脱细胞犬颈总动脉组,而与新鲜犬颈总动脉组的顺应性相似。结论猪纤维蛋白胶可以均匀复合于犬颈总动脉脱细胞基质支架材料上,能够构建出结构均匀的全生物型小口径组织工程血管的支架材料,复合纤维蛋白胶支架材料具有合适的生物力学性质,能够满足小口径组织工程血管对支架材料的要求。

利用复合生物支架材料构建全生物型小口径组织工程血管的研究

目的利用复合纤维蛋白胶生物支架材料和血管细胞成分体外构建具有完整中膜及内皮层的全生物型小口径组织工程血管。方法体外培养扩增猪主动脉血管内皮细胞及平滑细胞,将血管平滑肌细胞与猪纤维蛋白胶混合,均匀复合于犬颈总动脉脱细胞基质材料外表面,经培养后将血管内皮细胞悬液种植到基质材料的内表面,构建全生物型小口径组织工程血管。通过组织学染色观察组织工程血管的组织学结构,扫描电镜观察血管的内外表面结构。结果组织学染色结果表明构建的小口径组织工程血管具有完整的内膜层及中膜层结构;扫描电镜结果显示组织工程血管内表面覆盖着完整的内皮细胞层,血管的外表面可见分层排列的血管平滑肌细胞。结论利用纤维蛋白胶血管细胞混合液复合犬颈总动脉脱细胞基质可以构建出具有完整中膜及内膜层的全生物型小口径组织工程血管。

耳廓软骨天然生物支架材料的制备及初步研究

目的探讨制备兔耳廓天然软骨细胞外基质材料的新方法,制备适用于组织工程应用的天然生物支架材料。方法①采用多步骤去污剂—酶处理技术抽提兔耳廓软骨细胞制备天然软骨细胞外基质(Nature Extracellular Matrix,NECM),对NECM行HE染色、澳新蓝染色、维多利亚蓝染色、VanGieson染色并进行组织学及扫描电镜观察;②以灰家兔NECM为支架材料和新西兰大白兔耳廓软骨细胞为种子细胞进行体外培养,倒置显微镜下观察其亲水性和对细胞的吸附力,并通过四氮唑盐比色法(MTTAssay)观察NECM对软骨细胞的增殖作用。结果通过HE染色、蛋白多糖、胶原及弹力纤维特染、扫描电镜观察分析证实经过多步骤去污剂—酶法抽提软骨细胞制备的天然生物支架材料里,不含细胞及细胞器成分,仅含有不溶解的胶原、弹性蛋白和蛋白多糖,亦即NECM;体外培养实验发现,兔耳廓软骨细胞易进入脱细胞异体软骨基质结构裸露的空穴,且生长旺盛,组织学检查证实兔耳廓软骨NECM上裸露的骨陷窝已部分被软骨细胞占据。MTTAssay检测证实NECM对软骨细胞增殖有促进作用。结论本实验制备的NECM脱细胞彻底、细胞外基质成分保留较完整,并具有促进细胞粘附、增殖和分化生长的作用,是一种较为理想的天然生物支架材料。

改造天然生物组织为血管支架材料的预处理方法

目前 ,临床对血管替代物的需求量越来越大 ,传统的来源已不能满足需要。组织工程化血管的出现使得这一问题有望得到解决。构建组织工程化血管就必然涉及血管支架的预制。生物支架材料是血管支架中的一大类 ,它在细胞黏附及促细胞生长等方面优于人工合成的支架材料。由于生物性材料自活体取出后即开始降解 ,同时不同材料间也存在着种群差异 ,不宜保存和直接应用 ,故需采用一些预处理方法来解决这些问题 ,预处理目的就是在移植生物性材料前 ,降低其抗原性、提高其抗酶降解能力 ,并较长时间地保持其良好的力学性能和组织结构。这些处理方法包括运用戊二醛、多聚环氧化合物、碳化二亚胺、京尼平及原花色素等化学试剂进行交联的化学方法和应用光氧化等进行交联的物理方法。本文详细地叙述了各种预处理方法的机理及相应各种材料处理前后免疫原性、生物稳定性、力学性能、细胞毒性、抗钙化能力等特性的变化 ,并对各种方法的优缺点做一简要的评述。总之 ,生物性材料预处理的发展趋势是继续深入研究和开发细胞毒性小的天然交联剂 。

构建组织工程化神经中生物支架材料的研究进展

组织工程化神经是运用组织工程学的基本原理和方法,根据神经再生的生物学特性,以具有良好生物相容性的载体物质与有活性细胞(Schwann细胞等)结合而成的具有特定三维结构和生物活性的复合体,用于桥接神经断端,达到引导和促进神经再生的目的.……

聚乳酸支架材料与角膜上皮样细胞的体外生物相容性

目的观察聚乳酸支架材料与角膜上皮样细胞的体外生物相容性。方法通过热压法与流延法分别制作聚乳酸支架材料。复苏培养前期实验获得的角膜上皮样细胞,免疫荧光化学法鉴定,将第三代角膜上皮样细胞分别种植于上述2种聚乳酸支架材料,显微镜下观察此两种支架材料上细胞的存活与生长情况;采用伊红染色观察支架材料上细胞数量与形态,噻唑蓝法检测细胞活力。结果热压法聚乳酸支架材料为纤维交织立体结构,而流延法材料为实性结构,无孔隙。细胞种植于支架材料后,细胞种植4d后镜下可见热压法聚乳酸支架材料组大量细胞存活,且紧贴着支架材料生长并向支架材料内伸展,伊红染色可见材料上大量着色的细胞;流延法组细胞存活极少,伊红染色仅见极少细胞附着在材料上。结论热压法聚乳酸支架材料具备纤维孔隙结构,支持角膜上皮样细胞的存活与生长,具备与角膜上皮样细胞有较好的生物相容性,有进一步开发角膜上皮样细胞移植支架的前景。

生物支架材料在骨组织工程中的应用

颌面部的骨组织缺损不但会造成颜面部畸形,而且可导致患者发音、语言、咀嚼以及呼吸等出现一定程度的功能障碍。目前,骨组织工程主要通过联合使用支架材料与生物活性因子来促进骨组织的修复、再生,最终使缺损的骨组织得以修复或重建。目前关于支架材料的研究受到广泛关注,成功获得理想性能的支架材料对于骨组织工程具有重要意义,是骨组织工程从科学研究走向临床应用的关键所在。本研究对生物支架材料在骨组织工程中的应用的进展进行综述。

胶原-生物活性玻璃-聚己内酯复合支架材料促进人牙髓细胞的增殖、迁移和分化

背景:胶原-生物活性玻璃-聚己内酯复合材料具有良好的生物相容性、机械性能及可降解性,对细胞的黏附、增殖及血管生成极为有利。目的:观察胶原-生物活性玻璃-聚己内酯复合支架材料对人牙髓细胞的增殖、迁移和分化能力的影响。方法:分离培养人牙髓细胞,接种在胶原-生物活性玻璃-聚己内酯支架材料上,接种前及接种后第1,3,7,14,24天,采用MTT法检测细胞增殖,采用划痕实验检测细胞的迁移能力,采用ELISA法检测细胞上清液中的碱性磷酸酶活性。结果与结论:(1)与接种前比较,接种于胶原-生物活性玻璃-聚己内酯支架材料上的细胞增殖能力明显增强(P<0.01);随着接种时间的延长,胶原-生物活性玻璃-聚己内酯支架材料上的细胞增殖能力逐渐增强;(2)与接种前比较,接种于胶原-生物活性玻璃-聚己内酯支架材料上的细胞迁移能力明显增强(P<0.01);随着接种时间的延长,胶原-生物活性玻璃-聚己内酯支架材料上的细胞迁移能力逐渐增强;(3)与接种前比较,接种于胶原-生物活性玻璃-聚己内酯支架材料上的细胞上清液中碱性磷酸酶水平明显增加(P<0.01);随着接种时间的延长,胶原-生物活性玻璃-聚己内酯支架材料上的细胞上清液中碱性磷酸酶水平逐渐增强;(4)结果表明,胶原-生物活性玻璃-聚己内酯复合支架材料可促进人牙髓细胞的增殖、迁移和分化过程。

生物材料支架在宫腔粘连中的研究进展

宫腔粘连是女性常见的子宫内膜疾病,导致育龄妇女不孕的主要原因之一,其治疗方式以宫腔镜下粘连切除结合激素和防粘连支架预防再次粘连为主。随着组织医学工程的发展,天然及合成的生物材料支架除了具有物理屏障、搭载激素类药物的作用外,还能够搭载干细胞及其分泌物。并且凭借其良好的生物相容性、可降解性等优异的性能在宫腔粘连的预防和治疗中起到了重要的作用,发展前景广阔。因此,本文现就生物材料支架在宫腔粘连中的研究进展进行综述。

生物活性材料支架诱导成年大鼠神经再生修复脑损伤的研究

目的应用生物活性材料支架诱导神经再生修复成年大鼠创伤性脑损伤。方法 52只成年雄性Wistar大鼠分为假手术组、单纯损伤组、单纯壳聚糖组和生物活性材料支架组,分别于术后3 d、7 d、2周、4周、2个月和3个月通过组织化学、免疫组织化学和神经示踪方法检测神经再生和损伤区新生神经元的来源。结果应用生物活性材料支架后,海马齿状回(DG)和室管膜下区(SVZ)中BrdU+/Nestin+和BrdU+/Dcx+细胞较单纯壳聚糖组和单纯损伤组明显增加。损伤区内BrdU+/Nestin+、BrdU+/Dcx+及BrdU+/MAP2+神经细胞较单纯壳聚糖组和单纯损伤组明显增加。DiI标记SVZ细胞后,损伤区中见DiI+/NeuN+神经元。结论生物活性材料支架激活DG和SVZ的神经干细胞,SVZ中的神经干细胞迁移到损伤区,并分化为成熟神经元。

甲基丙烯酰明胶水凝胶作为细胞三维培养支架在骨组织工程中的应用

背景:骨缺损的治疗一直是临床医生亟待解决的临床难题,用甲基丙烯酰明胶进行细胞体外3D培养,可以为大面积骨缺损的治疗提供新的方向。目的:文章综述了甲基丙烯酰明胶作为3D细胞培养支架在骨组织工程中的研究进展,以期为临床骨缺损修复提供进一步的参考。方法:应用计算机检索中国知网及PubMed数据库1986年1月至2023年8月收录的文献,中英文检索词分别为“骨缺损,骨组织工程,生物支架材料,水凝胶,光交联水凝胶,甲基丙烯酰明胶,三维培养,细胞培养”和“Bone defect,Bone tissue engineering,Biomaterial scaffold,Hydrogel,Methylacrylyl photocrosslinked hydrogel,Three-dimensional culture;Cell culture”,最终纳入68篇文献进行综述分析。结果与结论:①同二维培养相比,3D培养可以在无菌条件下,构建立体三维空间,更好地模拟体内环境,为细胞提供合适的温度、酸碱度及足够的营养,使细胞能够在体外正常生长增殖并保持其正常结构与功能,具有独特优势。②在骨组织工程生物支架材料的选择中,水凝胶因其良好的生物相容性、可降解性及具有立体三维网络结构等优点,已被广泛应用于骨再生的研究。③甲基丙烯酰明胶的物理及生物性能受到浓度、光照时间及光引发剂种类以及反应体系等因素的影响,而这些性能均能对细胞的黏附、生长及增殖,甚至细胞形态及功能产生一定的影响。④甲基丙烯酰明胶因具有良好的生物相容性、物理可调节性、可注射性及光敏性能,已被广泛应用于3D细胞封装、3D生物打印及基于数字光处理的立体光刻技术等细胞3D培养体系中。⑤应用各类复合甲基丙烯酰明胶进行细胞的3D培养,可以更好地促进血管形成及骨再生,为临床骨缺损的治疗提供更多可能。⑥目前甲基丙烯酰明胶的来源、合成的方法以及安全性尚没有健全的标准,需要进一步加强研究,对甲基丙烯酰明胶在3D细胞培养领域的应用进行更深入的完善。

生物支架材料及间充质干细胞在骨组织工程中的研究与应用

背景:骨缺损的临床治疗面临诸多难题,为解决这一难题,骨组织工程支架材料的研究得到了广泛关注。目的:综述骨组织工程中生物支架材料和间充质干细胞的临床应用价值及发展前景。方法:以"骨组织工程,生物支架材料,间充质干细胞;Bone tissue engineering,Biological scaffold,Mesenchymal stem cells"为关键词,应用计算机检索Pub Med数据库和中国知网数据库中2000年1月至2016年12月关于骨组织工程研究的文章,纳入与有关生物支架材料及间充质干细胞相关的文章,排除重复研究与Meta分析类文章。结果与结论:生物支架材料目前主要有人工合成支架材料(聚乙烯醇、聚乳酸、聚羟基乙酸、聚乳酸羟基乙酸等)和天然支架材料(胶原、壳聚糖、明胶、丝素蛋白等)两种,每种材料均有优缺点。间充质干细胞具有很强的自我复制及多向分化能力,被认为是相对较理想的种子细胞。根据生物支架材料组成成分的特点与间充质干细胞的增殖及多向分化能力,设计更为理想的生物支架材料并构建具有更好修复功能的生物支架材料-间充质干细胞复合体对骨组织缺损的修复至关重要。构建间充质干细胞-3D支架材料还处于实验阶段,但随着纳米材料、国际再生医学、仿生科学的发展,生物支架材料及间充质干细胞在骨组织工程中的应用会得到解决。

SF/SA/HBG纤维支架材料的构建及体外生物矿化

由静电纺丝技术纺制的纤维支架材料能够提供大的比表面积及较高的孔隙率。以甲酸为溶剂,丝素蛋白(Silk fibroin,SF)和海藻酸钠(Sodium alginate,SA)为基体材料,并加入中空生物活性玻璃(Hollow bioactive glass,HBG),复合成体外生物活性较好的生物支架材料;通过体外生物矿化可以加速羟基磷灰石(Hydroxyapatite,HAp)的沉积及生长。经过一系列测试分析,结果显示:通过静电纺丝制备出SF/SA/HBG纤维复合膜,其平均直径分布在200~300 nm;经过乙醇处理后,纤维表面发生溶胀,直径变粗,平均直径分布在230~380 nm;进行体外生物矿化后,在纤维表面形成HAp,SF/SA/HBG纤维复合支架材料具有良好的生物活性。

生物支架材料在神经损伤修复与再生中应用的研究进展

神经损伤修复与再生是当前的医学研究难题之一,而生物支架材料在神经组织工程的研究应用越来越广泛。生物支架材料分为天然材料和合成材料两大类。天然材料一般无免疫排斥反应,但其结构不能根据需要而进行修饰;合成材料一般有可以控制生物降解率、机械强度、空间结构等特性。天然材料包括细胞外基质组分、海藻酸盐、多聚糖类聚合物、天然蛋白质、脱细胞神经支架等。生物支架材料的种类很多,它们具备的共同特征是:①适中的生物降解速率且降解产物无不良反应;②良好的生物相容性;③既有一定的强度维持材料完整性,又有较好的弹性,避免拉伤神经组织;④具有神经生长所需的空间结构。本文拟就生物支架材料在神经损伤修复与再生相关研究中应用的进展予以综述,以供广大再生医学研究人员参考。