皮肤组织工程和再生医学材料的研究进展

1前言 皮肤是人体与环境间的天然屏障和沟通桥梁。大面积暴露于外部环境的皮肤组织，可能因为烧伤、机械创伤以及慢性疾病（如糖尿病）等造成缺损或功能丧失。我国每年各类皮肤缺损患者高达数千万。皮肤缺损治疗的关键在于尽早封闭创面，减少由于感染而导致的并发症。迄今为止，自体皮移植仍然是治疗全层皮肤缺损的最有效方法。对于大面积皮肤缺损患者，自体皮移植存在供皮区不足等问题，

中药有效成分结合支架材料促进骨组织再生

背景:随着淫羊藿苷、黄连素等中药被证实可以促进骨再生,研究者将中药活性成分与骨组织工程相结合,发现其在骨缺损的修复中具有独特优势。目的:从促进成骨的中药有效成分出发,筛选其与不同载药支架材料有效结合的案例,归纳总结有潜力应用于骨组织工程的中药有效成分。方法:应用计算机检索中国知网、万方、PubMed、Web of Science等数据库,以“骨组织工程,骨组织工程支架材料,骨缺损,骨修复,骨再生,中医药”为中文检索词,以“bone tissue engineering,bone tissue-engineered scaffold materials,bone defect,bone repair,bone regeneration,traditional Chinese medicine”为英文检索词,检索时限限定为2000-2023年,根据纳入和排除标准进行筛选,最终纳入87篇文献进行综述。结果与结论:促进骨再生的中药有效成分种类繁多,主要包括黄酮类化合物、非黄酮类多酚、生物碱、苷类,有消炎止痛、促进成骨细胞和抑制破骨细胞以及促进血管早期生成的作用。中药有效成分与骨组织工程结合后在抗炎、加速胶原蛋白和骨骼形成、促进成骨基因表达等方面效果显著,为中药在骨组织再生中的应用提供了理论依据,同时为骨缺损修复提供了新的思路。

小檗碱促进骨再生的机制、安全性及在骨组织工程中的应用

背景:小檗碱具有诱导各种间充质干细胞在正常状态和高糖、感染及炎症等特殊状态下成骨分化的潜力,可替代生长因子诱导种子细胞成骨,是一种具有骨诱导潜力的天然小分子药物,在骨组织工程领域有着巨大的应用前景。目的:回顾和总结小檗碱成骨机制及效能,尤其是在高糖、感染及炎症环境下的成骨潜力,以及小檗碱生物安全性方面的研究进展,为其在骨组织工程中的发展应用提供理论依据。方法:在PubMed、万方及中国知网数据库,以英文检索词“berberine,bone defects,bone repair,bone regeneration,osteoinductive,osteoporosis,osteoblast,osteoclast,bone tissue engineering,bone,high glucose,diabetes,inflam*,infect*”,中文检索词“黄连素,小檗碱,骨缺损,骨修复,骨再生,骨诱导,骨质疏松,成骨细胞,破骨细胞,骨组织工程,骨,高糖,糖尿病,炎症,感染”进行文献检索,最终筛选后纳入105篇文献进行综述。结果与结论:(1)小檗碱能用于治疗包括骨病在内的多种疾病,其具有促进骨再生作用,文章系统综述了小檗碱对骨再生作用机制及体内外研究。(2)研究表明小檗碱能够通过促骨生成、抑制破骨细胞形成及其活性、抗骨质疏松等方面发挥骨修复作用,主要通过参与Wnt/β-catenin,PI3K/AKT,EGFR/MEK/p38MAPK,cAMP/PKA/CREB和ERK等信号通路,表现出优异的成骨诱导分化潜力。(3)小檗碱还可以解除因高糖、感染及炎症引起的细胞成骨分化抑制,这为治疗患有糖尿病的骨缺损患者或骨缺损部位有感染及炎症的患者提供了更多可能。(4)小檗碱还具有毒性小、价格低廉和易于获取(目前已经能够人工合成)等优点,是较为理想的骨诱导潜力药物。(5)近年来应用小檗碱治疗骨缺损趋于局部使用,主要通过与骨组织工程技术结合改善生物利用度,在动物实验中表现出良好的骨修复作用和生物安全性,而且临床前实验表明,小檗碱在糖尿病、局部感染及炎症状态下仍然表现出优秀的骨再生潜力。(6)未来还需要更多的研究完整地揭示小檗碱的成骨机制和生物安全性等问题,并寻求最合适的控释载体制作出机械强度、疗效及生物安全性均佳的人工骨替代材料。

骨组织工程研究中的二维黑磷材料

背景:黑磷与人体骨有高度的同源性,近年来在骨组织工程领域被广泛研究。自2014年以来,二维黑磷材料因具有优异的理化性能和生物性能备受生物医学领域广泛关注。目的:综述黑磷基纳米材料在骨组织工程中的研究进展,着重介绍了二维黑磷纳米材料的合成方法、成骨特性和在生物材料中的应用。方法:以“黑磷,骨组织工程,骨缺损,骨再生,成骨性;black phosphorus,Bone tissue engineering,Bone defect,Bone Regeneration,Osteogenesis”为关键词,检索2014年1月至2023年12月期间Pub Med、中国知网数据库中的相关文献。经过排除和筛选后对96篇文章进行分析。结果与结论:黑磷纳米材料因良好的生物相容性、生物降解性、光热作用、抗菌能力、载药性能和特殊成骨效应在骨组织工程中发挥着重要作用,是促进骨再生的理想候选材料。黑磷纳米材料的制备主要为自上而下的顶层剥离方法,主要原理是通过物理或者化学手段削弱黑磷层间的范德华力,得到单层或者少层的磷烯,即黑磷纳米片或量子点。黑磷基纳米复合材料主要分为水凝胶、3D打印支架、复合材料支架、静电纺丝、仿生骨膜、微球和仿生涂层。纳米黑磷研究在骨组织工程中处于起步阶段,仍面临多个挑战:黑磷在体内的行为以及与各种生物分子的相互作用机制有待进一步研究;黑磷的长期潜在毒性尚不清楚;黑磷的制造过程难以控制。因此,如何开发尺寸均一、安全、可靠、高效的纳米黑磷并转化为临床应用,需要对现代生物医学技术、物理化学技术和精密制造技术进行跨学科研究。

组织工程技术在牙骨质再生中的研究进展

牙骨质是连接牙根与牙周组织的重要枢纽,其较弱的再生能力是牙周重建研究的一大难点。牙周组织结构复杂,在多数牙周再生研究中,新生牙骨质为细胞固有纤维牙骨质,该牙骨质纤维插入少,附着功能差。为恢复牙周的支持功能,需再生无细胞外源性纤维牙骨质。该牙骨质通过有序排列的穿通纤维连接牙槽骨,对附着功能贡献最大。本文结合近年来的研究进展,从组织工程三大要素入手,总结适用于再生功能性牙骨质的干细胞、生长因子和生物材料,旨在为本领域研究提供参考。

天然生物材料在组织工程和再生医学中的应用

简要介绍了天然生物材料的特性及其对组织工程与再生医学研究的重要性,通过查阅相关文献,重点阐述了蛋白质类生物材料、多糖类生物材料、脱细胞组织衍生生物材料的特性以及它们在组织工程和再生医学中的应用,最后指出了天然生物材料具有的优势及存在的不足,为天然生物材料从基础研究到临床应用转化以及未来的发展提供了参考。

近红外光响应水凝胶在组织工程领域的应用

背景:近红外光响应水凝胶具有高度时空精准性、远程可调性及安全无创性等多种优异特性,为组织工程的发展提供了新的探索方向。目的:总结近年来近红外光响应水凝胶在组织工程领域的应用进展。方法:利用计算机检索中国知网及PubMed数据库相关文献,中文检索词为“近红外光响应水凝胶、组织工程、骨缺损、骨修复、骨再生、伤口愈合、伤口敷料、血管生成”,英文检索词为“near infrared responsive hydrogels,tissue engineering,bone defect,bone repair,bone regeneration,wound healing,wound dressing,angiogenesis”,检索时限为2006年5月至2022年10月,部分经典文献延长检索时间限制,分析所得文献的摘要及内容,通过纳入和排除标准得到相关文献,最终纳入97篇符合标准的文献进行综述。结果与结论:(1)近红外光响应材料通过控制感染减轻炎症、促进血管生成、促进成骨细胞分化和新骨形成等过程参与组织修复。(2)近红外光响应材料可以通过构建具有光热效应的热敏水凝胶或者利用光化学反应制备近红外光响应水凝胶。(3)近红外光响应水凝胶作为伤口敷料在软组织愈合再生过程中,通过聚合物单体的聚合作用实现快速止血及组织黏附等作用,利用光热纳米材料局部光热效应促进抗菌抗炎、促进血管形成和上皮再生等功能。(4)近红外光响应水凝胶在骨重建修复过程中,通过促进间充质干细胞成骨分化、刺激热休克蛋白的表达、增加血管新生等发挥促进修复作用。(5)目前近红外光响应水凝胶与多种治疗策略的组合已呈现出显著协同治疗功能,也被逐步开发应用于其他组织重建和疾病治疗场景。

壳聚糖温敏水凝胶在口腔相关组织工程的应用进展

壳聚糖是一种通过甲壳素脱乙酰化衍生而来的天然高分子多糖。脱乙酰基后,壳聚糖可以很容易地与DNA、蛋白质、脂类或带负电的合成聚合物产生相互作用,从而拥有独特的生物相容性、降解性等特性。壳聚糖温敏性水凝胶是由壳聚糖与表面活性剂复合制成的高分子水凝胶,当外界温度发生变化时,水凝胶自身发生状态的变化。因温敏性水凝胶具有良好的生物相容性、较低组织免疫反应及优良的细胞黏附性,在组织工程技术、药物载体、再生医学等方面有着重要应用价值。本文将对壳聚糖及壳聚糖温敏性水凝胶对口腔组织工程中的应用进行简要综述。

3D打印技术在牙周组织工程中的应用

背景:3D打印是牙科领域的一项新兴技术。它使用一种分层制造技术来创建可用于牙周组织工程应用的支架。通过3D打印的组织支架能够创建具有可控的特性,如内部结构、孔隙度和互联性,这使得它成为一种非常理想的牙周组织工程策略。目的:综述3D打印支架在牙周再生过程中的应用进展。方法:以“3D printing,periodontal tissue engineering,additive manufacturing,regenerative medicine,bioengineering,scaffold,bioprinting,periodontitis;3D打印,增材制造,牙周组织工程,支架,生物墨水,生物打印,组织工程学”为检索词,运用计算机检索PubMed、CNKI数据库中2000-2023年发表的相关文献。结果与结论:随着过去几十年3D打印技术的突飞猛进,它在组织工程和生物医学领域中都取得了巨大的突破和进展。3D打印技术能够提供高度个性化的治疗方案,提高治疗支架的适配性与治疗效果,在牙周组织工程中具有广阔的应用前景。在牙周组织工程领域中,3D打印的应用可以更好地模拟生物组织复杂的结构,并且能够制造出具有合适力学、流变学等特性的生物支架材料。3D打印技术通过组织工程支架的逐层构建不仅可以为牙周疾病治疗创建精确而复杂的支架模型,并且能在支架中创建复杂的微结构和通道,以促进细胞生长和组织再生。

组织工程与再生医学领域的专利竞争态势

背景:组织工程可以实现组织器官再生,是再生医学的关键研究领域,体现了再生医学的主要发展方向。专利是技术信息最有效的载体,通过对组织工程与再生医学领域的专利分析,从情报学角度为组织工程与再生医学领域提供新的研究视角,为技术开发提供一定的借鉴和参考。目的:通过对组织工程与再生医学领域的专利分析,揭示全球技术竞争态势。方法:对组织工程与再生医学领域近20年的全球专利申请、发明专利申请与授权、三方专利申请进行分析,从专利数量与质量、专利申请人区域分布、专利受理国家/地区、专利申请人、发明人、技术领域等角度展示该领域的技术开发现状与趋势,揭示中国在该领域的技术实力水平。结果与结论:全球组织工程与再生医学领域技术开发活跃,发展速度快,近3年尤为迅猛,创新性强,且已经产出一批具有较高市场价值的技术成果。中国组织工程与再生医学领域技术开发规模和增速均远超美国,是全球主要技术来源地之一。中国和美国是全球组织工程与再生医学领域最受关注的两大目标市场,且中国市场受关注程度持续快速升温。中国多家高校在组织工程与再生医学领域的技术开发规模跻身全球前列。中国发明人在组织工程与再生医学领域取得卓越研究成果。

3D仿生组织工程支架及其在再生医学中的应用

组织工程支架是组织工程学研究的核心要素之一,可为种子细胞体外生长、增殖及分化提供暂时性载体,可随种子细胞一起植入机体病变部位,并辅助种子细胞在体内继续增殖、分化,形成新的与自身功能和形态相适应的组织或器官,达到修复病损组织或器官的目的。

牙髓组织工程和再生中生物支架材料的进展

胶原、聚酯纤维、藻酸盐和羟基磷灰石等目前常用的生物支架材料,复合干细胞后虽都实现了连续的软组织和新生牙本质的形成,近年来研究开发的自组装多肽水凝胶和细胞膜片技术作为新型的细胞支架构建方法,具有独特的优势,有望为真正意义上的牙髓再生开辟新的空间。本文就上述相关内容作一综述。

支架材料在牙骨质再生领域的研究进展

牙骨质是建立牙周组织与牙体组织联系的重要枢纽,维持牙根部位稳定。牙骨质再生是牙周组织功能性再生的前提,是组织工程牙再生的重要研究内容。牙周病是中老年人最常见的口腔疾病之一,严重的牙周病可能影响患者全身的健康状况。功能性牙周组织再生对于提高老年人健康水平以及生活质量非常重要。由于缺乏理想的组织工程再生支架材料和方法,牙骨质再生一直是牙周组织再生的热点与难点。本文对牙骨质组织工程再生材料的研究现状进行综述,并分析当下再生材料面临的挑战,旨在为支架材料的开发研究提供参考。

成体骨髓间充质干细胞生物学特性及在组织工程和再生医学中的作用

成体骨髓间充质干细胞可向其他组织分化,称为可塑性,在组织工程和再生医学的各个领域都进行着广泛的研究。虽然骨髓间充质的生物学特性、诱导分化、调控机制等研究已取得了许多成就,但其很多功能仍不被人所知,如是否存在间充质干细胞、是否具有分化特性、骨髓间充质干细胞和其他来源干细胞的区别等。文章介绍了骨髓间充质干细胞的来源和基本特征,并研究了骨髓间充质干细胞的生长、增殖、自我更新和分化,探讨了骨髓间充质干细胞的生理功能,展望了骨髓间充质干细胞在组织工程和再生医学中的作用。

肌源干细胞在组织工程和再生医学的应用

背景:肌卫星细胞是肌组织损伤后修复的主要细胞来源,在肌组织再生研究领域受到广泛关注。目的:综述肌源干细胞生物学特点及在组织工程和再生医学领域的应用,探讨肌源干细胞的临床应用价值和前景。方法:应用计算机检索维普数据库和Pubmed数据库中2000年1月至2011年4月关于肌源干细胞研究应用的文章,在标题和摘要中以"肌源干细胞,肌卫星细胞,组织工程,再生医学,成体干细胞"或"MDSCs,MSCs,ASCs,regenerative medicine;tissu eengineering"为检索词进行检索。选择文章内容与肌源干细胞研究应用相关文献,同一领域文献则选择近期发表或发表在权威杂志文章。初检得到189篇文献,根据纳入标准选择25篇文献进行综述分析。结果与结论:已有的动物实验和成功的临床试验表明,结合基因工程技术和组织工程的基本原则,以肌源干细胞为基础的组织工程化组织和细胞学治疗可以通过安全的措施应用于各种骨骼肌疾病、心肌疾病、泌尿系统和神经系统,为临床医生及相关疾病领域患者提供良好治愈前景。但肌源干细胞研究仍面临着许多问题。

再生医学与组织工程

组织、器官损伤或缺损修复以及功能重建一直是医学领域研究的重大课题。组织器官损伤或病灶切除（Resection）后造成的缺损,传统的修复方法是自体组织移植进行修补（Repair）或进行异体组织器官移植进行替代（Replacement）,这就是外科学发展的3个＂R＂阶段。

金属离子在骨组织工程中的应用

背景:金属离子在人体中发挥着重要的作用,随着材料合成和加工技术的进步,目前多种可应用于骨组织工程中的金属离子已被开发,如镁(Mg2+)、锌(Zn2+)、锰(Mn2+)、锶(Sr2+)、铜(Cu2+)等。目的:总结各金属离子在骨组织工程中的研究进展和发展方向。方法:检索2014-2022年期间中国知网数据库、PubMed数据库、万方数据库收录的文献,中文检索词为“金属离子,骨组织工程,成骨活性,镁离子,锌离子,锰离子,锶离子,铜离子,钙离子,锂离子,钴离子”,英文检索词为“metal ions,bone tissue engineering,osteogenic activity,magnesium ions,zinc ions,manganese ions,strontium ions,copper ions,calcium ions,lithium ions,cobalt ions”。结果与结论:不同金属离子随材料植入体内后会发生不同程度的释放,可改变组织微环境,从而改善材料成血管、成骨的能力。与生长因子相比,金属离子更易控制释放速率,且成本更低,还能够改善植入材料力学性能。金属离子在骨组织工程中的应用充满前景,虽然部分金属离子已经可以用于治疗骨缺损,但许多金属离子在人体内的作用机制尚未完全明确、应用效果缺少临床试验验证,投入临床应用前还需进一步探索。

碳纳米材料在周围神经再生领域的研究与应用

背景:虽然神经导管为周围神经修复提供了潜在的治疗手段,但传统神经导管只能为修复过程提供机械通道支持,治疗效果仍有待提高。碳纳米材料具有良好的理化性质,在电化学及组织工程等领域有着广阔的应用前景。负载碳纳米材料的神经导管,在经过适宜的功能化修饰后,有望进一步提升神经修复质量。目的:对近年来负载碳纳米材料的神经导管/支架应用于周围神经修复的研究进展作一综述。方法:在PubMed、Web of Science、中国知网和万方数据库中检索在周围神经再生方面应用碳纳米材料导管的相关文献,英文检索词为“carbon nanomaterials,carbon-based nanomaterials,nerve conduit,nerve guidance conduit,scaffold,nerve regeneration,peripheral nerve repair,peripheral nerve injury”,中文检索词为“碳纳米材料,碳材料,石墨烯,碳纳米管,神经导管,神经支架,神经修复,神经再生,周围神经损伤”,最终纳入69篇文章进行综述。结果与结论:①碳纳米材料主要通过激活钙离子通道及诱导胞内钙活动发生的方式恢复受损神经生物电信号传导,不同神经导管设计策略的应用提高了神经修复的效果。②神经内血管化是修复周围神经损伤的前提,碳纳米材料生成的活性氧及活性氮触发了后续相关信号通路,促进神经内新生血管形成。③M1和M2型巨噬细胞的比例变化会影响周围神经损伤的修复,碳纳米材料在损伤早期通过促进巨噬细胞向M2型极化以发挥抗炎和促神经再生作用。④部分碳纳米材料在胞内诱导过量活性氧生成,可能具有不利于神经修复的细胞毒性,但合适的功能化修饰能够改善碳纳米材料产生的不良作用。⑤碳纳米材料虽然能够恢复周围神经损伤微环境,发挥促进周围神经再生的积极作用,但由于固有的细胞毒性及不明确的体内转归降解途径,碳纳米材料距离临床应用仍有距离。未来研究可以通过如功能化改性等方法提高碳纳米材料的生物相容性,而经过改良的碳纳米材料在神经组织工程领域有着较好的应用前景。