丝素蛋白/壳聚糖三维支架材料的制备方法

背景:很多研究表明丝素蛋白、壳聚糖为天然高分子材料,无毒无味,有良好的生物特性和理化性质。目的:探讨符合软骨组织工程支架材料要求的丝素蛋白/壳聚糖三维支架材料制备方法。方法:将丝素蛋白与壳聚糖按质量比分别为3∶1,1∶1,1∶3,0∶1的比例混合制备丝素蛋白-壳聚糖复合材料,通过孔径大小、孔隙率、吸水膨胀率及热水溶失率的测定,寻找丝素蛋白/壳聚糖最佳混合比例。结果与结论:丝素蛋白/壳聚糖按质量1∶1的比例混合更符合要求:孔径90～280μm,平均孔径为151.72μm;孔隙率为(92.72±4.78)%;吸水膨胀率为(141.10±6.87)%;热水溶失率交联后较交联前降低,交联前后比较差异有显著性意义(P<0.05)。说明丝素蛋白/壳聚糖按1∶1复合支架材料符合软骨组织工程支架材料理化性质的要求,该材料有望作为软骨组织工程研究较理想的支架材料。     

丝素蛋白/壳聚糖三维支架材料的制备方法

背景：很多研究表明丝素蛋白、壳聚糖为天然高分子材料,无毒无味,有良好的生物特性和理化性质。目的：探讨符合软骨组织工程支架材料要求的丝素蛋白/壳聚糖三维支架材料制备方法。方法：将丝素蛋白与壳聚糖按质量比分别为3∶1,1∶1,1∶3,0∶1的比例混合制备丝素蛋白-壳聚糖复合材料,通过孔径大小、孔隙率、吸水膨胀率及热水溶失率的测定,寻找丝素蛋白/壳聚糖最佳混合比例。结果与结论：丝素蛋白/壳聚糖按质量1∶1的比例混合更符合要求：孔径90～280μm,平均孔径为151.72μm;孔隙率为（92.72±4.78）%;吸水膨胀率为（141.10±6.87）%;热水溶失率交联后较交联前降低,交联前后比较差异有显著性意义（P〈0.05）。说明丝素蛋白/壳聚糖按1∶1复合支架材料符合软骨组织工程支架材料理化性质的要求,该材料有望作为软骨组织工程研究较理想的支架材料。     

丝素蛋白/壳聚糖三维多孔支架的构建及结构表征

背景：丝素蛋白和壳聚糖均无毒性且具有良好的生物相容性,但是单一成分作为生物支架时都不能满足支架材料的需求。目的：制备各种不同组分的丝素蛋白及壳聚糖复合支架材料,观察其微观结构及相关性能,筛选出适合成骨细胞生长的理想支架材料。方法：通过CaCl2：C2H5OH：H2O=1：2：8（摩尔比）溶解体系溶解、过滤、浓缩提纯,制备出2%的丝素蛋白溶液,壳聚糖溶解于乙酸溶液配制成的3%壳聚糖溶液,将两者以不同的比例相混合,经数次冷冻干燥后,得到成品支架材料。采用电镜观察形貌,计算孔隙率并对支架的结构进行红外、X射线衍射、电子能谱分析观察。结果与结论：将壳聚糖和丝素蛋白共混后,互为改性,制备出了结构较稳定的支架材料。其中40%丝素蛋白-60%壳聚糖组具有适合成骨细胞生长的较佳孔径,可作为细胞支架的首选配比。     

丝素蛋白/壳聚糖三维支架与骨髓间充质干细胞的体外培养

背景:前期实验发现丝素蛋白、壳聚糖以适当的比例混合,可以互相弥补各自的不足,表现出良好的理化性质和生物学特性。目的:观察骨髓间充质干细胞在丝素蛋白/壳聚糖混合三维支架材料上的生长情况。方法:将诱导后的兔骨髓间充质干细胞接种在丝素蛋白/壳聚糖支架材料上,检测细胞黏附率,倒置显微镜及扫描电镜观察细胞生长情况。结果与结论:细胞黏附率随时间的延长而增加。倒置显微镜观察显示,丝素蛋白/壳聚糖支架上的细胞看不清,随着时间的延长,支架周围细胞增多,且有细胞伸入支架内;扫面电镜观察显示,细胞生长活跃、增殖分裂正常,细胞周围见颗粒状、丝状基质物质,细胞的微丝与支架材料黏附紧密;细胞不仅可以在材料表面贴附生长,并伸入材料之中。说明丝素蛋白/壳聚糖混合支架材料具有良好的细胞生物相容性。     

丝素蛋白/壳聚糖复合支架材料的细胞相容性

背景:大量研究表明丝素蛋白、壳聚糖为天然高分子材料,具有良好的细胞生物相容性.目的:探讨丝素蛋白/壳聚糖复合支架材料与诱导的兔骨髓间充质干细胞的生物相容性.方法:将兔骨髓间充质干细胞分离培养、诱导后,与丝素蛋白/壳聚糖三维支架材料体外共培养,以材料的细胞毒性、细胞增殖活力、材料细胞黏附率及扫描电镜等检测评价材料的细胞相容性.结果与结论:经诱导后的骨髓间充质干细胞在支架材料上黏附、生长良好,保持正常的分裂增殖速度;随时间的增加,细胞黏附率增加,材料组较对照组黏附率强,差异有显著性意义(P<0.05).扫描电镜观察发现细胞接种48 h 后细胞生长良好,与支架黏附紧密,增殖分裂活跃.说明丝素蛋白/壳聚糖三维支架材料具有良好的细胞相容性.     

丝素蛋白/壳聚糖复合支架材料的细胞相容性

背景：大量研究表明丝素蛋白、壳聚糖为天然高分子材料,具有良好的细胞生物相容性。目的：探讨丝素蛋白/壳聚糖复合支架材料与诱导的兔骨髓间充质干细胞的生物相容性。方法：将兔骨髓间充质干细胞分离培养、诱导后,与丝素蛋白/壳聚糖三维支架材料体外共培养,以材料的细胞毒性、细胞增殖活力、材料细胞黏附率及扫描电镜等检测评价材料的细胞相容性。结果与结论：经诱导后的骨髓间充质干细胞在支架材料上黏附、生长良好,保持正常的分裂增殖速度;随时间的增加,细胞黏附率增加,材料组较对照组黏附率强,差异有显著性意义（P〈0.05）。扫描电镜观察发现细胞接种48h后细胞生长良好,与支架黏附紧密,增殖分裂活跃。说明丝素蛋白/壳聚糖三维支架材料具有良好的细胞相容性。     

壳聚糖-丝素支架与真皮间充质干细胞的体外复合培养

背景:壳聚糖与丝素有各自的优点和不足,将两者共混,可取长补短,改善性能.进行壳聚糖-丝素支架与真皮间充质干细胞体外复合培养的研究,可进一步为工程化组织构建打下基础.目的:将壳聚糖-丝素支架与大鼠真皮间充质干细胞体外复合培养,探讨壳聚糖-丝素支架对真皮间充质干细胞吸附、生长及增殖的影响.方法:①壳聚糖和丝素以质量比为3:7充分搅拌混匀,冻干制作壳聚糖-丝素海绵状支架,并测其孔径、孔隙率等指标.②将该支架与大鼠真皮间充质干细胞复合进行体外培养,倒置相差显微镜观察细胞与支架复合生长、基质形成以及细胞与支架结合的情况.分别于培养6,12,24 h消化支架上的细胞,计算细胞吸附率.于培养2,4,6,8,10 d后,用MTT法检测细胞增殖率情况.以无支架的细胞培养作为对照组.结果与结论:①倒置相差显微镜及扫描电镜下观察发现该支架有分布较均匀且细密的小孔,孔与孔之间相互连通,孔径大小较均匀,孔径在100～150 μm之间,孔隙率为90.3%.②24 h内,真皮间充质干细胞对支架的黏附率随着时间的增加而逐渐增高,24 h时的黏附率为93%,表明真皮间充质干细胞可良好地黏附于壳聚糖-丝素支架上.③MTT法检测细胞增殖结果显示,于培养各检测时间点,实验组与对照组比较差异均无显著性意义.于培养早期(第2,4天),对照组增殖细胞数略高于实验组;于培养第10天,实验组的增殖细胞数略高于对照组.倒置相差显微镜观察细胞于支架上的形态和附着良好,并有较旺盛的细胞基质分泌.表明真皮间充质干细胞在该支架上能良好地生长、增殖.提示壳聚糖-丝素支架是真皮间充质干细胞体外培养的良好支架材料.     

胶原-壳聚糖复合支架用作组织工程心瓣膜的可行性

目的:构建组织工程心脏瓣膜的先决条件之一是构建最佳解剖结构和性能的支架材料,拟证明胶原-壳聚糖复合支架可以作为组织工程心脏瓣膜的最佳支架材料。方法:实验于2004-03/2005-02在中国科学院昆明动物研究所完成。将胶原与壳聚糖分别按7∶1,5∶1,3∶1质量比混合,冷冻干燥法成膜,碾压平整后制成胶原-壳聚糖复合多孔支架。将复合支架制成直径1.0cm的圆片,依次经过固定、冲洗、脱水、透明、浸蜡、包埋、切片、展片与烘片行一般物理性状观察、苏木精-伊红染色和Masson染色观察内部结构;再将另一圆片依次经过固定、洗涤、脱水、置换、浸透、包埋后聚合、临界点干燥、喷镀、安置处理后制成超薄切片进行电镜扫描,观察其超微结构特性。结果:胶原-壳聚糖复合支架外观呈微黄色,半透明状,可见微孔状结构,柔韧适度,富有弹性,抗张强度约为4.0MPa,孔径大小基本一致,保持在80～260μm,孔隙率在95%以上,且孔与孔相互贯通,呈立体网状结构。结论:胶原-壳聚糖复合支架的结构和物理性状符合组织工程心瓣膜材料的要求。     

丝素/壳聚糖/纳米羟基磷灰石构建的骨组织工程支架***

背景：丝素蛋白、壳聚糖及纳米羟基磷灰石均是天然材料,具有良好的生物活性和理化特性,作为人体组织工程材料已取得了一定的成果,但3种材料在单独应用的研究中还存在一定的缺陷。目的：制作丝素蛋白/壳聚糖/纳米羟基磷灰石三维支架材料,分析其特性。方法：将丝素蛋白、壳聚糖、纳米羟基磷灰石分别配制成2%的溶液后,分别按照1∶1∶0.5,1∶1∶1,1∶1∶1.5的体积比混合,采用冷冻干燥与化学交联技术制备成三维复合支架材料。检测三维复合支架的孔隙率、吸水膨胀率及热水溶失率,采用材料力学测验机测试干燥三维复合支架材料的拉伸和压缩弹性模量,采用扫描电镜检测三维复合支架的孔径。结果与结论：丝素蛋白/壳聚糖/纳米羟基磷灰石三维复合支架在干燥状态下呈白色,无特殊气味,为稳定固态的圆柱体,触之有明显的抗压能力和弹性。随着复合支架材料中纳米羟基磷灰石含量的增高,支架材料的孔隙率、吸水膨胀率、平均孔径呈逐渐减小趋势,热水溶失率及抗压能力表现出相反的趋势,结果显示以1∶1∶1体积比制作的支架更符合骨替代材料要求,其平均孔径为85.67μm、吸水膨胀率的为(135.65±4.56)%、热水溶失率为(22.84±1.06)%,支架材料内部孔隙均匀,呈现网状结构,孔隙之间交通发达,网状结构本身约10μm。     

三维丝素支架材料制备及其与骨髓间充质干细胞的生物相容性

目的:成为组织工程合适的三维支架材料,关键在于支架材料与骨髓间充质干细胞的生物相容性,实验应用天然高分子材料丝纤维制备三维丝素蛋白支架材料,并探索其方法的可行性。方法:实验于2006-07/2007-06在华中科技大学同济医学院协和医院中心实验室和骨科实验室完成。①用全物理相过程制备三维疏松多孔的丝素蛋白支架材料,将鼠骨髓骨髓间充质干细胞与上述载体材料体外复合培养。②观察指标:应用倒置显微镜、扫描电镜观察细胞与材料复合生长情况;复合培养1周后流式细胞仪检测细胞周期了解材料有无致畸性;在培养第2,4,6,8天用MTT法测定细胞增殖情况;诱导培养条件下在第2,4,6,8天测定碱性磷酸酶活性,了解材料对骨髓间充质干细胞分化的影响。结果:①倒置相差显微镜和扫描电镜观察显示材料为疏松多孔结构,孔隙大小较均一,骨髓间充质干细胞能在材料上良好地黏附、增殖和生长。②复合培养条件后流式细胞仪检测显示细胞周期未受材料的影响,未检测到有异倍体细胞。③MTT法检测显示细胞增殖未受材料的影响,诱导培养条件下检测碱性磷酸酶活性显示其未受到材料的影响结论:用全物理相过程可初步制备具有良好的生物相容性和较好孔隙率的三维疏松多孔的天然支架材料,其有望作为组织工程理想支架材料。     

丝素蛋白/透明质酸复合多孔支架材料的表征及细胞相容性

背景:丝素蛋白和透明质酸具备细胞外基质两种主要成分特征,并且有良好的生物相容性。目的:采用冷冻干燥法制备丝素蛋白/透明质酸复合多孔支架,并观察其表征与细胞生物相容性。方法:将丝素蛋白与透明质酸按10:1混合通过冷冻干燥法构建丝素蛋白/透明质酸复合多孔支架并观察其表征。将1×108L-1的第3~5代大鼠骨髓间充质干细胞接种在丝素蛋白/透明质酸复合多孔支架上观察其细胞生物相容性。结果与结论:采用冷冻干燥法可以成功制备丝素蛋白/透明质酸复合多孔支架,与纯丝素蛋白支架相比,复合支架具有更好的多孔三维结构。此外,支架制备过程中不含有毒溶剂,支持骨髓间充质干细胞的黏附铺展与增殖。说明实验制备的丝素蛋白/透明质酸复合支架的成孔性好,具有良好的细胞生物相容性。     

羟基磷灰石/丝素蛋白复合多孔材料的制备及其表征

以蚕丝丝素蛋白作为羟基磷灰石沉积的模板,制备羟基磷灰石/丝素蛋白复合凝胶,以此为基体,分别以蚕丝短纤维和NaCl颗粒作为增强材料和致孔剂,采用等静压成型法,制备羟基磷灰石/丝素蛋白多孔复合材料.对复合材料结构和力学性能的研究结果表明,材料中含有少量蚕丝短纤维对材料抗弯强度和断裂能力的提高有显著效果,以NaCI颗粒为致孔剂可使材料的平均孔径及孔隙率分别在64～183 μm及55%～75%范围内调节.     

Development of porous chitosan-gelatin/hydroxyapatite composite scaffolds for hard tissue-engineering applications

Composite scaffolds prepared from natural polymers and hydroxyapatite (HA) are expected to have enhanced osteoconductive properties and as a result gained much attention in recent years for use in bone tissue-engineering applications. Although there are various natural polymers available for this purpose, chitosan (C) and gelatin (G) are commonly studied because of their inherent properties. The aim of this study was to prepare three-dimensional (3D) scaffolds using these two natural polymers and to add either non-sintered hydroxyapatite (nsHA) or sintered hydroxyapatite (sHA) to compare their influence on physical, chemical and mechanical properties of the scaffolds and on their affinities towards Saos-2 cells. For this purpose, nsHA and sHA were synthesized and characterized by X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared (FTIR), scanning electron microscopy (SEM) and particle size analyses. Then nsHA and sHA particles, with average sizes of 16 μm and 6 μm, respectively, were added to the solutions of C and G during the preparation step and the resultant 3D scaffolds were characterized. Compression tests indicated that presence of nsHA or sHA increased the Young's modulus and compressive strength of the scaffolds, and the values were very similar to those of human spongy bone. MTS assays, confocal microscopy and SEM analysis showed that cell attachment and proliferation were higher on C-G/sHA composite scaffolds compared to the other scaffolds. It was shown that the scaffolds prepared from chitosan, gelatin and HA are appropriate cell carriers for bone tissue engineering, especially those with sHA incorporated.     

适宜于构建组织工程化脂肪的蚕丝蛋白支架:最佳孔径筛选

背景:既往组织工程脂肪的研究中,支架材料的孔径往往被忽略.如孔径过大,细胞会顺着过大的孔隙流走,难以保留在支架中;孔径过小,细胞则主要分布于支架材料的表面,不易进入支架中,同时也不利于新生血管生长.目的:筛选用于构建组织工程脂肪的蚕丝蛋白支架的适宜孔径.方法:在保持蚕丝蛋白浓度不变条件下,通过改变冷冻干燥温度与时间,制备出6批次不同孔径的蚕丝蛋白支架;贴壁法分离脐带间充质干细胞,化学染色检测其体外诱导成骨和成脂的能力;电镜下测定6批次蚕丝蛋白支架的孔径;观察脐带间充质干细胞在不同孔径蚕丝蛋白支架上黏附、增殖的能力.结果与结论:6批次蚕丝蛋白支架的孔径分别为:(39.94±17.27),(53.51±16.18),(63.97±19.76),(71.08±18.07),(87.33+21.78),(121.97+44.10)μm.脐带间充质干细胞在2号支架材料上黏附良好,并充分伸展,而第1,3,4,5,6号支架材料,除第1,3号支架上偶见细胞外,其余支架材料上均未见细胞生长.由此说明人脐带间充质干细胞与蚕丝蛋白支架构建组织工程脂肪时,支架材料的最佳孔径为50 μm.     

Annulus fibrosus tissue engineering using lamellar silk scaffolds

Degeneration of the intervertebral disc (IVD) represents a significant muscular skeletal disease. Recently, scaffolds composed of synthetic, natural and hybrid biomaterials have been investigated as options to restore the IVD; however, they lack the hallmark lamellar morphological features of annulus fibrosus (AF) tissue. The goal of regenerating the disc is to achieve anatomical morphology as well as restoration of mechanical and biological function. In this study, two types of scaffold morphology formed from silk fibroin were investigated towards the goal of AF tissue restoration. The first design mimics the lamellar features of the IVD that are associated with the AF region. The second is a porous spongy scaffold that serves as a control. Toroidal scaffolds were formed from the lamellar and porous silk material systems to generate structures with an outer diameter of 8 mm, inner diameter of 3.5 mm and a height of 3 mm. The inter‐lamellar spacing in the lamellar scaffold was 150–250 µm and the average pore sizes in the porous scaffolds were 100–250 µm. The scaffolds were seeded with porcine AF cells and, after growth over defined time frames in vitro, histology, biochemical assays, mechanical testing and gene expression indicated that the lamellar scaffold generated results that were more favourable in terms of ECM expression and tissue function than the porous scaffold for AF tissue. Further, the seeded porcine AF cells supported the native shape of AF tissue in the lamellar silk scaffolds. The lamellar silk scaffolds were effective in the formation of AF‐like tissue in vitro. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.