不同质量配比壳聚糖/聚乙烯醇复合材料组织工程支架的制备:结构及性能比较

背景:聚乙烯醇具有与人体组织相近的含水量、良好的生物相容性和较高的机械强度,适合作为组织工程基质材料.但如何改善其细胞亲和性,是将其作为组织再生支架材料的关键.目的:制备壳聚糖/聚乙烯醇复合支架,探讨其作为修复人体损伤组织或器官组织工程支架材料的可行性.方法:将固定相对分子质量和醇解度的聚乙烯醇124与固定脱乙酰度的壳聚糖按不同质量配比复合,分别用成膜法、成颗粒法、冷冻干燥法制备壳聚糖/聚乙烯醇复合支架.测定复合膜的透光率、含水率、膨胀率;测定复合颗粒和复合海绵的含水率;并用扫描电镜观察复合支架横截面的形貌.结果与结论:通过改变复合支架中壳聚糖与聚乙烯醇和含量,制备7种不同质量配比的复合支架.成膜法制备的复合支架,其透光率为70%～80%,含水率为121.2%～162.5%,膨胀率为60.3%～133.7%;成颗粒法和冷冻干燥法制备的复合支架,其含水率分别为82.0%～461.2%和280.8%～1939.0%.聚乙烯醇与壳聚糖的质量配比为0.75/0.15时,复合支架的综合性能最好.扫描电镜观察显示,聚乙烯醇与壳聚糖的质量配比为0.75/0.15时,用冷冻干燥法制备的复合支架其内部结构规整,呈蓬松纤维状,有较好的力学性能和较高的含水率.     

聚乙烯醇-海藻酸钙组织工程复合支架的性能

背景:将不同相对分子质量及醇解度的聚乙烯醇与海藻酸钙复合,可形成具有高含水率和适宜膨胀率的组织工程支架材料,形成的多孔结构适用于组织工程支架的细胞培养.目的:采用不同成型方法分别制备聚乙烯醇-海藻酸钙复合支架材料薄膜、颗粒、海绵,探讨其作为组织工程支架材料的可行性,并找出综合性能理想的配比.方法:将不同重均分子质量和醇解度的聚乙烯醇与海藻酸钠按一定比例复合,制备聚乙烯醇海藻酸钙复合支架.测定复合支架的含水率和膨胀率,利用扫描电镜观察样品横截面的组织形态.结果与结论:通过改变聚乙烯醇的重均分子质量、醇解度和海藻酸钠的用量,得到不同配比的复合支架,含水率在48%～93%范围,膨胀率在120%～470%范围.扫描电镜观察显示,复合材料内部组织形态结构形成多孔结构,当聚乙烯醇重均分子质量为24 000,61 500时,形成的孔形态结构最好.海藻酸钠用量较少时,复合支架薄膜的孔结构形态更好,以m(聚乙烯醇):m(海藻酸钠)=3:1时孔结构形态最佳:海藻酸钠用量较大时,复合支架海绵的孔结构形态更好,以m(聚乙烯醇):m(海藻酸钠)=1:4,m(聚乙烯醇):m(海藻酸钠):1:6时最佳,材料蓬松多孔,结构规整,且孔分布均匀,满足组织工程多孔支架材料的需要.     

聚乙烯醇-海藻酸钙-透明质酸复合水凝胶材料的含水特性

背景：聚乙烯醇和海藻酸钠均为亲水性的聚合物，互溶性好，但其单独使用在材料的弹性和含水率等性能方面不理想。 目的：制备聚乙烯醇-海藻酸钠-透明质酸组织工程支架，分析不同重均分子质量和醇解度的聚乙烯醇、不同质量分数的海藻酸钠、不同用量的透明质酸对材料含水率和膨胀率的影响。 设计、时间及地点：对比观察实验，于2006—10／2008—03在广州暨南大学生物材料省重点实验室，教育部再生医学研究中心重点实验室完成。 材料：聚乙烯醇，Mw14500，61500，为BS Chemical Technology产品，聚乙烯醇，Mw 88000，95000，为ACROS ORGANICS产品，聚乙烯醇-124，Mw24000，为广州市医药公司产品，透明质酸为美国Sigma公司产品，NaOH、CaCl2、海藻酸钠为国产分析纯。 方法：将不同重均分子质量和醇解度的聚乙烯醇与不同质量分数的海藻酸钠、不同用量的透明质酸复合。 主要观察指标：测定其复合材料的含水率和膨胀率，用扫描电镜观察材料内部的组织形态。 结果：制备的聚乙烯醇-海藻酸钙-透明质酸复合材料平滑、柔韧，具有弹性。含水率为62．66％～86．64％，膨胀率为145．74％～324．45％。含水率和膨胀率随着聚乙烯醇重均分子质量和醇解度的增加而减小，随着海藻酸钠增加而增加，随着透明质酸的增加变化不太明显。扫描电镜结果提示材料随聚乙烯醇重均分子质量增加，材料中孔数减少。随醇解度增加，材料中孔数增多，分布均匀。随海藻酸钠增加，材料由片状结构变为蓬松的层状结构，孔洞逐渐增多。随透明质酸增加，材料孔洞数量增加，且孔径大小更均一，孔分布更均匀，材料由蓬松多孔结构转变为网状交织多孔结构。 结论：聚乙烯醇Mw14500，醇解度98％形成的孔形态结构最好，含水率高，随海藻酸钠和透明质酸的加入，材料具有丰富的网状孔洞结构。     

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。     

壳聚糖支架应用在组织工程中：组成复合支架及改性支架的前景

背景：壳聚糖具有无毒性、无刺激性、生物相容性、生物可降解性等优良性能,对多种组织细胞的黏附和增殖具有促进作用,目前已成为组织工程学支架研究方面的一个热点。目的：综述壳聚糖及其衍生物支架在组织工程上的应用进展。方法：应用计算机检索中国生物文献数据库及PubMed数据库1989至2013年,有关壳聚糖及其衍生物支架在组织工程中应用的文献,关键词为“壳聚糖,支架,组织工程;Chitosan,scaffold, tissue engineering”。结果与结论：壳聚糖及其衍生物支架在组织工程中的应用主要集中在几方面：作为细胞培养支架;与各种材料形成复合支架使用;改性壳聚糖支架。壳聚糖及其衍生物是一类有独特生物活性的天然高分子材料,在组织工程研究中有广阔的应用前景,与其他生物材料组成复合材料及制成改性支架将是它今后的研究重点。     

聚乙烯醇及其复合材料在组织工程支架中的应用

背景：聚乙烯醇是具有良好生物相容性和生物降解特性的聚合物,因其水溶性、成膜性、乳化性、胶黏性,而且无味无毒,被广泛用于临床领域。
　　目的：综述聚乙烯醇及其复合材料在骨、软骨、皮肤、血管等组织工程支架中的应用。
　　方法：由第一作者检索2000年1月至2011年12月中国知网数据库、1980年1月至2012年12月Pubmed数据库及 Elsevier数据库中,有关聚乙烯醇及其复合材料在骨、软骨、皮肤、血管等组织工程支架中应用的文章,中文关键词为“聚乙烯醇,复合材料,组织工程支架”,英文关键词为“Poly (vinyl alcohol),composite material, tissue engineering scaffold”。
　　结果与结论：虽然聚乙烯醇及其复合材料还存在强度不够高、植入后有并发症等缺点,但这类材料具有良好的生物相容性和生物可降解特性,在组织工程中的应用从实验室到临床前研究都有很大的进展。对于其修复的长期效果还需要进一步深入研究。通过对材料表面进行修饰,改善细胞与支架材料的相互作用;通过模拟细胞生长微环境,制备仿生材料,提高材料的亲水性、对细胞的黏附性,促进细胞的分化增殖;构建具有可控三维多孔结构的支架,并赋予其控制释放细胞生长因子等功能,更好地仿生天然细胞外基质的结构和功能;制备出降解速度与机械强度能够完全适应组织再生需要的支架,研制复合、仿生材料是今后支架材料研究的主要方向。     

胶原-壳聚糖支架与软骨细胞的生长

背景：目前软骨支架材料的种类比较多,但还没有一种材料能完全符合软骨修复的要求。目的：观察在混合材料胶原-壳聚糖支架中软骨细胞的生长情况。方法：采用冷冻干燥法将质量分数为2%胶原与3%壳聚糖混合制备胶原-壳聚糖多孔支架。将分离培养的第2代兔软骨细胞接种到胶原-壳聚糖支架上,对照组将软骨细胞接种到无支架的培养板中。观察支架的孔隙率、吸水性及内部形态结构,MTT法检测软骨细胞在支架上的增殖情况,组织切片苏木精-伊红染色,扫描电镜观察细胞在支架的生长、贴附情况,RT-PCR检测细胞支架复合物蛋白聚糖和Ⅱ型胶原mRNA表达情况。结果与结论：胶原-壳聚糖支架的吸水性为（80.0±0.55）%,孔隙率为（88.5±1.5）%,孔径为100～150μm,复合细胞培养2周后,细胞增殖活力高,软骨细胞分泌的蛋白聚糖和Ⅱ型胶原mRNA表达明显高于对照组。说明质量分数为2%胶原与3%壳聚糖的混合支架适合软骨细胞生长和快速增殖,是一种良好的修复和重建软骨载体。     

胶原-壳聚糖支架与软骨细胞的生长

背景:目前软骨支架材料的种类比较多,但还没有一种材料能完全符合软骨修复的要求。目的:观察在混合材料胶原-壳聚糖支架中软骨细胞的生长情况。方法:采用冷冻干燥法将质量分数为2%胶原与3%壳聚糖混合制备胶原-壳聚糖多孔支架。将分离培养的第2代兔软骨细胞接种到胶原-壳聚糖支架上,对照组将软骨细胞接种到无支架的培养板中。观察支架的孔隙率、吸水性及内部形态结构,MTT法检测软骨细胞在支架上的增殖情况,组织切片苏木精-伊红染色,扫描电镜观察细胞在支架的生长、贴附情况,RT-PCR检测细胞支架复合物蛋白聚糖和Ⅱ型胶原mRNA表达情况。结果与结论:胶原-壳聚糖支架的吸水性为(80.0±0.55)%,孔隙率为(88.5±1.5)%,孔径为100～150μm,复合细胞培养2周后,细胞增殖活力高,软骨细胞分泌的蛋白聚糖和Ⅱ型胶原mRNA表达明显高于对照组。说明质量分数为2%胶原与3%壳聚糖的混合支架适合软骨细胞生长和快速增殖,是一种良好的修复和重建软骨载体。     

制备软骨组织工程支架的方法

背景：软骨组织工程支架作为软骨细胞外基质的替代物,其外形和孔结构对实现其作用和功能具有非常重要的意义。 目的：回顾目前若干种常用软骨组织工程中三维多孔支架的制备方法。 方法：由第一作者检索2000至2013年PubMed数据库,ELSEVIER SCIENCEDIRECT、万方数据库、中国知网数据库。英文检索词为＂Cartilage tissue engineering;scaffolds;fabrication＂,中文检索词为＂软骨组织工程;制备方法;支架材料;多孔支架＂。 结果与结论：制备软骨组织工程支架的方法有相分离/冷冻干燥法、水凝胶技术、快速成型技术、静电纺丝法、溶剂浇铸/粒子沥滤法及气体发泡法等。目前研究发现,支架中孔径的大小对组织的重建有着直接的影响,孔径为100-250 μm的孔有益于骨及软骨组织的再生。通过溶液浇铸/粒子沥滤法、气体发泡法所制备的支架孔径大小在这一范围内,因此比较适合用于骨、软骨组织工程支架的构建。研究人员通常将多种方法结合起来,以期能制备出生物和力学性能方面更加仿生的组织工程多孔支架。     

海藻酸钠/壳聚糖复合凝胶的制备与细胞毒性评价

背景：海藻酸钠和壳聚糖分别是聚阳离子和聚阴离子的天然高分子材料,二者可以互为交联剂形成复合凝胶,避免使用普通交联剂产生的细胞毒性。 目的：制备海藻酸钠壳聚糖复合凝胶并评价其体外细胞毒性。 方法：以0.25 mol/L乙酸溶解壳聚糖,制成质量浓度30 g/L溶液,再以0.1 mol/L的NaOH中和酸性得到壳聚糖絮状沉淀,将壳聚糖絮状沉淀与质量浓度3%海藻酸钠等比例混合,高频振动混匀,使二者形成复合凝胶。使用傅里叶变换红外光谱、扫描电镜分析观察凝胶成分和交联纤维网络结构。分别以海藻酸钠壳聚糖复合凝胶24,72 h浸提液、聚乙烯24,72 h浸提液及苯酚溶液培养L-929细胞,体外检测其细胞毒性。 结果与结论：傅里叶变换红外光谱检测到海藻酸钠壳聚糖复合凝胶特征性峰值改变,扫描电镜显示其内部形成丰富间隙的空间网络结构。浸提液法检测海藻酸钠壳聚糖复合凝胶的细胞毒性为合格,表明海藻酸钠/壳聚糖复合凝胶具有成为组织工程支架材料的良好条件。     

快速成型方法制备组织工程支架的研究与应用术

背景：快速成型是基于材料堆积法,结合计算机、数控、激光和材料技术于一体的高新制造技术。目的：综述快速成型技术在组织工程支架制备中的应用。方法：由第一作者检索万方数据库、中国知网数据库和EIsevier Science Direct Online有关支架材料的生物力学性能、支架材料发展前景及快速成型技术在支架材料制备领域中应用研究等方面的文献。结果与结论：快速成型技术应用于组织工程支架的制备已经越来越成熟,快速成型技术不但克服了传统制造方法中存在的支架复杂外形制造困难和内部微结构无法控制的缺陷,而且还可以通过有限元分析预先对支架的结构进行优化,以实现改善支架机械强度等某些特殊的要求。但是,由于组织器官的特殊性和排外性及细胞的黏附条件,不但要从结构上改善支架,而且需要快速成型技术与具有组织相容性及可降解的材料相结合,使支架植入生物体后,细胞能更好地增殖和分化,促进组织再生,修复缺损组织。     

骨组织工程中大孔支架材料制备的研究

理想的多孔支架材料的寻找和制备是目前骨组织工程中研究的热点之一.磷酸钙骨水泥是骨组织工程中椎一能自行固化、生物相容性好的制备大孔支架的材料,近年来已成为研究的热点,但通常用这种材料制备的多孔支架脆性较大,限制了它的应用,利用复合材料的优点对其进行改性是其今后发展的方向;综述了骨组织工程中对支架材料的要求、常用材料的优缺点、常用的制备方法等,对磷酸钙骨水泥有机增强制备研究的最新进展进行了重点综述,并对杂化支架材料的优点及前景作了分析.     

冷冻干燥法制备的β-磷酸三钙多孔生物陶瓷支架

背景:影响冷冻干燥法制备生物陶瓷支架孔形貌和结构的因素有很多,如浆料的固含量,冷冻速率,烧结温度等。目的:利用冷冻干燥技术结合陶瓷水基浆料,通过改变陶瓷浆料组成,制备不同形貌和孔隙率的β-磷酸三钙多孔生物陶瓷支架,并分析其影响因素。方法:制备不同固含量和不同聚乙烯醇含量的β-磷酸三钙浆料,经冷冻、干燥及高温烧结得到多孔生物陶瓷支架。应用X射线衍射技术进行物相分析;扫描电镜观察支架截面的微观结构;阿基米德排水法测量支架材料的孔隙率。结果与结论:X射线衍射图谱显示制备的支架材料各衍射峰强度与位置与β-磷酸三钙标准衍射谱吻合良好;浆料未添加聚乙烯醇时,多孔支架的孔径和孔隙率随着浆料固含量的增加而减小,支架由大的柱状孔和多孔的陶瓷壁组成;当浆料加入聚乙烯醇后,制备的支架由柱状孔转变为三维连通的网状孔,且随聚乙烯醇含量的增加材料的孔隙率升高。说明利用冷冻干燥法,通过控制陶瓷浆料的组成,可制备出形貌和孔隙率可控的生物陶瓷支架。     

聚磷酸钙纤维/羟基磷灰石/明胶软骨组织工程支架材料的制备及性能

背景:目前明胶基组织工程支架材料存在力学性能低、生物相容性差、降解速率难以控制等缺陷。目的:通过添加聚磷酸钙纤维和羟基磷灰石改善明胶支架材料的性能。方法:以自制聚磷酸钙纤维和羟基磷灰石为添加材料,明胶为基体材料,以戊二醛为交联剂,采用溶媒浇铸/粒子滤取技术制备配比为50/10/40的聚磷酸钙纤维/羟基磷灰石/明胶软骨组织工程支架复合材料。测试支架材料的物理力学性能,并观察其微观结构。结果与结论:采用溶胶凝胶法制得的羟基磷灰石粉末结晶程度较差,经900℃下煅烧0.5h后,可制得结晶程度较高的羟基磷灰石粉末。聚磷酸钙纤维/羟基磷灰石/明胶软骨组织工程支架材料具有三维、连通、微孔网状空间结构,孔隙率在65%-90%之间,满足软骨组织工程对其支架材料孔隙的要求。戊二醛的交联作用和聚磷酸钙纤维的增强作用,克服了明胶在制备多孔支架时容易收缩的缺点,制得高孔隙率三维连通的支架材料。     

Preparation and characterization of sodium alginate–PVA polymeric scaffolds by electrospinning method for skin tissue engineering applications

Sodium alginate (SA) has proven its high potential in tissue engineering and regenerative medicine. One of the main weaknesses of this polysaccharide is its low spinnability. Nanofiber-based scaffolds are of interest to scientists for biomedical engineering. The main aim of this study was to improve the spinnability of SA in combination with polyvinyl alcohol (PVA). The main parameters in the electrospinning of the optimized SA:PVA ratio, including voltage, flow rate, and working space were also optimized. To achieve this, response surface methodology under central composite design was employed to design the experiments scientifically. The final nanofiber scaffolds were studied using scanning electron microscopy, Fourier transform infrared spectroscopy for degradability, swelling, tensile strength, porosity, nanofiber diameter, contact angle, and cytotoxicity. Based on the results, the best ratio for SA : PVA was 1 : 6.5 that was spinnable in various values for the process parameters. The fabricated scaffolds under these conditions revealed good physical, chemical, mechanical, and biological features. L929 cell lines revealed high viability during 48 h culture. The results revealed that uniform and homogeneous nanofibers with regular size distribution (166 nm) were obtained at 30 kV, 0.55 μL h⁻¹, and 12.50 cm. To sum up, the fabricated scaffolds with the optimized ratio under the reported conditions indicate at good biologically compatible candidates for skin tissue engineering.

The main aim of this study was to improve the spinnability of SA by adding PVA. The main parameters in producing nanofiber from the optimized SA:PVA ratio, including voltage, flow rate, and working space, were also optimized.     

Cartilage tissue engineering using resorbable scaffolds

Cartilage tissue engineering holds considerable promise for orthopaedic and reconstructive head and neck surgery. With an increasingly ageing population, the number of patients affected by arthritis and recurrent joint pain is constantly growing, along with the associated socio-economic costs. In head and neck surgery reconstructive procedures gain increasing importance in multimodal tumour therapies. These procedures require the harvesting of large amounts of donor tissue, which causes significant donor site morbidity. Therefore, in vitro-engineered cartilage may provide for a cost-effective and clinically valuable medical need. This article presents an overview of the clinical background as well as considerations for engineered cartilage in the head and neck, and provides examples of cartilage tissue engineering based on various scaffolds.     

牙髓牙本质组织工程生物支架材料的研究进展

背景：组织工程方法中选择合适的支架是关键性的步骤。目的：回顾分析牙髓牙本质组织工程中支架材料的应用研究。方法：由第一作者检索1993至2012年PubMed数据及万方数据库有关牙髓牙本质组织工程中支架材料应用研究等方面的文献。结果与结论：在牙髓牙本质组织工程中有包括天然生物、人工合成材料和复合材料在内的大量生物材料可供选择,每一种材料都有各自的生物学特点。其中胶原、聚酯、羟基磷灰石等是研究较多的支架材料。自组装多肽水凝胶是由氨基酸制成的新型支架材料,满足理想牙髓牙本质组织工程支架材料的大部分要求,是一种前景广阔的牙髓牙本质组织工程支架材料。     

Biomaterials for bone tissue engineering scaffolds: a review

Bone tissue engineering has been continuously developing since the concept of “tissue engineering” has been proposed. Biomaterials that are used as the basic material for the fabrication of scaffolds play a vital role in bone tissue engineering. This paper first introduces a strategy for literature search. Then, it describes the structure, mechanical properties and materials of natural bone and the strategies of bone tissue engineering. Particularly, it focuses on the current knowledge about biomaterials used in the fabrication of bone tissue engineering scaffolds, which includes the history, types, properties and applications of biomaterials. The effects of additives such as signaling molecules, stem cells, and functional materials on the performance of the scaffolds are also discussed.

Bone tissue engineering has been continuously developing since the concept of “tissue engineering” has been proposed. Biomaterials, as the basic material for the fabrication of scaffolds, play a vital role in bone tissue engineering.     

聚羟基丁酸酯支架在组织工程中的应用

目的:可降解支架在组织工程研究中起着很重要的作用,综述生物可降解聚合物聚羟基丁酸支架在组织工程中的应用进展。资料来源:应用计算机检索EI和Elsevier数据库中1998-01/2006-03关于聚羟基丁酸酯支架在组织工程中的应用的文章。检索词“tissueengineering,scaffold,Polyhydroxybutyrate”并限定语种类为English。同时利用计算机检索中国期刊全文数据库1998-01/2006-03的相关文章,限定文章语言种类为中文,检索词“组织工程支架,聚羟基丁酸酯”。资料选择:对资料进行初审,纳入标准:关于组织工程支架的特点及聚羟基丁酸支架在组织工程中的具体应用研究。排除标准:重复性研究。资料提炼:共收集到符合上述要求的文献62篇,排除39篇重复性研究。23篇符合纳入标准:其中4篇关于组织工程支架及聚羟基丁酸酯的特性,19篇关于聚羟基丁酸酯支架在具体组织的应用研究。资料综合:聚羟基丁酸酯作为天然的热塑性高聚物,其本身具有组织工程用支架材料的优良性质。大量的实验研究表明聚羟基丁酸酯支架在软骨、骨、皮肤、血管、神经等组织的修复中,细胞在其支架上有着良好的生长,缺损的组织可以达到预期修复的效果。结论:聚羟基丁酸酯支架在组织工程中有着巨大的应用潜力。     

骨组织工程支架材料在临床中的应用

应用于临床的骨组织工程支架材料有何特点? 骨组织工程包括3个关键因素:信号分子、支架材料和种子细胞.其中支架材料的选择是骨组织工程的核心问题,而应用于临床是骨组织工程的最终目的.理想的骨组织工程支架材料应具备以下条件:①良好的组织相容性和良好的表面活性,有利于细胞的黏附,并为细胞在其表面生长、增殖和基质分泌提供良好的微环境.