新型组织工程血管材料：静电纺复合纳米纤维小口径管状支架

背景：小口径人工血管对生物相容性和抗凝血的要求远远高于普通大口径人工血管,因此血管移植体内原位诱导组织再生成为了新的研究方向。目的：总结近几年静电纺复合纳米纤维小口径管状支架的主要研究进展,并讨论其在体内原位诱导血管再生方面的重要应用。方法：由第一作者检索中国期刊网CNKI全文数据库、万方数据库及ISI Web of Knowledge外文数据库,有关复合纳米纤维小口径管状支架的制备方法、血管支架仿生天然细胞外基质微环境的表面修饰以及种植体植入后生物相容性和安全性评价等方面的文献。结果与结论：静电纺复合纳米纤维制备小口径管状支架,即将天然材料和合成材料共纺在一起,这样既能克服天然生物高分子材料力学性能的不足,又能避免合成材料在生物相容性和安全性的缺陷,成为制备小口径血管组织工程支架的必然趋势。同时制备多层血管,进行功能化修饰,模拟天然细胞外基质的结构和功能,将成为用于心血管组织修复及再生小口径血管组织工程研究的新方向。在获得上述新进展的同时,经动物实验检验的静电纺血管支架以聚合物为主。尽管这类支架采用了各种手段避免血栓、炎症等不良反应,其生物相容性仍旧无法与天然材料相比。由此可见,在天然材料与合成材料之间找到一个最佳比例,使复合材料的力学性能和血管相容性达到一个平衡,将会显著提高静电纺复合纳米纤维支架在小口径血管组织再生中的应用。     

新型组织工程血管材料：静电纺复合纳米纤维小口径管状支架

背景：小口径人工血管对生物相容性和抗凝血的要求远远高于普通大口径人工血管,因此血管移植体内原位诱导组织再生成为了新的研究方向。目的：总结近几年静电纺复合纳米纤维小口径管状支架的主要研究进展,并讨论其在体内原位诱导血管再生方面的重要应用。方法：由第一作者检索中国期刊网CNKI全文数据库、万方数据库及ISI Web of Knowledge外文数据库,有关复合纳米纤维小口径管状支架的制备方法、血管支架仿生天然细胞外基质微环境的表面修饰以及种植体植入后生物相容性和安全性评价等方面的文献。结果与结论：静电纺复合纳米纤维制备小口径管状支架,即将天然材料和合成材料共纺在一起,这样既能克服天然生物高分子材料力学性能的不足,又能避免合成材料在生物相容性和安全性的缺陷,成为制备小口径血管组织工程支架的必然趋势。同时制备多层血管,进行功能化修饰,模拟天然细胞外基质的结构和功能,将成为用于心血管组织修复及再生小口径血管组织工程研究的新方向。在获得上述新进展的同时,经动物实验检验的静电纺血管支架以聚合物为主。尽管这类支架采用了各种手段避免血栓、炎症等不良反应,其生物相容性仍旧无法与天然材料相比。由此可见,在天然材料与合成材料之间找到一个最佳比例,使复合材料的力学性能和血管相容性达到一个平衡,将会显著提高静电纺复合纳米纤维支架在小口径血管组织再生中的应用。     

静电纺丝纳米纤维组织工程支架的研究进展

背景：静电纺丝纳米纤维具有促进细胞生长的作用。目的：描述静电纺纳米支架对细胞生长的促进作用以及静电纺纳米支架孔径大小、机械强度缺陷改进的研究进展。方法：检索数据库为CNKI数字图书馆全文、PubMed数据库2001至2011年有关静电纺丝和组织工程支架的文献。检索关键词为“组织工程,静电纺丝,支架;electrospinning,tissue engineering scaffolds,nanofiber”。结果与结论：静电纺丝纳米纤维直径、孔径大小及纤维表面对细胞生长行为有重要影响,小孔径静电纺丝纳米纤维支架不利于细胞浸润生长,且用单一电纺技术制备得到的纳米纤维支架机械性能较差,如何增加静电纺丝纳米纤维支架孔径大小以提高细胞的浸润以及提高其机械性能强度,是目前应用研究应解决的问题。     

新型脊髓纳米组织工程支架的组织相容性***☆

背景:纳米技术可改善脊髓组织工程生物材料的性能.目的:分析新型脊髓纳米组织工程支架的组织相容性.方法:以胶原为原料制备纤维定向排列及非定向排列的纳米纤维膜,培养及鉴定S D大鼠脊髓源性神经干细胞.将两种纳米纤维膜与SD乳鼠脊髓源性神经干细胞共培养,以正常培养的神经干细胞为对照,通过 MTT 实验检测纳米纤维膜的细胞相容性;以扫描电镜检测细胞在纳米纤维膜表面的黏附及增殖情况;将纳米纤维膜植入S D大鼠体内,通过组织学检查确定其降解情况及组织相容性;通过免疫组织化学实验确定神经干细胞在体内的存活及移动情况.结果与结论:两种纳米纤维膜表面的神经干细胞黏附及增殖情况良好,MT T实验结果表明纳米纤维膜的细胞相容性佳,电镜结果表明细胞在纳米纤维膜表面黏附良好,增殖情况佳;在体内纳米纤维膜降解情况良好,组织相容性佳;BrdU 标定的神经干细胞在 SD 大鼠体内存活并移动情况良好.结果表明新型纳米组织工程支架具有良好的细胞及组织相容性.     

组织工程心脏瓣膜:结构及支架的研究与进展

文章从心脏瓣膜的基本结构出发，描述了天然心脏瓣叶的结构和功能，给出了心脏瓣膜结构的关键成分：其中重点描述了主动脉瓣的瓣叶结构及力学功能，并详细分析了其瓣叶的三层结构，给支架材料结构仿生提供了依据；在此基础上介绍了组织工程心脏瓣膜领域常用支架的选择及要求。发现了静电纺制备心脏瓣膜瓣叶支架具有其独特的优势，为组织工程心脏瓣膜支架材料的发展提供了一个新的发展方向，为解决支架材料空隙及各向异性方面问题带来曙光。     

基于不同溶剂静电纺再生丝素蛋白组织工程支架的研究与进展

静电纺丝可以制备出具有良好性能的再生丝素蛋白组织工程支架，细胞可以在其上很好地黏附、增殖。相对有机溶剂而言，水作为溶剂的电纺再生丝素蛋白纳米纤维能更好地应用于组织工程支架，这是由于支架中不会残留对细胞有害的有机溶剂。文章从不同溶剂的角度综述了再生丝素蛋白的静电纺丝及其用于组织工程支架的研究进展。     

新型纳米纤维支架的细胞生物相容性

背景:高孔隙率聚己内酯纳米纤维支架具有适合血管平滑肌细胞黏附、增殖的多级孔径结构,具有良好的细胞生物相容性.目的:探讨高孔隙率聚己内酯静电纺丝纳米纤维支架的细胞相容性.方法:根据支架的制作工艺不同分为传统支架组、新型纳米纤维支架组两组,另设单纯细胞组为对照组.采用组织块贴壁法体外原代培养兔主动脉平滑肌细胞并进行传代,用3～6代细胞作为实验用种子细胞.应用WST-1法测定平滑肌细胞黏附率、增殖力,光镜及扫描电镜观察细胞形态,评估支架的细胞生物相容性.结果与结论:高孔隙率聚己内酯纳米纤维支架对细胞形态无明显影响,新型支架上的种子细胞黏附、增殖及代谢活性情况较传统支架好.提示,高孔隙率聚己内酯静电纺丝纳米纤维支架具有较高的细胞相容性.     

新型纳米纤维支架的细胞生物相容性

背景：高孔隙率聚己内酯纳米纤维支架具有适合血管平滑肌细胞黏附、增殖的多级孔径结构,具有良好的细胞生物相容性。目的：探讨高孔隙率聚己内酯静电纺丝纳米纤维支架的细胞相容性。方法：根据支架的制作工艺不同分为传统支架组、新型纳米纤维支架组两组,另设单纯细胞组为对照组。采用组织块贴壁法体外原代培养兔主动脉平滑肌细胞并进行传代,用3~6代细胞作为实验用种子细胞。应用WST-1法测定平滑肌细胞黏附率、增殖力,光镜及扫描电镜观察细胞形态,评估支架的细胞生物相容性。结果与结论：高孔隙率聚己内酯纳米纤维支架对细胞形态无明显影响,新型支架上的种子细胞黏附、增殖及代谢活性情况较传统支架好。提示,高孔隙率聚己内酯静电纺丝纳米纤维支架具有较高的细胞相容性。     

静电纺丝纳米纤维膜作为骨骼肌组织工程支架材料的细胞相容性

背景:有报道以生物可降解的胶原盘或聚L-乳酸、聚羟基乙酸、聚L-乳酸/聚羟基乙酸共聚物等作为骨骼肌组织工程的支架材料,各有优缺点,不能完全满足骨骼肌组织工程的需要。目的:探讨静电纺丝纳米纤维膜作为骨骼肌组织工程支架材料的可行性。方法:制备7种不同组分的静电纺丝纳米纤维膜,以其浸提液为培养基培养第3代SD乳鼠成肌细胞,以含体积分数20%新生小牛血清的F12培养基培养的为对照。采用MTT法和扫描电镜检测成肌细胞在各组材料的黏附及生长情况。结果与结论:各组分静电纺丝纳米纤维膜吸光度值与对照组间差异无显著性意义(P>0.05)。各组分静电纺丝纳米纤维膜组成肌细胞黏附率差异有显著性意义(P<0.05)。扫描电镜与上述结果一致。含70%聚乳酸+20%蚕丝蛋白+10%胶原组成电纺丝纳米纤维膜组可见大量成肌细胞黏附,呈梭形,两极伸展,排列规律,效果最好。其他各组细胞少,形态不规则,似衰退期成肌细胞。提示静电纺丝纳米纤维膜无细胞毒性,对成肌细胞的增殖无影响,成肌细胞能良好地黏附;以70%聚乳酸+20%蚕丝蛋白+10%胶原组分效果最佳。     

构建人工椎间盘组织工程支架

背景：组织工程技术的发展为已退变椎间盘功能的恢复提供了可能。 目的：综述椎间盘组织工程中支架的研究进展。 方法：由第一作者检索PubMed 数据库中1990-01-01/2012-12-31有关椎间盘组织工程中支架的文献,以“tissue engineering, intervertebral disc, scaffold”为检索词。 结果与结论：支架材料是组织工程研究中的一项重要组成部分。椎间盘纤维环支架材料有3大类,包括天然生物材料、人工合成材料及复合材料。椎间盘纤维环支架材料种类繁多,各有优缺点,尚无公认的最合适的支架材料,支架材料选择仍需进一步的实验研究。纳米级生物材料是研究发展的一个必然趋势,另外,利用仿生学原理,在模拟人椎间盘组织的过程中对支架材料进行改进同样是一个发展趋势;此外,可注射型支架同样是另一个研究热点,可注射型支架材料的选择范围主要集中在壳聚糖、Ⅱ型胶原、透明质酸、纤维蛋白、弹性蛋白、藻酸盐身上,目前将壳聚糖作为支架的研究相对较多。     

Fibre‐based scaffolding techniques for tendon tissue engineering

Tendon refers to a band of tough, regularly arranged, and connective tissue connecting muscle and bone, transferring strength from muscle to bone, and enabling articular stability and movement. The limitations of natural tendon grafts motivate the scaffold‐based tissue engineering (TE) approaches, which aim to build patient‐specific biological substitutes that can repair the damaged or diseased tissues. Advances in engineering and knowledge of chemistry and biology have brought forth numerous fibre‐based technologies, including electrospinning, electrohydrodynamic jet printing, electrochemical alignment technique, and other fibre‐assembly technologies, which enable the fabrication of tendon tissue structure in 3‐dimension. Textile techniques such as knitting and braiding have also been performed based on the fibrous materials to produce more complex structure. These scaffolds showed great similarity with native tendons in architectural features, mechanical properties, and facilitate biological functionality such as cellular adhesion, ingrowth, proliferation, and differentiation towards tendon tissue. Herein, we review the techniques that have been used to assemble fibres into scaffolds for tendon TE application. The morphological structures, mechanical properties, materials, degradation characteristics, and biological activities of the induced scaffolds were compared. The existing challenges and future prospects of fibre‐based tendon TE have also been discussed.     

Bioactive bacterial cellulose sulfate electrospun nanofibers for tissue engineering applications

Cellulosic materials have been of tremendous importance to mankind since its discovery due to its superior properties and its abundance in nature. Recently, an increase in demand for alternate green materials has rekindled the interest for cellulosic materials. Here, bacterial cellulose has been functionalized with sulfate groups through acetosulfation to gain solubility in aqueous media, which provides access to several applications. The cell viability, antioxidant, and hemocompatibility assays have verified the biocompatible and antioxidant characteristics of bacterial cellulose sulfate (BCS) in both in vitro and ex vivo conditions. Further, novel BCS/polyvinyl alcohol nanofibers were fabricated by simple electrospinning route to engineer ultrafine nanoscale fibers. The biological evaluation of BCS/polyvinyl alcohol nanofiber scaffolds was done using L929 mouse fibroblast cells, which confirmed that these nanofibers are excellent matrices for cell adhesion and proliferation.     

Electrospinning of pyrazole-isothiazole derivatives: nanofibers from small molecules

We investigate the electrospinning of small molecules, specifically designed peptide derivatives of the pyrazole-isothiazole scaffold. Such non-natural peptides enhance the spectrum of fundamental materials used for electrospinning. Unlike standard electrospun materials, our peptides are not polymeric, but able to aggregate in solution and especially during processing. They contain donor/acceptor groups that can form hydrogen bonds, and groups that are able to generate π-stacking interactions, which are known as important requirements for assembly processes. The pyrazole-isothiazole derivatives were synthesized by means of a 1,3-dipolar cycloaddition reaction, which is completely regioselective, affording only one isomer. We demonstrate that our compounds can be electrospun from fluoroalcohol solution into solid, quasi-endless micro- and nanofibers. The electrospinnability varies substantially, depending on the amino acids linked to the scaffold. Some compounds provide only short fibers, while Fmoc-glycyl-(N-benzyl)-pyrazole-isothiazole-tert-butyl carboxylate-1,1-dioxide forms continuous, homogenous, and bead-free fibers (droplet-like beads are a common problem in electrospinning). We analyzed the compounds and the fibers with various spectroscopic techniques (MS, IR and Raman). Electrospinning does not change chemical composition and configuration, suggesting the monomeric form of the compounds even in the fibers. Interestingly, we found that the stereochemistry of the scaffold can affect the ability of the peptide to be electrospun.

Pyrazole-isothiazole monomers are electrospun from solution into solid, quasi-endless micro- and nanofibers.     

Decellularized matrices for tissue engineering

Importance of the field: Biomimetic scaffolds and substrates of extracellular matrices (ECMs) play an important role in the regulation of cell function and in the guidance of new tissue regeneration, as an ECM has the intrinsic cues necessary to communicate with and dictate to cells.

Areas covered in this review: This paper reviews the latest developments in ECM scaffolds and substrates obtained from decellularized tissues, organs or cultured cells and their application in tissue engineering. The ECM composition, structure, interaction with surrounding cells, preparation method and usage in the regeneration of various tissues and organs are summarised.

What the reader will gain: The advantages and challenges of decellularized matrices are highlighted.

Take home message: Similarity in the composition, microstructure and biomechanical properties of the decellularized scaffolds and substrates to those of the native tissues and organs maximizes the promotion effect in the regeneration of both structural and functional tissues and organs. Simple tissues as well as complicated organs have been decellularized and decellularization methods have been optimized to completely remove the cellular components while keeping the ECM intact.     

纤维蛋白基生物材料在组织工程中的应用

纤维蛋白基材料包括纤维蛋白原和纤维蛋白,是一种具有良好生物相容性和生物降解性能的天然聚合物材料,已被广泛应用于开发各种组织工程支架和生长因子释放系统。为满足不同组织工程对支架三维结构和力学性能的要求,纤维蛋白基材料可以制成凝胶、黏胶、微珠和纳米纤维,也可以单独使用或与其他材料复合。文章讨论了纤维蛋白基材料的主要性能,并重点论述了此类材料在组织工程中的应用现状和面临的问题。     

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。