骨组织工程支架材料的研究现状与应用前景

背景：目前组织工程骨修复骨缺损在临床应用中较为关键的问题是建立血管网,为新骨的形成提供氧气及营养物质,并为机体提供代谢途径。 目的：综述近年组织工程骨支架材料的特点,并着重介绍复合支架材料的研究现状。 方法：以“骨组织工程,血管化,支架材料,复合支架材料”为中文检索词,以“bone tissue engineering, vascularization,scaffold,composite scaffold”英文检索词,应用计算机在中国期刊全文数据库和PubMed数据库检索2001年1月至2014年1月的相关文章,将所有文章进行初步筛选后,对保留的文章进一步详细分析、归纳并总结。 结果与结论：按照组织工程骨支架材料的来源不同,可将其分为人工合成材料、天然衍生材料和复合支架材料,单一支架材料难以作为最理想的材料修复骨缺损,复合支架材料能在不同程度上弥补单一支架材料的缺陷,因此近年来组织工程支架材料的发展由单一材料发展为复合材料,并呈现人工合成材料与天然材料有机结合的趋势。但复合支架材料在临床应用中仍然有许多尚待解决的问题,主要有控制复合材料比例,使材料降解速率与组织细胞的生长速率相适应,保持复合材料的多孔隙和高机械强度。中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料;骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性;组织工程全文链接：     

组织工程人工骨材料修复长骨节段性缺损的现状与展望

背景：骨移植、人工替代物置换、骨延长等长骨节段性缺损修复方法虽已在临床上应用,但均有各自的局限性。 目的：就目前骨缺损的治疗加以回顾总结,并对长骨大段性缺损的修复方式作展望性分析。 方法：由第一作者检索PubMed数据库、中文生物医学文献期刊数据库2000-01/2010-12有关长骨大段性缺损修复的文章。英文关键词为“bone defect, bone tissue engineering,artificial bone,bone transplantation,therapy”,中文关键词为“骨缺损,骨组织工程,人工骨,骨移植,治疗”。排除标准陈旧性文章及重复性研究。 结果与结论：保留33篇文献进行文献证据提取。长骨节段性缺损的治疗包括自体骨移植、异体骨移植、骨延长、人工骨替代移植等,以组织工程人工骨的研究、利用为热点和主要发展方向,但以基础性研究和动物实验为多,少见于临床应用。组织工程人工骨在应用于临床长骨缺损治疗之前,尚存诸多问题急需解决,但仍为最有开发前景的骨缺损修复材料。     

人工骨材料修复骨缺损:多种复合后的生物学与力学特征

背景:当前应用广泛的骨缺损修复方式主要有自体骨移植、异体骨移植和人工骨移植,人工骨移植可避免患者自身取材的痛苦和并发症及同种异体骨免疫排斥的危险。目的:综述近几年来国内外常用的几种人工骨材料的研究进展情况。方法:应用计算机检索2007至2013年中国期刊全文数据库、PubMed数据库、中国生物医学文献数据库、FMJS数据库中有关人工骨材料的研究。中文检索词为"人工骨,材料,骨缺损,骨移植",英文检索词为"artificial bone,material,bone defect,bone graft"。结果与结论:目前常用的人工骨材料有天然高分子材料、人工合成高分子、无机材料、纳米材料。理想的骨移植替代物应该具备以下条件:良好的生物相容性;局部形成微酸性生物环境;利于血管和成骨细胞长入;可完全生物降解;兼具骨生成性、骨传导性和骨诱导性。生物蛋白胶降解及组织相容性较好,且可塑形,但强度较差,以后研究方向主要为加强其强度。人工合成及无机材料强度及支架作用较好,但组织相容性较差,提高其组织相容性很重要。纳米材料为较合适的人工骨材料。目前应用于骨组织工程研究的人工骨材料均有各自的长处和不足,尚不能同时满足理想的骨组织工程细胞外基质材料各方面的要求,而且在生物学和力学特性上与天然骨有差异,故将多种类型材料复合并进行结构和功能修饰,是研制理想骨缺损修复材料的方向。     

生物活性支架材料修复骨质疏松性骨缺损

背景：随着化学合成技术的发展,根据生物活性支架材料的特性,经材料设计和材料结合而制备多组分、多功能的复合材料支架,进而修复骨质疏松性骨缺损已成为当今的研究热点。目的：介绍生物活性骨组织工程支架材料,讨论并总结不同支架材料及其设计在修复骨质疏松性骨缺损中的应用。方法：作者以“Osteoporosis,Bone defect,Scaffold,骨质疏松,骨缺损,支架”为关键词,检索2008-2022年期间PubMed、Web of Science、Springerlink、Medline、万方、CNKI数据库,选择生物活性支架修复骨质疏松性骨缺损方面的的相关文献。结果与结论：生物活性支架的植入为修复骨质疏松性骨缺损带来了新的方法,如金属材料、生物陶瓷、聚合物等生物活性支架均有良好的促进骨再生作用。但是在骨质疏松的不平衡骨改建下,单一材料支架促进骨再生能力有限,且经常出现骨整合不良。研究者们根据理想支架的特性和各种材料的优缺点,通过材料结合和设计将生物活性物质纳入支架中,设计制备了一系列功能化的生物活性复合材料支架,以改善骨改建和增强骨整合。随着对各类型生物活性支架材料的深入了解,明确其优劣...     

骨填充材料在骨肿瘤中的应用

背景：由于肿瘤造成的骨组织缺损是临床面临的难题之一,而如何修复骨缺损是骨科领域的热点问题。 目的：介绍各种骨填充材料在骨肿瘤中的应用,并观察硫酸钙人工骨复合自体骨修复骨肿瘤骨缺损的临床疗效。 方法：以“骨填充材料,骨肿瘤,骨缺损”为中文关键词;以“bone filled materials,bone tumor,bone defect”为英文关键词,采用计算机检索2001-01/2011-01 PubMed及CNKI数据库相关文章。共检索到文献40篇,最终纳入符合标注的文献24篇。 结果与结论：用于骨肿瘤骨缺损的骨填充材料众多,主要分为自体骨、同种异体骨、人工合成材料。有学者应用复合材料取得了较好的疗效。每种材料在修复骨肿瘤骨缺损中都有各自的优缺点。到目前为止,还没有发现一种理想的骨肿瘤骨缺损填充材料。通过骨组织工程技术获得所需的骨填充材料,可能是今后的发展方向之一。     

骨组织工程支架材料修复骨缺损的特性

目的:介绍各种骨组织工程支架的特性及在修复骨缺损中的作用。方法:以"骨组织工程,支架材料,骨缺损"为中文关键词;以:"bone tissue engineering,scafold,bone defect"为英文关键词,采用计算机检索2000-01/2010-06相关文章。纳入骨组织工程支架修复骨缺损相关的文章。选择28篇文献重点介绍各种骨组织工程支架的特性及在修复骨缺损中的特点。并应用硫酸钙人工骨进行验证。结果:用于骨组织工程的支架材料众多,目前,骨组织工程支架材料主要分为3类:生物衍生材料、无机材料和高分子材料,每种材料在修复骨缺损中都有各自的优缺点。随着研究的不断深入,复合支架材料成为目前的研究热点之一。一些具有生物活性的无机材料,如生物玻璃、羟基磷灰石已经被用来加入到胶原、壳聚糖的基体中来制备新型的骨组织工程复合支架材料。至今还未研制出一种理想的适于骨组织工程的支架材料。临床验证显示硫酸钙人工骨修复大块骨缺损效果较好。结论:相信随着各学科的发展,骨组织工程用支架材料的性能会越来越完善,从而促进骨组织工程的发展,最终应用于临床。     

人工骨或自体骨移植联合椎弓根钉内固定修复脊柱结核

背景：随着内固定材料和内固定技术的发展,越来越多的国内外学者开始应用人工骨材料联合椎弓根钉内固定修复脊柱结核。目的：综述人工骨修复材料联合椎弓根内固定修复脊柱结核的特点。方法：应用计算机检索CNKI和PubMed数据库1985至2014年有关人工骨移植材料修复脊椎结核方面的文献,中文关键词为“脊椎结核、骨移植、内固定”,英文关键词为“Spinal tuberculosis,Bone graft,Fixation”。结果与结论：在骨修复材料联合椎弓根内固定修复脊柱结核中,自体骨是骨移植的金标准,无免疫排斥反应,但为了避免自体骨取骨量有限、取骨后疼痛等并发症的发生,人工骨材料得到了广泛研究。目前应用的人工骨材料主要包括钛及其合金、羟基磷灰石复合物及医用硫酸钙,具有良好的生物相容性,但均存在一定的局限性和不足。     中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料;骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性;组织工程     

组织工程学技术与运动性骨损伤的修复

背景：运用组织工程方法修复骨损伤近年来研究的热点。 目的：综述骨组织工程学研究现状以及亟待解决的关键问题。 方法：以“组织工程学,运动性骨损伤,生物支架材料,骨的血管化,种子细胞”为中文关键词,“Tissue engineering, Sports bone damage ,Biological material scaffold; Vascularized bone ;Seed cells”为英文关键词,检索1994-01/2010-12 PubMed数据库与维普数据库相关文章。 结果与结论：尽管组织工程学修复骨缺损已取得很大的成就,但真正应用于临床创伤缺损修复还有很多问题需要解决：如何解决种子细胞易老化,表型易丧失的问题;如何增强细胞与支架材料的亲和力;如何为替代组织提供良好的血供与神经支配;如何更逼真地模拟人体内环境,使培养的细胞和预制成的组织器官在体内也能经受住考验;如何降低免疫反应等。     

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。     

运动性半月板损伤及组织工程半月板的应用

背景：半月板损伤是常见的膝关节运动损伤之一,常伴有关节软骨的损伤,其原因是膝关节内环境的紊乱。 目的：评价组织工程半月板在半月板构建中的生物支架材料的性能,以寻求合理的半月板替代物。 方法：以“组织工程;半月板修复;生物材料支架;运动性半月板损伤”为中文关键词,以“tissue engineering, the meniscus repair,biological material scaffold; athletic meniscal injury”为英文关键词,应用计算机检索维普数据库(1994-01/2009-12)和Pubmed数据库(1994-01/2009-12),纳入30篇运动性半月板损伤和组织工程半月板相关的文献。对半月板组织的特征、半月板组织工程种子细胞的来源、组织工程半月板支架材料生物相容性和可降解性以及细胞因子在组织工程半月板构建过程中的作用进行综合评价。 结果与结论：与传统半月板修复相比,组织工程化半月板具有无抗原性,来源不受限制,可按预先设计塑型,具有生命力等许多优点。但是组织工程化半月板仍有许多问题有待研究和解决,如何模拟体内环境,在体外成功构建半月板组织,如何提高支架材料的应用性,研制具有与正常人体半月板组织相接近的力学性能的支架材料是一个半月板修复的关键性问题。     

人工植骨材料的生物学特性与临床应用

目的：总结近年有关人工植骨材料的生物学特性与临床应用现状。 方法：由作者应用计算机检索维普数据库,检索时限为1998-01/2010-10。检索关键词：骨充填材料,骨缺损,骨肿瘤,骨病,骨组织工程。纳入与各种人工植骨材料的生物学特性与临床应用有关的文献,对资料进行初审,并查看每篇文献后的引文。共15篇文献符合标准纳入结果分析。 结果：人工植骨材料包括无机材料、有机材料和复合材料,复合材料组合了前两者的优势,具备较好的生物安全性、生物相容性、生物活性及生物力学性能。在四肢骨折内固定或骨肿瘤刮除后于骨缺损处植入人工骨,明显加速骨骼愈合过程．降低延迟愈合或不愈合的发生率,有较大临床应用价值。 结论：人工植骨材料在促进骨愈合、椎体融合效果接近自体骨,无排异反应,具有良好的生物相容性。     

组织工程支架材料修复关节软骨缺损

BACKGROUND: Articular cartilage repair has been a difficulty in the clinical setting, which is mainly treated with autologous or allogeneic osteochondral grafts, and cartilage periosteum or periosteum grafts. However, the limited source, secondary lesion and immunological rejection force some researchers to search for a novel treatment strategy, cartilage tissue engineering, that is of great significance for cartilage regeneration and repair. OBJECTIVE: To investigate the tissue-engineered scaffolds for the repair of articular cartilage defects. METHODS: The first author searched the PubMed and WanFang databases for the articles addressing tissue-engineered cartilage for articular cartilage defects published between 1991 and 2015 using the keywords “articular cartilage defect, scaffold, tissue engineered cartilage” in English and Chinese, respectively. The irrelative and repetitive literatures were excluded. RESULTS AND CONCLUSION: Finally 48 eligible literatures were enrolled based on the inclusion and exclusion criteria. Cartilage tissue engineering possesses the advantages of controllability, little damage to tissue itself, and biological repair of injured cartilage. Tissue-engineered scaffold material is a critical factor in tissue engineering construction; therefore, it should hold biodegradability and histocompatibility. The commonly used scaffold materials include natural macromolecule materials (collagen, silk fibroin and chitosan), and synthetic polymer materials (polylactic acid and tricalcium phosphate). It is necessary to prepare composite scaffolds with high bioactivity integrate advantages of each material. The tissue engineering is bound to be a hotspot in the field of articular cartilage repair.      

骨修复中应用的生物降解可吸收材料

BACKGROUND: Because there are many inevitable problems in autologous or allogeneic bone grafting for treatment of bone defects, the application of biodegradable absorbable material is the focus of current research. OBJECTIVE: To evaluate the biological properties of several kinds of bone repair materials and their influence on bone defect repair after implantation. METHODS: PubMed and CNKI databases were retrieved for articles published from 1994 to 2015 by computer. The keywords were “bone defect, biodegradable material, bone graft” in English and Chinese, respectively.  RESULTS AND CONCLUSION: Biodegradable absorbable materials mainly include natural polymer materials, synthetic polymer materials and bio-inorganic materials. Biodegradable absorbable materials have good biocompatibility, and can induce new bone ingrowth after implantation to form good osteo-integration. It has shown a clear advantage in bone repair. A variety of materials combined together can promote the repair of bone defects, which is the development trend of alternative materials for bone repair.      

骨修复材料在骨折及骨缺损治疗中的价值

背景：人工骨材料作为骨移植替代物修复骨缺损,是医学和生物材料学领域内的一项重要研究课题。 目的：总结近年有关骨修复材料在骨折及骨缺损中的应用现状。 方法：由作者应用计算机检索维普数据库中与骨修复材料治疗骨折、骨缺损有关的文献,检索时限为1998-01/2009-10。检索关键词为“骨折,骨修复,假体置换,材料”。纳入标准：①选取针对性强,相关度高的文献。②排除一些重复性研究。对资料进行初审,并查看每篇文献后的引文。最终纳入26篇文献进入结果分析。 结果与结论：目前研究较多的骨修复材料有纳米羟基磷灰石/聚酰胺66,脱钙骨基质,硫酸钙颗粒,纳米晶羟基磷灰石/胶原复合材料等。纳米级组织工程骨材料则是利用纳米技术在纳米结构单元或纳米数量级(1~100 nm)下生产的新型材料,研制成的纳米羟基磷灰石/胶原骨经动物实验研究证实,比普通羟基磷灰石有更为优越的生物相容性和生物活性,无细胞毒性,能促进和加快骨创的愈合。     

In vivo evaluation of a bioactive scaffold for bone tissue engineering

Revision cases of total hip implants are complicated by the significant amount of bone loss. New materials and/or approaches are needed to provide stability to the site, stimulate bone formation, and ultimately lead to fully functional bone tissue. Porous bioactive glasses (prepared from 45S5 granules, 45% SiO2, 24.5% Na2O, 24.5% CaO, and 6% P2O5) have been developed as scaffolds for bone tissue engineering and have been studied in vitro. In this study, we investigated the incorporation of tissue-engineered constructs utilizing these scaffolds in large, cortical bone defects in the rat simulating revision conditions. With implantation times of 2, 4, and 12 weeks the results were compared to those using the bioactive ceramic scaffold alone. Two tissue-engineered constructs were studied: osteoprogenitor cells that were either seeded onto the scaffold prior to implantation ("primary") or those that were culture expanded to form bonelike tissue on the scaffold prior to implantation ("hybrid"). Defects treated with the hybrid had the greatest amount of bone in the available pore space of the defect over all other groups at 2 weeks (p < 0.05). For both the primary and hybrid groups, woven and lamellar bone was present along the interface of the scaffold and the host cortex and within the porous space of the scaffold at 2 weeks. By 4 weeks, very uniform, lamellar bone was present throughout the scaffold for both tissue-engineered groups. The amount of bone significantly increased over time for all groups while the bioactive ceramic gradually resorbed by 40% at 12 weeks (p < 0.05). Structural properties of the treated long bones improved over time. Long bones treated with the hybrid had an early return in torsional stiffness by 2 weeks. Both tissue-engineered constructs achieved normal torsional strength and stiffness by 4 weeks as compared to the scaffold alone, which achieved this by 12 weeks. Porous, surface modified bioactive ceramic is a promising scaffold material for tissue-engineered bone repair.     

骨组织工程支架材料及其血管化的研究进程

背景：随着骨组织工程学技术的不断发展,利用组织工程骨修复大面积骨缺损成为当今研究的热点。 目的：介绍骨组织工程中的种子细胞、细胞因子、支架材料的特性及材料血管化情况。 方法：以“骨组织工程,支架材料,血管化”为中文关键词,以“bone tissue engineering,scafold,vascularization”为英文关键词,采用计算机检索2000年1月至2012年1月CNKI数据库和PubMed数据库相关文章,选择与骨组织工程学概述、支架材料和血管化方面相关的文章进行分析。 结果与结论：种子细胞的选择、细胞因子的应用、支架材料的性能及血管化程度均对组织工程骨成功修复骨损伤产生着重要影响。适宜的种子细胞是骨组织工程的研究基础,细胞因子是骨组织工程研究的催化剂,具有良好三维结构的支架材料对于促进细胞的生长增殖、组织长入、成骨方式和血管化等方面均有积极的促进作用。但每种支架材料都有其不足之处,所以可以通过将多种材料进行复合达到综合效应来满足临床需求。另外也要积极寻求新的材料制备工艺和对已有方法进行改进,以制造出更加优良的支架材料。但血管化仍然是骨组织工程要面对的重大考验。目前所应用的促进组织工程骨血管化的方法均存在一定缺陷,如利用生长因子促进血管化时,易造成代谢异常患者病情恶化等情况发生;利用显微外科技术促进组织工程骨血管化,易导致其他部位形成创伤和畸形,不利于患者的身体康复等。     

运动性关节软骨缺损支架材料的选择及其生物相容性

背景：骨软骨支架是用于承载细胞,供细胞黏附、生长、增殖、分化的载体。 目的：总结运动性关节软骨缺损支架材料的应用进展及其生物替代材料的生物相容性。 方法：以“关节软骨,生物材料,工程软骨,支架材料,生物相容性”为中文关键词,以“ tissue enginneering ,articular cartilage,scaffold material”为英文关键词,采用计算机检索维普数据库、PubMed数据库1993-01/2010-11相关文章。纳入与有关修复关节软骨损伤、生物材料、支架材料、生物相容性等相关的文章。以20篇文献为重点对运动性关节软骨缺损修复用的生物材料的生物相容性进行了讨论。 结果与结论：天然软骨支架材料因其具有细胞识别信号,故生物相容性好,细胞黏附率高,但力学性能较差。有些人工合成材料生物相容性不理想、亲水性差、对细胞吸附不足,人工合成高分子聚合物生物相容性良好。复合支架利用不同生物材料的优点克制材料的局限性制备理想的复合支架,其混合比例、混合技术还有待进一步研究。目前尚无一种材料完全满足组织工程的要,通过材料制备技术的改进或将几种不同材料的复合,材料的性能会不断的提高。     

组织工程化韧带在前交叉韧带运动损伤修复中的作用

背景：交叉韧带是膝关节内的核心性稳定结构,具有制导膝关节生理活动并限制非生理性活动的功能,其中前交叉韧带的作用更为重要,其损伤的治疗已成为目前运动医学研究的热点。 目的：探讨前交叉韧带生理功能、损伤机制,综述其修复过程中组织工程化材料的研究成果。 方法：应用计算机检索1990-01/2011-02 PubMed数据库及维普数据库有关前交叉韧带组织工程研究进展、肌腱支架材料生物力学分析、生物材料在肌腱组织工程中应用及组织工程技术在修复肌腱缺损临床应用方面的相关文献,英文检索词“anterior cruciate ligament,biological materials,damage,treatment”,中文检索词“前交叉韧带,生物材料,损伤,治疗”,检索文献量总计102篇。 结果与结论：前交叉韧带损伤后组织工程化康复措施得到了较快发展,从材料的选择来看,单一移植材料难免会存在诸多不足,不利于韧带的康复,复合材料可以结合不同材料的特性对韧带组织工程化材料进行配置,可以弥补单一材料的生物相容性、降解速度、生物力学性能、材料的韧性等不足,另外,对组织工程化材料进行功能结构加工也是尤为重要,这样可以更大程度的为细胞提供吸附、成长和分化的良好环境。同时,基因技术的进步以及各种新型材料的研制,必将在更大程度上满足前交叉韧带康复的需要。