制备软骨组织工程支架的材料和方法

背景：软骨组织工程的研究为修复软骨缺损提供了新的思路和方法,其中如何获得理想的组织工程支架是这一研究的核心和难点。目的：回顾性分析软骨组织工程支架的材料选择和制备方法。方法：由第一作者检索2000至2012年PubMed数据库、ELSEVIER SCIENCEDIRECT、万方数据库、中国知网库有关制备软骨组织工程支架的材料选择和方法等方面的文献。结果与结论：软骨支架材料分为天然生物材料、人工合成高分子材料和复合材料。可采用相分离法、溶剂浇铸/粒子沥滤技术、气体发泡技术、快速成型技术及静电纺丝法制备支架材料。由于胶原、琼脂糖和藻酸盐等水凝胶类天然材料可提供足够的生物相容性、增殖和黏附能力及亲水性,电纺的人工合成高分子材料复合支架又可以保证支架的力学强度、塑形要求、孔隙率、可降解性等,将天然材料利用包埋技术和表面修饰技术复合于电纺的高分子复合材料支架上将更有利于支架性能的发挥。     

软骨组织工程中支架材料的文献回顾

背景:目前报道的软骨组织工程支架材料,大体分为天然高分子材料、人工合成可降解材料、天然材料与合成高分子材料复合构造的新型生物材料和纳米材料4大类。目的:总结近年来国内外关于组织工程支架材料的文献,对其进行简要综述,并探讨目前存在的问题和应用前景。方法:由第一作者应用计算机检索PubMed数据库及中国期刊网全文数据库1997-01/2011-01有关软骨组织工程支架材料的文章,英文检索词为"natural polymer materials,synthetic materials,new biological materials,nanometer materials,scaffold materials,cartilage tissue engineering",中文检索词为"天然高分子材料,人工合成材料,新型生物材料,纳米材料,支架材料,软骨组织工程"。排除重复性研究,共保留33篇文献进行综述。结果与结论:软骨组织工程支架已由先前的单一材料逐渐向复合材料转变,其孔隙率更高、抗原性更低、组织相容性更好,软骨细胞的黏附及增殖更好。结合计算机辅助设计和三维打印快速成形技术,将生物可降解材料预制加工成精确形状,通过降解速率较慢的内支撑支架,维持材料支架的精确外形,研发具有一定机械强度、适当孔径和精确外观形状的可降解生物支架材料是未来的发展方向。     

软骨组织工程中支架材料的文献回顾

背景：目前报道的软骨组织工程支架材料,大体分为天然高分子材料、人工合成可降解材料、天然材料与合成高分子材料复合构造的新型生物材料和纳米材料4大类。目的：总结近年来国内外关于组织工程支架材料的文献,对其进行简要综述,并探讨目前存在的问题和应用前景。方法：由第一作者应用计算机检索PubMed数据库及中国期刊网全文数据库1997-01/2011-01有关软骨组织工程支架材料的文章,英文检索词为＂natural polymer materials,synthetic materials,new biological materials,nanometer materials,scaffold materials,cartilage tissue engineering＂,中文检索词为＂天然高分子材料,人工合成材料,新型生物材料,纳米材料,支架材料,软骨组织工程＂。排除重复性研究,共保留33篇文献进行综述。结果与结论：软骨组织工程支架已由先前的单一材料逐渐向复合材料转变,其孔隙率更高、抗原性更低、组织相容性更好,软骨细胞的黏附及增殖更好。结合计算机辅助设计和三维打印快速成形技术,将生物可降解材料预制加工成精确形状,通过降解速率较慢的内支撑支架,维持材料支架的精确外形,研发具有一定机械强度、适当孔径和精确外观形状的可降解生物支架材料是未来的发展方向。     

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。     

组织工程软骨生物支架材料研究新进展

目的:软骨组织损伤后自身修复能力有限,组织工程学使得关节软骨的生物学替代物即人工软骨显示出美好的前景。软骨生物支架材料为组织工程的重要一环,探讨软骨生物支架材料的研究进展对构建人工软骨具有重大意义。资料来源:应用计算机检索PubMed数据库2003-01/2006-12有关组织工程软骨生物支架材料的文章,检索词“articular,tissue engineering,scaffold”,限定文章语言种类为English。同时计算机检索中文期刊全文数据库2003-01/2006-12期间的相关文章,检索词“软骨、组织工程,支架”,限定文章语言种类为中文。资料选择:对资料进行初审,选取符合研究要求的有关文章找全文。纳入标准:文章所述的内容应与组织工程软骨生物支架材料研究相关。排除标准:重复或类似的同一研究、Meta分析、综述文献。资料提炼:共收集到185篇相关文章,排除重复或类似的同一研究、综述,30篇符合研究要求。资料综合:人工软骨生物支架材料按其来源可分为:天然生物材料、人工合成高分子材料和复合材料。①天然生物材料生物相容性、细胞黏附性好,亲水性强,但力学强度差、吸收过快,而且难以大批量生产。②人工合成高分子材料具有可控降解速度、力学强度好、易于塑形,但亲水性不够,对细胞的黏附性较弱以及有免疫反应、排斥反应等。③复合材料即将两种或两种以上具有互补特征的生物相容性可降解材料,按一定比例和方式组合,可设计出结构与性能优化的三维材料,以弥补单用人工合成或天然生物材料的缺陷,提高支架的整体性能。复合材料的制备不仅包括同一类生物材料的复合,还包括不同类别生物材料之间的交叉复合。结论:通过对支架材料进行表面修饰、采用新型构建技术以及利用天然和合成材料的各自优势联合应用,进行多材料复合,以研制出具有生物相容性好、力学适应能力强的复合材料、仿生材料、智能材料将是近年来人工软骨生物支架材料的主要研究方向。     

软骨组织工程支架材料研究的现状

目的:总结和分析软骨组织工程支架材料的研究进展、现状及其发展趋势。资料来源:应用计算机检索Medline1996-01/2006-10关于软骨组织工程支架材料方面的文章。检索词“cartilagedefects,tissueengineering,scaffold”并限定文章的语言种类为English。同时利用计算机检索中国期刊全文数据库1996-01/2006-10的相关文章,限定文章语言种类为中文,检索词“组织工程、软骨损伤、支架材料”等。资料选择:对资料进行初审,纳入标准:①关于软骨组织工程材料研究的现状、研究进展及发展方向。②对具体研究的回顾调查研究。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28篇重复性研究。34篇符合纳入标准。资料综合:在软骨组织工程中支架材料起着非常重要的作用,选择合适的载体是一个首先要解决的问题。在生物材料研制与开发过程中,应特别注重细胞与生物材料相互作用的研究,避免生物材料研究与种子细胞研究脱节。对材料进行生物或化学修饰的复合材料、纳米材料、仿生材料及智能材料等的研制与开发将是未来生物材料研究的重要内容。结论:选用软骨组织组织工程支架材料时,应充分考虑到无机材料、有机材料及自体骨材料的优缺点,通过表面改性提高材料的生物性能     

新型组织工程软骨支架材料及其构建技术的改进

软骨组织损伤后自身修复能力有限，组织工程学使得关节软骨的生物学替代物即人工软骨显示出美好的前景。软骨生物支架材料为组织工程的重要一环，探讨软骨生物支架材料的研究进展对构建人工软骨具有重大意义。通过对支架材料进行表面修饰、采用新型构建技术以及利用天然和合成材料的各自优势联合应用，进行多材料复合，以研制出具有生物相容性好、力学适应能力强的复合材料、仿生材料、智能材料将是近年来人工软骨生物支架材料的主要研究方向。     

不同种类组织工程软骨支架材料的临床应用及其发展方向

关节软骨组织工程支架材料来源广泛，胶原、聚乳酸杂化材料、壳聚糖及脱细胞细胞外基质等均具有生物相容性和安全性，理化性能稳定，在组织工程中有非常好的应用前景。另外复合材料制成的支架显示比单一材料支架有明显的优势，研制复合材料、仿生材料、改性天然材料、智能材料以及纳米技术支架材料是今后支架材料的发展方向。     

组织工程软骨支架材料的应用选择

背景：软骨损伤后几乎不可能完全修复,近年来采用组织工程学方法构建软骨复合组织已成为软骨修复方面新的研究领域。其中支架材料在软骨修复过程中起着至关重要的作用,支架材料的选择也就影响着整个修复过程。目的：全面了解组织工程软骨支架材料的优缺点,并对其选择进行综述。方法：由第一作者于2010-11在CBM、PubMed数据库（http：//www.ncbi.nlm.nih.gov/PubMed）、万方数据库（http：//www.wanfangdata.com.cn）及google学术网检索组织工程软骨支架材料方面的内容,检索时限为1990/2010,英文检索词为＂cartilage,tissue engineering,scaffold materials,bone mesenchymal stem cell＂,中文检索词为＂软骨,组织工程,支架材料,骨髓间充质干细胞＂,排除重复性研究。结果与结论：计算机初检得到1185篇文献,阅读标题和摘要进行初筛,排除因研究目的与本文无关及内容重复的研究1142篇,共保留其中的43篇进行归纳总结,最终引入文献29篇。结果提示,目前应用于组织工程的支架不论是天然的还是人工合成的,都存在一定的缺陷,如体内降解速度过快或过慢,生物相容性不佳、引起炎症等问题。最重要的是组织工程软骨支架距临床应用仍有很大差距,而未来组织工程支架材料的研究重点是改进现有材料和制备工艺,研制复合材料、仿生材料、纳米材料及改性天然材料等。     

组织工程软骨支架材料的应用选择

背景:软骨损伤后几乎不可能完全修复,近年来采用组织工程学方法构建软骨复合组织已成为软骨修复方面新的研究领域.其中支架材料在软骨修复过程中起着至关重要的作用,支架材料的选择也就影响着整个修复过程.目的:全面了解组织工程软骨支架材料的优缺点,并对其选择进行综述.方法:由第一作者于2010-11在CBM、PubMed数据库(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/PubMed)、万方数据库(http://www.wanfangdata.com.cn)及google学术网检索组织工程软骨支架材料方面的内容,检索时限为1990/2010,英文检索词为"cartilage,tissue engineering,scaffold materials,bone mesenchymal stem cell",中文检索词为"软骨,组织工程,支架材料,骨髓间充质干细胞",排除重复性研究.结果与结论:计算机初检得到1 185篇文献,阅读标题和摘要进行初筛,排除因研究目的与本文无关及内容重复的研究1 142篇,共保留其中的43篇进行归纳总结,最终引入文献29篇.结果提示,目前应用于组织工程的支架不论是天然的还是人工合成的,都存在一定的缺陷,如体内降解速度过快或过慢,生物相容性不佳、引起炎症等问题.最重要的是组织工程软骨支架距临床应用仍有很大差距,而未来组织工程支架材料的研究重点是改进现有材料和制备工艺,研制复合材料、仿生材料、纳米材料及改性天然材料等.     

管状支架体外静态培养组织工程气管软骨

背景:前期实验已证实人气管软骨细胞在DegraPol片状支架上保持了正常的形态和活力,同时分泌软骨特有基质成分.目的:以大鼠剑突软骨细胞为种子细胞种植于DegraPol管状泡沫支架,观察新形成的工程化组织在体外静态培养条件下的组织和力学特点.设计、时间及地点:单一样本观察,于2006-12/2008-02在深圳市人民医院医学研究中心完成.材料:DegraPol管状材料为瑞士联邦理工大学聚合材料研究所提供:实验动物为2周龄体质量50～60g的SPF级SD幼鼠.方法:收集第3代幼鼠剑突软骨细胞接种于DegraPol管状支架,形成软骨细胞-支架复合物,体外静态培养6周.主要观察指标:①AO/PI荧光染色观察软骨细胞在DegraPol管状泡沫支架中的存活情况,于培养3,6周取出软骨细胞-DegraPol支架复合体,MTT法测定细胞增殖情况.②培养3,6周,应力-应变机械力学方法测定最大应变和应力的变化.③培养3,6周,扫描电镜观察软骨细胞在DegraPol支架中培养后的超微结构.结果:①AO/PI荧光染色显示软骨细胞在DegraPol支架内保持良好的活性,MTT法结果显示培养6周组A值高于培养3周组(P<0.05).②应力-应变机械力学测定结果显示,培养3周组应力值和应变值高于培养6周组(P<0.05).③扫描电镜结果显示DegraPol支架与大鼠剑突软骨细胞有良好的生物相容性,培养6周后获得更多的软骨细胞增殖和更多的细胞外基质.结论:DegraPol管状泡沫支架有良好的生物相容性并且软骨细胞在支架上保持正常活性,但由于工程化复合物的生物力学强度较差,培养条件和培养方式有待进一步改善.     

聚羟基丁酸酯-聚羟基己酸酯共聚物／氧化异丙烯F-127复合支架构建人组织工程软骨

目的：探讨聚羟基丁酸酯一聚羟基己酸酯共聚物／氧化异丙烯F-127复合支架作为软骨组织工程支架的可行性。方法：实验于2004-09／2005-04在中国医科大学整形外科医院外耳整形与再造中心完成。①选取4周龄无胸腺雄性裸鼠8只，左侧背部皮下为软骨细胞-支架复合物组，右侧背部皮下为单纯支架对照组。人软骨细胞来源于中国医科大学整形外科医院外耳整形与再造中心临床小耳畸形患者行肋软骨移植时剩余的边脚料分离软骨细胞。聚羟基丁酸酯-聚羟基己酸酯共聚物泡沫材料由清华大学化工系提供，1．0cm&;#215;1．0cm&;#215;0．3cm大小，环氧乙烷消毒后备用。（砻消化、分离、培养人肋软骨细胞，将第3代细胞制成悬液，细胞浓度为5&;#215;10^10L^-1。取mL软骨细胞悬液与少量30％氧化异丙烯FM27溶液（4℃）均匀混合后接种至聚羟基丁酸酯-聚羟基己酸酯共聚物支架上，形成细胞-生物材料复合物，体外培养1周后植入软骨细胞-支架复合物组，单纯支架对照组植入单纯聚羟基丁酸酯-聚羟基己酸酯共聚物／氧化异丙烯F-127复合支架。（3）术后12周取材，行大体观察。利用苏木精-伊红染色、甲苯胺蓝染色、阿尔辛蓝-丽春红染色对再生的软骨组织进行组织学检测。结果：实验选取4周龄无胸腺雄性裸鼠8只，全部进入结果分析。①术后12周大体标本观察结果：软骨细胞-支架复合物组形成了与支架形态相同的乳白色类似软骨样组织，表面光滑有弹性。单纯支架对照组呈褐色，质地较软。②再生的软骨组织术后12周组织学检查结果；组织学检查证实软骨细胞-支架复合物组有软骨细胞存在，并且有基质分泌。单纯支架对照组无新生软骨组织形成。结论：利用聚羟基丁酸酯-聚羟基己酸酯共聚物／氧化异丙烯F-127复合支架可在裸鼠体内形成人组织工程化软骨。     

聚羟基丁酸酯-聚羟基己酸酯共聚物/氧化异丙烯F-127复合支架构建人组织工程软骨

目的:探讨聚羟基丁酸酯-聚羟基己酸酯共聚物/氧化异丙烯F-127复合支架作为软骨组织工程支架的可行性。方法:实验于2004-09/2005-04在中国医科大学整形外科医院外耳整形与再造中心完成。①选取4周龄无胸腺雄性裸鼠8只,左侧背部皮下为软骨细胞-支架复合物组,右侧背部皮下为单纯支架对照组。人软骨细胞来源于中国医科大学整形外科医院外耳整形与再造中心临床小耳畸形患者行肋软骨移植时剩余的边脚料分离软骨细胞。聚羟基丁酸酯-聚羟基己酸酯共聚物泡沫材料由清华大学化工系提供,1.0cm×1.0cm×0.3cm大小,环氧乙烷消毒后备用。②消化、分离、培养人肋软骨细胞,将第3代细胞制成悬液,细胞浓度为5×1010L-1。取1mL软骨细胞悬液与少量30%氧化异丙烯F-127溶液(4℃)均匀混合后接种至聚羟基丁酸酯-聚羟基己酸酯共聚物支架上,形成细胞-生物材料复合物,体外培养1周后植入软骨细胞-支架复合物组,单纯支架对照组植入单纯聚羟基丁酸酯-聚羟基己酸酯共聚物/氧化异丙烯F-127复合支架。③术后12周取材,行大体观察。利用苏木精-伊红染色、甲苯胺蓝染色、阿尔辛蓝-丽春红染色对再生的软骨组织进行组织学检测。结果:实验选取4周龄无胸腺雄性裸鼠8只,全部进入结果分析。①术后12周大体标本观察结果:软骨细胞-支架复合物组形成了与支架形态相同的乳白色类似软骨样组织,表面光滑有弹性。单纯支架对照组呈褐色,质地较软。②再生的软骨组织术后12周组织学检查结果:组织学检查证实软骨细胞-支架复合物组有软骨细胞存在,并且有基质分泌。单纯支架对照组无新生软骨组织形成。结论:利用聚羟基丁酸酯-聚羟基己酸酯共聚物/氧化异丙烯F-127复合支架可在裸鼠体内形成人组织工程化软骨。     

组织工程化软骨的低温保藏

背景:如何保存大量的具有生物活性的组织工程化软骨,并且长时间保持组织工程化软骨的生物活性,建立组织工程软骨库,是组织工程尚待解决的课题.目的:观察低温冻存对组织工程化软骨生物活性的影响.设计、时间及地点:随机对照动物实验,于2006-02/2008-12在解放军第四军医大学唐都医院中心实验室完成.材料:聚羟基乙酸无纺网为美国Albany公司产品.2周龄新西兰白兔5只,成年新西兰白兔20只由解放军第四军医大学实验动物中心提供.方法:体外培养2周龄新西兰兔关节软骨,取第2代对数生长期培养软骨细胞,制成细胞悬液,调整软骨细胞悬液浓度约为5×1010L-1,接种于聚羟基乙酸三维支架材料上,复合物体外培养1周后冻存,冻存4,8,12周后解冻复苏.1周后接种于成年新两兰兔皮下,术后12周取材.主要观察指标:采用光镜及扫描电镜观察冻存复苏后的组织工程化软骨的生长情况.采用四唑盐比色法测定细胞存活率.体内实验观察软骨细胞形态、软骨分泌胶原情况、基质分泌酸性黏多糖情况.结果:经低温冻存的组织工程化软骨生长良好,冻存4,8,12周细胞存活率差异无显著性意义.组织学观察冻存组织工程骨植入区有软骨生成、胶原和黏多糖生成丰富.结论:深低温冻存对组织工程化软骨的生物活性无明显的影响,可用于保存组织工程化软骨.     

神经修复导管的材料学及制备方法

目的:综合分析近年来国内外神经修复用导管材料以及制备方法的研究近况。资料来源:应用计算机检索ElsevierScience1996-01/2005-12有关神经修复及神经导管方面的文献,检索词分别为“nerveconduit,nerveguide,nerveregeneration”,限定文献语言种类为English。同时计算机检索清华数字期刊库、万方数据库1996-01/2005-12有关神经修复及神经导管方面的文献,检索词为“神经修复,导管”,限定语言种类为中文。资料选择:对检索到的神经再生、神经修复及神经导管方面的相关信息进行整理,选取针对性强的文章。同一领域的文献则选择近期发表或权威杂志的文章。资料提炼:共收集120篇关于神经修复、神经导管的文献,纳入23篇符合标准的文献。资料综合:用神经导管桥接断离神经是神经修复的重要方法之一,制备神经导管的材料按其降解性能分为生物不可降解材料和生物可降解材料,任何一种材料都有其优缺点,发展复合材料将是制备导管的主要方向。结论:虽然影响神经再生的因素还有许多,如神经生长因子、雪旺细胞等,但是新型的导管及制备方法将会有利于神经修复进一步发展。     

神经修复导管的材料学及制备方法

目的：综合分析近年来国内外神经修复用导管材料以及制备方法的研究近况。资料来源：应用计算机检索Elsevier Science 1996—01／2005—12有关神经修复及神经导管方面的文献，检索词分别为“nerve conduit，nerve guide，nerve regeneration”，限定文献语言种类为English。同时计算机检索清华数字期刊库、万方数据库1996—01／2005—12有关神经修复及神经导管方面的文献，检索词为“神经修复，导管”，限定语言种类为中文。资料选择：对检索到的神经再生、神经修复及神经导管方面的相关信息进行整理，选取针对性强的文章。同一领域的文献则选择近期发表或权威杂志的文章。资料提炼：共收集120篇关于神经修复、神经导管的文献，纳入23篇符合标准的文献。资料综合：用神经导管桥接断离神经是神经修复的重要方法之一，制备神经导管的材料按其降解性能分为生物不可降解材料和生物可降解材料，任何一种材料都有其优缺点，发展复合材料将是制备导管的主要方向。结论：虽然影响神经再生的因素还有许多，如神经生长因子、雪旺细胞等，但是新型的导管及制备方法将会有利于神经修复进一步发展。     

Glycogen storage in tissue-engineered cartilage

Recent focus in cartilage tissue engineering has been to develop functional tissue that can survive after implantation. One such determinant is the ability of the engineered tissue to be able to sustain its metabolic activity post-implantation. In vivo, chondrocytes contain stores of intracellular glycogen to support metabolism and it is unknown whether these cells can store glycogen during tissue growth in vitro. Thus, the purpose of this study was to determine the appropriate nutrient conditions to elicit glycogen storage in tissue-engineered cartilage. Isolated bovine articular chondrocytes were seeded in scaffold-free, 3D culture and grown under different nutrient conditions (glucose concentrations and media volumes) for 4 weeks. Intracellular glycogen storage, glucose utilization and extracellular matrix (ECM) accumulation of the engineered tissues were then evaluated. Glucose concentration (5-10 mM) and media volume (1-4 ml) had no apparent effect on cartilaginous tissue formation. However, glucose consumption by the cells increased in proportion to the volume of medium provided. Lactate production was similarly affected but in direct proportion to the glucose consumed, indicating a change in glucose utilization. Similarly, under elevated medium volume, engineered tissues stained positive for intracellular glycogen, which was also confirmed biochemically (1 ml, 1 +/- 2; 2 ml, 13 +/- 4; 4 ml, 13 +/- 3 microg/construct). The storage of intracellular glycogen in engineered cartilage can be elicited by culturing the constructs in elevated volumes of medium (>or=1 ml medium/million cells), which might help to ensure appropriate metabolic function after implantation.