壳聚糖及其衍生物在软骨组织工程中的应用

背景：作为生物型支架,壳聚糖因其独特的多孔三维结构、易于改性的特征及良好的生物相容性成为了软骨组织工程支架材料的研究热点。 目的：就壳聚糖及其衍生物的设计、改性及在软骨组织工程中的应用作一综述。 方法：应用计算机检索PubMed数据库和CNKI数据库,中文关键词为“壳聚糖,壳聚糖衍生物,支架材料,组织工程,软骨组织”,英文检索词为“chitosan;chitosan derivatives;scaffold;tissue engineering;cartilage”,检索文献时间范围为1990年1月至2015年1月。 结果与结论：壳聚糖是一种天然的生物多糖,通过化学改性、共混改性等方法可以改变壳聚糖的溶解度、机械强度、生物活性甚至生物降解性等自身特性,从而制成更为合适的生物支架材料。进一步研究表明,将壳聚糖与种子细胞进行共同体外培养可以获得正常形态的软骨细胞并能合成特异性的细胞外基质成分,在动物体内,壳聚糖支架与种子细胞所构建的组织工程软骨能够修复软骨损伤,形成与周围正常软骨相似的组织。壳聚糖及其衍生物支架材料在软骨组织工程中有较为广阔的研究前景。  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     

软骨修复材料种类的比较

背景：软骨修复材料要求具有特定的生化、物理性质,如极强的生物相容性、合适的生物降解性、可控的孔径大小、足够的孔隙率等。 目的：对比分析各种软骨修复材料的特点。 方法：应用计算机检索万方数据库、CNKI数据库2001/2010与软骨修复材料相关的文章,检索关键词为“软骨,修复,支架材料,组织工程,生物材料”。 结果与结论：软骨组织工程支架材料分为天然支架材料、复合支架材料、可注射支架材料、仿生支架材料等。但是各种材料具有各自的优势与不足,目前多采用复合支架材料或利用仿生原理制备仿生支架材料或是可注射型支架材料,以充分发挥材料的优势,克服不足,使其生物力学特性更加接近天然骨组织。尽管骨组织工程研究已经取得了相当快速的进展和成果,但仍有许多问题需要解决：支架的免疫原性即降解转归及对机体的影响;支架是否可与软骨下骨有效结合;支架材料的降解速度是否可与组织形成相匹配;支架的生物力学性能是否与软骨组织相同或接近等。     

生物材料复合支架与运动性关节软骨缺损的修复

目的：探讨复合支架的组织工程学特性及其修复关节软骨缺损的性能评价。 方法：以“关节软骨、生物材料、工程软骨、复合材料、复合支架”为中文关键词,以“ tissue enginneering,articular cartilage,scaffold material”为英文关键词,采用计算机检索中国期刊全文数据库、PubMed数据库(1993-01/2010-11)相关文章。纳入复合支架材料-细胞复合物修复关节软骨损伤相关的文章,排除重复研究或Meta分析类文章。 结果：共入选18篇文章进入结果分析。复合支架是当前软骨组织工程中应用较多的支架,它是将具有互补特征的生物相容性可降解支架,按一定比例和方式组合,设计出结构与性能优化的复合支架。较单一支架材料具有显著优越性,具有更好的生物相容性和一定强度的韧性,较好的孔隙和机械强度。复合支架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。可分为纯天然支架材料、纯人工支架材料以及天然与人工支架材料的复合等3类。 结论：复合支架使生物材料具有互补特性,一定程度上满足了理想生物支架材料应具有的综合特点,但目前很多研究仍处于实验阶段,还有一些问题有待于解决,如不同材料的复合比例、复合工艺等。     

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。     

不同生物材料复合支架对关节软骨缺损的修复评价

背景：不同生物材料制备的复合软骨支架其修复软骨缺损也各具特点。 目的：探讨不同生物材料制备复合支架的组织工程学特性及其修复关节软骨缺损的性能评价。 方法：以“软骨组织工程,生物材料,工程软骨,复合支架”为中文关键词,以“tissue enginneering,articular cartilage,scaffold material”为英文关键词,采用计算机检索中国期刊全文数据库、PubMed数据库(1993-01/2010-11)相关文章。纳入复合支架材料-细胞复合物修复关节软骨损伤等相关的文章,排除重复研究或Meta分析类文章。 结果与结论：复合支架是当前软骨组织工程中应用较多的支架,它是将具有互补特征的生物相容性可降解支架,按一定比例和方式组合,设计出结构与性能优化的复合支架。较单一支架材料具有更好的生物相容性和一定强度的韧性,较好的孔隙和机械强度。复合支架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。可分为纯天然支架材料、纯人工支架材料以及天然与人工支架材料的复合等3类。复合支架使生物材料具有互补特性,一定程度上满足了理想生物材料支架应具的综合特点,但目前很多研究仍处于实验阶段,还有一些问题有待于解决,如不同材料的复合比例、复合工艺等。     

纳米支架与关节软骨重建

背景：纳米羟基磷灰石因具有与骨组织中天然羟磷灰石晶体尺寸相关的特性以及具有良好的生物相容性和骨传导性,被广泛用于骨组织工程。 目的：对纳米支架材料的性能进行阐述,探讨仿生多层纳米支架构建和纳米支架体内试验研究的新进展。 方法：由作者应用计算机检索PubMed数据库及CNKI数据库1979/2011,在英文标题和摘要中以“cartilage, nano”和“cartilage, nanofiber or nanofibrous”检索,中文文献检索以“软骨,纳米,支架”为关键词,选择内容与纳米支架、软骨损伤修复与软骨组织工程相关的文章,同一领域文献则选择近期发表或发表在权威杂志文章,共纳入50篇文献。 结果与结论：软骨自我修复能力有限,软骨组织工程作为一种新治疗手段为其治愈提供了可能,纳米支架则以其优越的性能成为软骨组织修复的重要生物材料,纳米支架的仿生分层设计与制备及其生物性能的最优化,以及大宗样本临床试验的缺乏成为制约纳米支架材料应用于临床软骨缺损修复的关键问题。 关键词：纳米;支架;软骨重建;组织工程;综述文献 doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2012.12.041     

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。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：     

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：     

不同材料构建组织工程软骨及支架的应用

背景：组织工程技术的发展为软骨的再生和修复提供了新的途径,根据软骨自身的结构和特点,作为人工软骨的替代材料和支架材料应具有良好的生物力学性能。 目的：总结运动性关节软骨损伤修复材料及其支架材料的应用进展及其生物替代材料的生物力学特征,评价目前组织工程软骨材料应用的性能及发展前景。 方法：以“组织工程;软骨组织;支架材料;生物相容性”为关键词,应用计算机检索维普数据库和PubMed数据库中1990-01/2011-04关于组织工程软骨应用研究的文章,纳入与有关生物材料与组织工程软骨相关的文章;排除重复研究或Meta分析类文章。以24篇文献为主重点进行了讨论组织工程软骨材料的种类、性能及其应用效果和前景。 结果与结论：目前关节软骨修复领域以自体软骨移植效果为最佳,骨髓基质干细胞在离体试验及动物实验中研究较多,在临床应用中较少,尚在探索阶段。支架材料的应用比较繁复,天然材料、人工合成材料以及复合材料都存在一定的不足,虽然复合材料成为研究的热点,但是某些性能并不能很好地符合支架要求,并且在机体内这些材料所带来的长期影响还不能预见,这就迫切需要新材料的出现,来更好地满足组织软骨织支架的要求,达到修复和重建的目的。 关键词：软骨;组织工程;软骨组织;种子细胞;支架材料 doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2012.08.036     

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。     

An overview of recent patents on musculoskeletal interface tissue engineering

Interface tissue engineering involves the development of engineered grafts that promote integration between multiple tissue types. Musculoskeletal tissue interfaces are critical to the safe and efficient transmission of mechanical forces between multiple musculoskeletal tissues, e.g., between ligament and bone tissue. However, these interfaces often do not physiologically regenerate upon injury, resulting in impaired tissue function. Therefore, interface tissue engineering approaches are considered to be particularly relevant for the structural restoration of musculoskeletal tissues interfaces. In this article, we provide an overview of the various strategies used for engineering musculoskeletal tissue interfaces with a specific focus on the recent important patents that have been issued for inventions that were specifically designed for engineering musculoskeletal interfaces as well as those that show promise to be adapted for this purpose.     

高分子纳米纤维在组织工程支架材料研究中的应用

介绍了高分子纳米纤维的特点、合成方法、生物相容性以及表明修饰,阐明其作为新型支架材料在骨组织工程中的应用价值。     

3D打印骨组织工程支架的制备技术

近年来，随着3D打印技术的飞速发展，人们开始通过3D打印技术去不断完善适合不同需求的定制骨组织工程支架。由于组织工程制造的支架是需要植入生物体内的，这就对支架有着极为严苛的要求。3D打印技术作为一种新兴制备骨组织工程支架的技术，其最大的优点是可以依照需求来定制个性化形状、结构，良好的宏微观结构、润湿性、机械强度和细胞反应的新型骨组织工程支架。本文回顾了2014―2019年间对骨组织工程支架的研究，对3D打印骨组织工程支架进行了总结，并且介绍了在多功能骨组织工程支架设计与制作中的理念与研究。     

Development and evaluation of cross-linked collagen-hydroxyapatite scaffolds for tissue engineering

This study examines the tissue engineering potential of type I collagen cross-linked in the presence of hydroxyapatite (HAp). Scaffolds were prepared by controlled freezing followed by lyophilization of composite mixtures of collagen and HAp in acetic acid, followed by cross-linking with 0.3% glutaraldehyde. Scaffolds of three ratios were prepared, corresponding to collagen/HAp ratios of 1:2, 1:4, and 1:6. The scaffolds were evaluated for their microstructure, chemical and physical properties, swelling behavior, mechanical strength, biodegradability hemocompatability, cytocompatibility, and histopathology following subcutaneous implantation in Sprague Dawley rats. The collagen/HAp matrices showed a smaller pore size of 10–40?μm compared to 50–100?μm for pure collagen scaffolds. Pure collagen showed a mechanical strength of 0.25?MPa, and the value almost doubled for cross-linked composites with collagen/HAp ratio 1:6. The improvement in mechanical strength corresponded to a decrease in swelling and enzymatic degradation (measured by resistance to collagenases). FTIR spectra results in conjunction with scanning electron micrographs showed that cross-linking in the presence of HAp did not significantly alter the structure of collagen. MTT assay and calcein AM staining revealed prominent and healthy growth of mesenchymal stem cells in both the pure collagen as well as collagen:HAp composites of ratio 1:2. In vivo implantation in Sprague Dawley rats showed an initial acute inflammatory response during days 3 and 7, followed by a chronic, macrophage-mediated inflammatory response on days 14 and 28. Overall, a cross-linked collagen/HAp composite scaffold of ratio 1:2 was identified as having potential for further development in tissue engineering.     

组织工程人工肌腱的研究进展

本文对目前组织工程肌腱的研究成果作一综述,主要从细胞支架、种子细胞、生长因子、周期性张力等各方面进行了阐述。今后,对材料进行合理改进,使之能供给肌腱细胞最适合的生存环境,解决种子细胞的来源问题,加入适当的生长因子,并施以符合生理条件的周期性张力,组织工程化肌腱将成为修复肌腱缺损的一种理想而可靠的方法。     

神经组织工程支架材料的研究进展

神经组织工程运用于中枢神经损伤与疾病治疗,用以恢复病变或损伤的中枢神经系统的解剖结构与功能,神经支架材料发挥支撑与营养作用。对神经组织工程中支架材料的研究现状进行综述,并提出面临的问题及今后的研究方向。     

静电纺纳米纤维基组织工程大孔支架的研究进展

静电纺丝作为一种纳米纤维支架的仿生构建方法,已在组织工程和再生医学领域中得到越来越多的应用和关注。但是,静电纺支架的主要问题是密集排列的纳米纤维之间的空隙很小,阻碍细胞的长入和三维(3 D)组织的形成。为了解决这一问题,近年来已发展了许多用于扩大静电纺纳米纤维支架孔尺寸的制备方法。首先概述组织工程支架中大孔对细胞行为的影响,然后对静电纺纳米纤维3 D大孔支架的制备方法和技术研究进展进行综述,讨论这些3 D大孔支架促进细胞长入的效果,最后对静电纺3 D大孔支架在组织工程中应用的主要挑战和前景,提出了看法。     

Electrical stimulation therapy and rotary jet-spinning scaffold to treat bone defects

The combination of electrical stimulation (ES) and bone tissue engineering (BTE) has been successful in treatments of bone regeneration. This study evaluated the effects of ES combined with PCL + β-TCP 5% scaffolds obtained by rotary jet spinning (RJS) in the regeneration of bone defects in the calvaria of Wistar rats. We used 120 animals with induced bone defects divided into 4 groups (n = 30): (C) without treatment; (S) with PCL+ β-TCP 5% scaffold; (ES) treated with ES (10 μA/5 min); (ES + S) with PCL + β-TCP 5% scaffold. The ES occurred twice a week during the entire experimental period. Cell viability (in vitro: Days 3 and 7) and histomorphometric, histochemical, and immunohistochemical (in vivo; Days 30, 60, and 90) analysis were performed. In vitro, ES + S increased cell viability after Day 7 of incubation. In vivo, it was observed modulation of inflammatory cells in ES therapy, which also promoted blood vessels proliferation, and increase of collagen. Moreover, ES therapy played a role in osteogenesis by decreasing ligand kappa B nuclear factor-TNFSF11 (RANKL), increasing alkaline phosphatase (ALP), and decreasing the tartarate-resistant acid phosphatase. The combination of ES with RJS scaffolds may be a promising strategy for bone defects regeneration, since the therapy controlled inflammation, favored blood vessels proliferation, and osteogenesis, which are important processes in bone remodeling.     

Balancing mechanical strength with bioactivity in chitosan–calcium phosphate 3D microsphere scaffolds for bone tissue engineering: air- vs. freeze-drying processes

The objective of this study was to evaluate the potential benefit of 3D composite scaffolds composed of chitosan and calcium phosphate for bone tissue engineering. Additionally, incorporation of mechanically weak lyophilized microspheres within those air-dried (AD) was considered for enhanced bioactivity. AD microsphere, alone, and air- and freeze-dried microsphere (FDAD) 3D scaffolds were evaluated in vitro using a 28-day osteogenic culture model with the Saos-2 cell line. Mechanical testing, quantitative microscopy, and lysozyme-driven enzymatic degradation of the scaffolds were also studied. FDAD scaffold showed a higher concentration (p?<?0.01) in cells per scaffold mass vs. AD constructs. Collagen was ～31% greater (p?<?0.01) on FDAD compared to AD scaffolds not evident in microscopy of microsphere surfaces. Alternatively, AD scaffolds demonstrated a superior threefold increase in compressive strength over FDAD (12 vs. 4?MPa) with minimal degradation. Inclusion of FD spheres within the FDAD scaffolds allowed increased cellular activity through improved seeding, proliferation, and extracellular matrix production (as collagen), although mechanical strength was sacrificed through introduction of the less stiff, porous FD spheres.     

Direct ink writing of highly porous and strong glass scaffolds for load-bearing bone defects repair and regeneration

The quest for synthetic materials to repair load-bearing bone lost because of trauma, cancer, or congenital bone defects requires the development of porous, high-performance scaffolds with exceptional mechanical strength. However, the low mechanical strength of porous bioactive ceramic and glass scaffolds, compared with that of human cortical bone, has limited their use for these applications. In the present work bioactive 6P53B glass scaffolds with superior mechanical strength were fabricated using a direct ink writing technique. The rheological properties of Pluronic® F-127 (referred to hereafter simply as F-127) hydrogel-based inks were optimized for the printing of features as fine as 30 μm and of three-dimensional scaffolds. The mechanical strength and in vitro degradation of the scaffolds were assessed in a simulated body fluid (SBF). The sintered glass scaffolds showed a compressive strength (136 ± 22 MPa) comparable with that of human cortical bone (100–150 MPa), while the porosity (60%) was in the range of that of trabecular bone (50–90%). The strength is ∼100-times that of polymer scaffolds and 4–5-times that of ceramic and glass scaffolds with comparable porosities. Despite the strength decrease resulting from weight loss during immersion in SBF, the value (77 MPa) is still far above that of trabecular bone after 3 weeks. The ability to create both porous and strong structures opens a new avenue for fabricating scaffolds for load-bearing bone defect repair and regeneration.