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：     

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。     

神经导管生物材料在神经修复中的应用

背景：神经导管是由天然或人工合成材料制成的、用于桥接神经断端的组织工程支架材料,具有引导和促进神经再生作用。 目的：总结近年来常用的神经导管生物材料在神经修复中的应用。 方法：由作者应用计算机检索维普数据库中与神经导管生物材料在神经修复中应用有关的文章,检索时限2002-01/ 2010-12。检索关键词：神经导管;生物材料;神经损伤;神经修复;神经再生。纳入标准：与神经导管生物材料在神经修复中应用有关的文章。排除标准：重复研究或较陈旧文献。根据纳入排除标准共保留相关文献30篇。 结果与结论：非生物降解材料由于其不可吸收性和对再生神经的远期不良影响使临床应用受到限制。生物降解材料在神经再生完成后可在体内降解吸收,无需二次手术取出,但目前未能利用生物降解材料完全仿制出具有天然神经结构的支架。生物衍生材料生物相容性好、排异反应小,可提供细胞外基质、胶原,起支架作用,但缺血后存在管形塌陷、再生不良、吸收瘢痕组织、增生及粘连等问题。神经导管生物材料在神经修复中的应用前景广阔,但单用一类材料难以制作出理想的神经导管生物材料,通过结合各类材料的优点,与神经营养因子、细胞外基质成分和许旺细胞等联合应用,制备新型具有生物活性的导管材料,将有利于神经修复进一步发展。     

组织工程材料修复半月板运动损伤的可行性及特点

背景：组织工程技术的发展为半月板损伤的修复和再造开辟了新的途径,利用该技术构建有功能的半月板在防治半月板切除后的并发症中有重要意义。 目的：综述了组织工程材料在半月板运动损伤修复中的可行性及特点。 方法：由第一作者检索1990/2010 PubMed数据库及中国知网数据库有关天然生物材料、人工合成材料、纳米材料修复半月板损伤的文章。英文检索词为“meniscus,sports injuries,repair,tissue engineering,material ”,中文检索词为“半月板,运动损伤,修复,组织工程,支架材料”。 结果与结论：由于半月板的血供特点,致使半月板无血运区损伤不具备愈合能力。组织工程技术的发展为半月板损伤的修复和再造开辟了新途径。目前报道较多的修复半月板支架材料主要有天然生物材料、人工合成材料、纳米材料等。组织工程化半月板的研究已取得了阶段性的成果,但对支架材料正处于研发实验阶段,还没确定出一种最理想的材料,因此寻求一种具有良好的细胞相容性,可控制的降解率并具有一定力学强度的支架材料仍是半月板组织工程的研究热点。     

干细胞及神经导管支架修复神经缺损

背景：组织工程的发展为神经缺损的修复提供了可能,种子细胞与导管支架制成的复合体是构建组织工程神经的核心。 目的：从干细胞的组织工程应用及构建具有良好生物相容性的导管支架材料角度,探索如何更好的修复神经损伤。 方法：以“干细胞,神经损伤,修复,神经导管,神经支架材料”为中文关键词,以“stem cells,nerve damage,repair,nerve guide conduit material,scaffold materials,nerve tissue engineering”为英文关键词,采用计算机检索CNKI和Medline数据库1996-01/2011-01有关不同来源干细胞和导管支架材料修复神经缺损的相关文章,排除重复研究或Meta分析类文章,筛选纳入30篇文献进行评价。 结果与结论：移植神经干细胞可以在神经系统存活、增殖、迁移,在不同部位分化为相应的细胞,因此给神经修复领域带来新的希望。另外,随着生物材料的发展,神经导管材料修复神经缺损也取得了优良的效果,具有良好的应用前景。将神经干细胞复合导管可降解生物材料有望能更好的满足神经支架的要求,达到修复和重建的目的。     

自体、异体骨软骨移植及组织工程材料修复的关节软骨损伤

背景：关节软骨损伤的修复已成为近年来医学基础研究的一个重要领域。由于关节软骨损伤后不易修复,决定了关节软骨损伤的修复是热点中的难点。目的：概述能够对关节软骨损伤进行修复和功能重建的生物材料,为选择理想的组织工程支架材料提供一种理论上的选择。方法：由第一作者通过计算机检索1989到2014年PubMed数据库和中国知网数据库。英文检索词为“articular cartilage injury,bone graft,tissue engineering scaffold materials”,中文检索词为“关节软骨损伤、骨移植、组织工程支架材料”。检索近年来关于关节软骨的结构和功能、不同关节软骨损伤修复材料的选择及修复过程中影响因素等方面的相关文献,针对目前软骨损伤修复材料的应用作一个较系统的回顾及总结,分别对软骨修复材料各自优缺点进行综合评述,从材料学的视角介绍了几种软骨修复材料在软骨组织工程支架中的应用情况,在此基础上对临床软骨损伤修复提供一种理论上的选择。结果与结论：常用的软骨修复材料包括自体、异体骨软骨移植材料,胶原、透明质酸钠和壳聚糖等天然高分子材料。自体、异体骨软骨移植的修复方法只能暂时的缓解疼痛,修复组织容易发生退变,都不能成功修复损伤软骨,与这些已经投入临床的技术相比,尚处在实验研究阶段的组织工程学技术的临床研究仍在不断进行,在众多关节软骨修复材料中,无论是自体移植材料还是组织工程支架材料其生物力学性能各有不同,且目前还无法再造与天然生成的软骨具有相同力学性能的软骨组织。中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建;骨细胞;软骨细胞;细胞培养;成纤维细胞;血管内皮细胞;骨质疏松;组织工程     

不同支架材料构建组织工程肌腱的性能评价

目的：总结修复肌腱损伤的主要组织工程支架材料及研究进展。 方法：由第一作者采用电子检索的方式,在CNKI数据库中检索1902-01/2010-10有关生物材料应用于组织工程肌腱支架的研究文章,关键词为“重建肌腱,生物材料,人工肌腱,组织工程,支架材料”。排除重复研究、普通综述或Meta分析类文章,筛选纳入18篇文献进行评价。 结果：来源于自然界的天然生物材料主要有蚕丝、小肠黏膜下层、胶原、衍生肌腱支架材料等,保留了组织正常的三维网架结构,组织相容性好,但力学性能较差、降解速度快。人工合成高分子材料主要为聚乳酸和聚羟基乙酸、聚乳酸-聚羟基乙酸共聚物、聚磷酸钙纤维等,但存在亲水性低、细胞黏附性能差的不足。 结论：天然及合成高分子材料作为组织工程支架材料都有各自的优缺点,绝大多数还处于研究阶段,尚未应用于临床,因此改进支架材料的性能是目前研究的主要方向之一。     

脱细胞脊髓基质支架的制备及生物特性

背景：以脱细胞脊髓基质材料为构架的脊髓生物支架,已被证实可恢复或部分恢复受损的脊髓神经功能。 目的：介绍脱细胞脊髓基质支架的制备方法和部分生物特性,对近年来其在脊髓组织工程中的应用及进展作一概述。 方法：应用计算机检索 CNKI 和 PubMed 数据库中 2005年1月至2014年10月关于脱细胞脊髓基质支架材料在脊髓损伤中应用的文章,在主题和摘要中,中文以“脱细胞脊髓,支架材料,脊髓损伤,组织工程学”为检索词检索,英文以“acellular spinal cord;engineering tissue;spinal cord injury;scaffold”为检索词进行检索。 结果与结论：脱细胞脊髓基质支架具有较低的抗原性、优良的生物相容性及类似脊髓的三维支架结构,但存在力学性能差及结构不稳定等缺点。通过京尼平、戊二醛等交联剂改性后可明显提高支架的生物性能。目前国内外已对脱细胞脊髓基质支架在神经修复再生方面的应用做了一些探索,为脊髓组织工程学打下了基础。由于脱细胞脊髓基质支架的诸多优点,脱细胞脊髓基质材料有望成为脊髓组织工程学的理想材料。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     

以组织工程建构技术修复周围神经损伤的难点

背景：组织工程构建技术是近年来周围神经损伤修复的重要方法之一,在周围神经治疗领域有着良好的前景。 目的：总结近年来利用组织工程学构建技术对周围神经损伤修复的研究进展。 方法：应用计算机检索万方数据库、CNKI和PubMed数据库中1995年1月至2011年12月关于组织工程构建技术的文章,在标题和摘要中以“组织工程,神经导管支架,生物活性,周围神经损伤”或“Tissue engineering,Nerve scaffold,Bioactivity,Peripheral nerve defect”为检索词进行检索,初检得到156篇文献,最终纳入56篇文献进行综述。 结果与结论：周围神经损伤组织工程修复的两个要素是神经支架材料的选择和生物功能化。构建神经的支架材料包括可降解和非可降解两大类,通常需要具有三维多孔结构和相应的孔隙率及比表面积,其力学性能、表面活性、生物相容性和导电性等直接影响神经损伤修复的效果;生物功能化的主要生物活性因子包括支持细胞,种子蛋白和神经营养因子,将这些生物活性因子接种在神经导管支架材料上,促进受损神经的修复与功能替代。组织工程技术应用于周围神经损伤修复与再生的研究重点在于导管、细胞与生长因子的综合应用。组织工程技术与生物技术的联合应用将成为周围神经损伤修复的研究热点。     

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     

神经导管修复周围神经损伤的研究进展

随着神经修复技术特别是显微外科的发展，神经损伤修复的质量有了进一步的提高；利用神经导管桥接神经断端以实现修复周围神经损伤是目前的一个研究热点。本综述了神经导管修复周围神经损伤的发展历史，分析比较了非神经组织、非生物降解材料、可生物降解材料神经导管在神经损伤修复中的效果，讨论了导管的形态及导管内微环境对神经再生的影响。     

Structural parameters of collagen nerve grafts influence peripheral nerve regeneration

Large nerve defects require nerve grafts to allow regeneration. To avoid donor nerve problems the concept of tissue engineering was introduced into nerve surgery. However, non-neuronal grafts support axonal regeneration only to a certain extent. They lack viable Schwann cells which provide neurotrophic and neurotopic factors and guide the sprouting nerve. This experimental study used the rat sciatic nerve to bridge 2 cm nerve gaps with collagen (type I/III) tubes. The tubes were different in their physical structure (hollow versus inner collagen skeleton, different inner diameters). To improve regeneration Schwann cells were implanted. After 8 weeks the regeneration process was monitored clinically, histologically and morphometrically. Autologous nerve grafts and collagen tubes without Schwann cells served as control. In all parameters autologous nerve grafts showed best regeneration. Nerve regeneration in a noteworthy quality was also seen with hollow collagen tubes and tubes with reduced lumen, both filled with Schwann cells. The inner skeleton, however, impaired nerve regeneration independent of whether Schwann cells were added or not. This indicates that not only viable Schwann cells are an imperative prerequisite but also structural parameters determine peripheral nerve regeneration.     

The role of the immune system in central nervous system regeneration (theoretical considerations)

The nervous and immune systems are shown to be interrelated. Steroids inhibit both regeneration and the immune response. Crushing injuries enhance regeneration. A synthesis of these apparently unrelated phenomena is formulated into an immune hypothesis of regeneration. Steroids, in suppressing the immune response, decrease lymphokine production and the subsequent stimulation of nerve cell regeneration. Crushing injuries to nerve fibers cause nerve protein to become antigenic, thereby eliciting the production of "non-toxic" antibodies, which paradoxically protect the nerve fibers from immune attack and cause an augmented lymphokine production and subsequent nerve cell regeneration.     

肌桥与其桥接神经再生间变化的形态学观察

为探知缝接神经缺损的肌条（肌桥）与其缝接神经再生间的变化关系,从而为改善肌桥神经再生效果提供形态学依据。采用５０只兔的１００条肌条和３０条狗的６０条肌条为研究材料,分Ａ、Ｂ、Ｃ三组,用不同形态结构的肌肉,分别与正中神经缺损３ｃｍ处缝接和不与神经相缝接而将肌条两端固定在桥接神经缺损邻近处。术后不同时间,取材常规制成光、电镜标本,镜下观察和图像分析仪测定。结果：术后不同肌桥,几乎均显示肌条中央存留肌纤维较周边的少,再生神经纤维较周边的多,而不与神经连接的肌条,没有明显肌条中央与周边存留肌纤维的不同,一条变性肌纤维内可同时看到再生神经纤维和肌原纤维存在。结果提示：肌桥肌纤维变性可促进神经纤维再生,神经纤维再生可加速肌纤维变性,再生神经纤维可伴随肌纤维变性而长入。长红肌纤维为肌桥的神经再生效果好。     

The role of aligned polymer fiber-based constructs in the bridging of long peripheral nerve gaps

Peripheral nerve regeneration across long nerve gaps is clinically challenging. Autografts, the standard of therapy, are limited by availability and other complications. Here, using rigorous anatomical and functional measures, we report that aligned polymer fiber-based constructs present topographical cues that facilitate the regeneration of peripheral nerves across long nerve gaps. Significantly, aligned but not randomly oriented fibers elicit regeneration, establishing that topographical cues can influence endogenous nerve repair mechanisms in the absence of exogenous growth promoting proteins. Axons regenerated across a 17 mm nerve gap, reinnervated muscles, and reformed neuromuscular junctions. Electrophysiological and behavioral analyses revealed that aligned but not randomly oriented constructs facilitated both sensory and motor nerve regeneration, significantly improved functional outcomes. Additionally, a quantitative comparison of DRG outgrowth in vitro and nerve regeneration in vivo on aligned and randomly oriented fiber films clearly demonstrated the significant role of sub-micron scale topographical cues in stimulating endogenous nerve repair mechanisms.     

PDLLA/NGF复合膜用于自体神经移植促进神经再生实验研究

目的：探讨外消旋聚乳酸／神经生长因子(PDLLA／NGF)复合膜用于自体神经移植是否具有促进神经再生作用。方法：雌性Wistar大白鼠16只，随机分为2组：A组(自体神经移植)8只；B组(自体神经移植并包绕PDLLA／NGF复合膜)8只。显露每只动物的右侧坐骨神经，A组将坐骨神经切除10mm长一段，以外膜缝合法行原位移植；B组与A组同样行神经原位移植并在远近两个神经缝接部位各包绕1块PDLLA／NGF复合膜(含NGF总量为400u)。6个月后观察比较两组神经再生情况。结果：B组的小腿三头肌湿重恢复率、运动神经传导速度、再生的有髓神经纤维数量、直径、轴突直径、髓鞘厚度均优于A组：结论：PDLLA／NGF复合膜包绕自体神经移植的神经缝接部位具有促进神经再生作用.     

The Effect of Aligned Core–Shell Nanofibres Delivering NGF on the Promotion of Sciatic Nerve Regeneration

Recent bioengineering strategies for peripheral nerve regeneration have been focusing on the development of alternative treatments for nerve repair. In this study, we incorporated nerve growth factor (NGF) into aligned core–shell nanofibres by coaxial electrospinning, and reeled the scaffold into aligned fibrous nerve guidance conduits (NGCs) for nerve regeneration study. This aligned PLGA/NGF NGC combined physical guidance cues and biomolecular signals to closely mimic the native extracellular matrix (ECM). The effect of this aligned PLGA/NGF NGC on the promotion of nerve regeneration was evaluated in a 13-mm rat sciatic nerve defect using functional and morphological analysis. After 12 weeks implantation, the results of electrophysiological and muscle weight examination demonstrated that the functional recovery of the regenerated nerve in the PLGA/NGF NGC group was significantly better than that in the PLGA group, yet had no significant difference compared with the autograft group. The toluidine blue staining study showed that more nerve fibres were regenerated in the PLGA/NGF group, while the electron microscopy study indicated that the regenerated nerve in the PLGA/NGF group was more mature than that in the PLGA group. This study demonstrated that the aligned PLGA/NGF could greatly promote peripheral nerve regeneration and have a potential application in nerve regeneration.     

实验性大鼠坐骨神经损伤与再生的病理学观察

目的：研究大鼠坐骨神经钳夹损伤后的病理学改变。方法：建立大鼠坐骨神经钳夹损伤模型,分别于术后１、２、３、４、６周取受损坐骨神经进行光镜电镜和免疫组化观察,用图像分析仪测量３、４、６周及对照组的坐骨神经轴突的等效直径、周长和面积等８项参数。结果：钳夹后１周损伤处远段神经发生华勒变性,钳夹后２周神经纤维再生。再生轴突在第３、４周时与正常轴突有显著差异（Ｐ〈０．０５或Ｐ〈０．０１）,第６周时无显著差异（     

Heparin-Binding-Affinity-Based Delivery Systems Releasing Nerve Growth Factor Enhance Sciatic Nerve Regeneration

The controlled delivery of nerve growth factor (NGF) to the peripheral nervous system has been shown to enhance nerve regeneration following injury, although the effect of release rate has not been previously studied with an affinity-based delivery system (DS). The goal of this research was to determine if the binding site affinity of the DS affected nerve regeneration in vivo using nerve guidance conduits (NGCs) in a 13-mm rat sciatic nerve defect. These DSs consisted of bi-domain peptides that varied in heparin-binding affinity, heparin and NGF, which binds to heparin with moderate affinity. Eight experimental groups were evaluated consisting of NGF with DS, control groups excluding one or more components of the DS within silicone conduits and nerve isografts. Nerves were harvested 6 weeks after treatment for analysis by histomorphometry. These DSs with NGF resulted in a higher frequency of nerve regeneration compared to control groups and were similar to the nerve isograft group in measures of nerve fiber density and percent neural tissue, but not in total nerve fiber count. In addition, these DSs with NGF contained a significantly greater percentage of larger diameter nerve fibers, suggesting more mature regenerating nerve content. While there were no differences in nerve regeneration due to varying peptide affinity with these DSs, their use with NGF enhanced peripheral nerve regeneration through a NGC across a critical nerve gap.     

神经导管修复周围神经损伤的研究进展

对神经导管在周围神经损伤的修复和再生的应用及研究进展作一综述。主要包括两方面内容：神经导管材料设计及导管内微环境构建。