骨組織工程多孔支

骨組織工程多孔支架材料性質及制備

班級：生物醫(yī)學工程姓名：徐正江√組織工程支架材料√列舉一種骨支架設計與制備技術√結論主要內容scaffold

種子細胞、可降解的支架材料以及細胞生長調節(jié)因子并稱為組織工程的三大基本要素。組織工程學的核心是構建細胞與生物材料的三維空間復合體。為了使細胞增殖和分化，需要提供一個由生物材料所構成的細胞支架，支架材料相當于人工細胞外基質。細胞支架應具有良好的生物相容性和細胞親和性，具有一定的機械強度和生物降解吸收速度及特定的三維多孔結構和可塑性，只有這樣才能使細胞在支架中獲取營養(yǎng)、進行氣體交換和排出代謝廢物，滿足細胞正常的新陳代謝，構建出新的組織器官。組織工程學所需的理想支架材料需要滿足以下要求:1）良好的生物相容性使細胞可黏附和增殖，無明顯的細胞毒性、炎癥反應和免疫排斥，不會因鄰近組織的排異反應而影響新組織的功能；2）可降解性及合適的降解速率，當移植的細胞或組織在受體內存活時，支架材料可自行降解，降解吸收速率能與細胞、組織生長速率相匹配；3）合適的孔尺寸、高的孔隙率和相連通的孔形態(tài)，以利于大量細胞的種植、細胞和組織的生長、細胞外基質的形成、氧氣和營養(yǎng)的傳輸、代謝物的排泄以及血管和神經的內長入；4）高的表面積、合適的表面理化性質和良好的細胞界面關系，以利于細胞黏附、增殖、分化以及負載生長因子等生物信號分子；5）與植入部位組織的力學性能相匹配的結構強度，以在體內生物力學微環(huán)境中保持結構穩(wěn)定性和完整性，并為植入細胞提高合適的微應力環(huán)境6）便于加工成理想的二維或三維結構，可以獲得所需的組織或器官形狀，易于重復制作，而且移植到體內后能保持原有形狀。

組織工程支架材料主要包括：（1）天然可降解高分子材料。如膠原（collagen），其本身就是天然骨的組織成分。殼聚糖（chitosan），是甲殼素的衍生物。還有明膠、瓊脂、葡聚糖、透明質酸。降解產物易被機體吸收，但強度和加工性能較差，降解速度無法調節(jié)。（2）天然可降解無機材料。例如珊瑚是天然動物的骨骼，其中99％是磷酸鈣。再如，珊瑚羥基磷灰石（CHA）。它們都具有天然珊瑚的多孔結構，有較好的孔隙率。能和靶細胞很好的黏附，而不影響增殖、分化、成骨。但加工困難。（3）合成可降解高分子材料。常用的可降解合成高分子材料有聚乳酸[poly（lacticacid）,PLA],聚乙醇酸[poly(glycolicacid),PGA],聚己內酯(polycaprolactam,PCL)等。這類材料的降解產物可在體內代謝排除，對機體無害，可塑性較好。（4）合成可降解無機材料。常用的主要有磷酸鈣水泥(calciumphosphatecement,CPC)，羥基磷灰石(hydroxyapatite,HA),磷酸三鈣(tricalciumphosphate,TCP),生物活性陶瓷如生物活性玻璃陶瓷(biologicalactivityceramicglass,BCG),細胞外基質陶瓷類材料等。（5）復合材料。如:聚乳酸－羥基磷灰淫羊藿/PHBV復合支架（IDPPSs

）的制備PHBV即新型生物高分子3-羥基丁酸-co-3-羥基戊酸共聚物，分子式如下：

以PHBV為基體，以淀粉等各類無機物纖維素纖維為增強體或填充物，可以制得性能各異的生物可降解的復合材料，以滿足不同場合的使用要求。在骨折手術中，它可以充當骨骼間的承托物。隨著骨骼的愈合，它也會逐漸自行分解。

淫羊藿草（淫羊藿）是常用于治療骨質疏松癥的中國傳統(tǒng)醫(yī)學（中醫(yī)）物，長期以來淫羊藿就是臨床重要的強腎壯骨中藥之一，現代研究已證實淫羊藿生物活性物質具有促進成骨細胞增殖分化的作用

制備淫羊藿/PHBV復合支架

實驗材料：聚（3-羥基丁酸酯-共-3-羥基戊酸酯）（PHBV）從天安生物材料有限公司購買；淫羊藿苷（純度>98％），分離出中藥淫羊藿藥材，南京澤朗醫(yī)藥公司購買。

實驗步驟本實驗采用溶劑澆鑄和鹽浸技術相結合制備淫羊藿/PHBV多孔支架1.將淫羊藿溶解于DMSP(二甲基亞砜)中分別制0mg/ml,12.5mg/ml,17.5mg/ml,25mg/mland50mg/ml淫羊藿溶液

2.將2.5g篩分的氯化鈉（NaCl，200-300微米，達茂旗化學試劑，中國）與0.25gPHBV混合均勻

3.分別將10ul淫羊藿溶液（0mg/ml,12.5mg/ml,17.5mg/ml,25mg/mland50mg/ml）和PHBV/NaCl混合置于65°C1ml氯仿溶液中制得含有淫羊藿質量百分數為0%,0.05%,0.07%,0.1%and0.2%的溶液,然后將溶劑在室溫下逐漸蒸發(fā)超過24小時.

5.將固體標本在置于雙蒸水燒杯中沉浸三天，并輕輕攪拌

。在此期間，每6小時換一次雙蒸水，直到無氯離子。將制備的支架干燥24小時，然后將其存儲以供進一步使用。

6.MG-63和MC3T3-E1細胞株均購自上?？茖W研究所，中國科學院細胞資源中心生物科學,將其先進行原代培養(yǎng)，然后將其傳代培養(yǎng)接種到不同的支架材料上（如下圖）CellproliferationratesasmeasuredbyAlamarblueassayonporousPHBVscaffoldscontainingdifferentconcentrationsoficariin(wt/wt):0%and0.1%respectively.NCrepresentsthecellsdidnotcontactwithscaffolds,andCrepresentsthecellsdidcontactwithscaffolds.(Errorbarsrepresentmean±SD,n=6.Student'st-testwasusedtocomparethedatafromtheexperimentalandcontrolgroup.?:pb0.05,??:pb0.01,???:pb0.001).實驗結果表明：細胞在含有0.1%淫羊藿/PHBV復合支架上增值分化速率最快檢測與表征為了研究是否MG-63細胞增殖是由淫羊藿苷誘導生長因子的轉錄改變

基因或基因編碼細胞外基質蛋白引起的，所以對mRNA水平的一系列基因進行RT-PCR分析研究結果表明:在IDPPS培養(yǎng)的MG-63細胞，與PHBV膜和多孔PHBV支架培養(yǎng)的MG-63細胞相比BMP2，BMP6和BMP7mRNA三個骨生長因子基因表達水平升高的。雖然TGF-β1對骨形成的作用仍然是難以捉摸的，據報道說，由于IDPPS引起的低水平的TGF-β1是有利于成骨細胞的增殖。綜上所述，IDPPS通過刺激關鍵BMP基因和ECM基因，如BMP2，BMP6，BMP7，BGN，促進細胞增殖。此外，3-D結構的IDPPSs抑制TGF-β1和Col-I，這可以確保成骨細胞維持快速增長。

結論

mg63細胞和MC3T3-E1細胞在IDPPSs上培養(yǎng)時增殖較快，由