骨組織工程支架材料概述30課件

骨組織工程支架材料

骨組織工程支架材料組織工程支架材料是指能與組織活體細胞結合并能植入生物體的不同組織，并根據(jù)具體替代組織具備的功能的材料。為了使種子細胞增殖和分化，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(zhì)。組織工程支架材料包括：骨、軟骨、血管、神經(jīng)、皮膚和人工器官，如肝、脾、腎、膀胱等的組織支架材料。支架材料支架材料骨組織工程支架材料骨組織工程支架材料骨組織工程支架材料骨組織工程支架材料因創(chuàng)傷、腫瘤或骨病等原因造成的骨缺損、骨不連和骨髓炎患者越來越多需要骨移植材料的患者也越來越多。另外，由于外傷、腫瘤、炎癥、先天畸形等原因造成牙列缺損后，缺牙區(qū)牙槽骨常伴有過度吸收，致種植區(qū)骨量不足，臨床醫(yī)生須選擇合適的骨替代品重建牙槽骨缺損。骨組織工程學為骨缺損的治療提供了一種可供選擇的新方法，骨組織工程支架材料是構建組織工程骨的主要組成部分，在體內(nèi)，組織基質(zhì)作為細胞的三維支架為細胞提供該組織所特有的微結構和微環(huán)境，并儲備足量的水、營養(yǎng)物質(zhì)、細胞因子和生長因子，以維持細胞的生存，發(fā)揮其功能。1.應用背景因創(chuàng)傷、腫瘤或骨病等原因造成的骨缺損、骨不連和骨髓炎患者越來1）種子細胞2）信號因子3）支架材料骨組織工程——三要素1）種子細胞2）信號因子3）支架材料骨組織工程——三要素骨組織工程實施過程種子細胞支架材料新骨支架材料降解骨缺陷修復完成骨組織工程實施過程種子細胞支架材料新骨支架材料降解骨缺陷修復生物相容性和表面活性骨傳導性和骨誘導性合適的孔徑和孔隙率機械強度和可塑性2.性能要求生物相容性和表面活性骨傳導性和骨誘導性合適的孔徑和孔隙率機械2.性能要求1)生物相容性和表面活性有利于細胞的黏附，無毒，不致畸，不引起炎癥反應，為細胞的生長提供良好的微環(huán)境，能安全用于人體。2)骨傳導性和骨誘導性具有良好骨傳導性的材料可以更好地控制材料的降解速度，具有良好骨誘導性的支架材料植入人體后有誘導骨髓間充質(zhì)干細胞向成骨細胞分化并促進其增殖的潛能。3)可降解性在組織形成過程中逐漸分解，并且速度與組織細胞的生長速度相一致，降解時間應能調(diào)控?！就扑]】骨組織工程支架材料概述30【推薦】骨組織工程支架材料概述302.性能要求1)生物相容性和表面活性【推薦】骨組織工程支2.性能要求4）合適的孔徑和孔隙率理想的支架材料孔徑最好與正常骨單位的大小相近(人骨單位的平均大小約為223μm)，在維持一定的外形和機械強度的前提下，通常要求骨組織工程支架材料的孔隙率應盡可能高，同時孔間具備連通孔隙，這樣有利于細胞的黏附和生長，促進新骨向材料內(nèi)部的長入，利于營養(yǎng)成分的運輸和代謝產(chǎn)物的排出。5）機械強度和可塑性材料可以被加工成所需要的形狀，并且在植入體內(nèi)一定時間后仍可保持其形狀?！就扑]】骨組織工程支架材料概述30【推薦】骨組織工程支架材料概述302.性能要求4）合適的孔徑和孔隙率【推薦】骨組織工程支架1）人工合成材料2）天然衍生材料3）復合支架材料3.分類【推薦】骨組織工程支架材料概述30【推薦】骨組織工程支架材料概述301）人工合成材料2）天然衍生材料3）復合支架材料3.分類1）人工合成材料

無機材料：應用于骨組織工程的無機材料有生物陶瓷(氧化鋁陶瓷、羥基磷灰石、磷酸三鈣)，多孔金屬(不銹鋼、鈷基合金、記憶合金)，鈦及鈦合金，磷酸鈣水泥，其中以羥基磷灰石和磷酸三鈣的研究較多。有機材料：聚丁酸、聚偶磷氮、聚酸酐、聚乙二醇、聚尿烷、聚乳酸，聚羥基乙酸及其共聚物，其中以聚乳酸、聚羥基乙酸及聚乳酸-聚羥基乙酸共聚物的研究最為廣泛。納米材料：納米材料是從原子水平制備的支架材料，其最大的特點是具有高比表面積和孔隙率，有利于細胞接種、遷移和增殖。納米纖維材料仿生化的微環(huán)境能影響細胞與細胞、細胞與基質(zhì)之間的相互作用，調(diào)節(jié)細胞的生物學行為。納米材料安全性能的科學評價將是其應用于臨床所面臨的挑戰(zhàn)。【推薦】骨組織工程支架材料概述30【推薦】骨組織工程支架材料概述301）人工合成材料

無機材料：應用于骨組織工程的無機材料有生物2）天然衍生材料

天然骨:天然骨的來源有同種異體或異種動物骨。天然有機高分子材料：天然有機高分子材料包括膠原、纖維蛋白、幾丁質(zhì)、藻酸鹽、殼聚糖。天然無機材料：珊瑚材料的優(yōu)點是具有多孔性和高孔隙率及良好的生物降解性，另外有一定的機械強度和可塑性，來源豐富。但缺點是降解速度較慢，限制其在骨組織工程中的應用。珊瑚骨(海珊瑚及珊瑚羥基磷灰石)的主要成分是碳酸鈣，其優(yōu)點是骨傳導作用較好，在高孔隙率時仍保持機械強度高的特點，但缺點是力學性能較差、無骨誘導作用、不易加工。微波燒結墨魚骨：微波燒結墨魚骨是通過高溫熱處理獲得的多孔純骨礦材料，可突破異種骨移植的限制?！就扑]】骨組織工程支架材料概述30【推薦】骨組織工程支架材料概述302）天然衍生材料

天然骨:天然骨的來源有同種異體或異種動3)復合支架材料

羥基辛酸共聚體：由微生物合成的天然高分子聚酯材料多聚羥基烷酸能夠作為組織工程支架進行組織修復，多聚羥基烷酸的新產(chǎn)品羥基丁酸與羥基辛酸共聚體具有良好的細胞相容性和生物可降解性，有望成為一種新型的骨組織工程支架材料。納米羥基磷灰石：與膠原復合的骨組織工程支架材料羥基磷灰石和膠原由于具有良好的生物相容性和可降解性，成為支架材料研究應用中重要的天然材料，但各自有缺點而限制臨床進一步的應用，若利用特殊的實驗方法按照一定比例將兩種材料結合為復合材料，則有可能優(yōu)化該兩種材料的生物性能。殼聚糖-脫細胞真皮三維材料:該支架材料具有良好的細胞相容性，對細胞有很好的親和性，能促進細胞黏附、生長、增殖和分化。殼聚糖-脫細胞真皮支架材料在組織工程中是一種很好的生物相容性材料，滿足組織工程新型支架材料的基本要求。【推薦】骨組織工程支架材料概述30【推薦】骨組織工程支架材料概述303)復合支架材料

羥基辛酸共聚體：由微生物合成的天然高分子1）

氣泡狀多孔結構新型羥乙基殼聚糖/纖維素支架2）新型層狀雙氫氧化物-羥基磷灰石/明膠支架3）碳納米纖維/羥基磷灰石（HA）生物活性支架4.前沿研究【推薦】骨組織工程支架材料概述30【推薦】骨組織工程支架材料概述301）氣泡狀多孔結構新型羥乙基殼聚糖/纖維素支架2）新型層【推薦】骨組織工程支架材料概述30【推薦】骨組織工程支架材料概述30【推薦】骨組織工程支架材料概述30【推薦】骨組織工程支架材料新型羥乙基殼聚糖/纖維素支架天然多糖制成的水凝膠可以作為組織工程的理想支架，因為它們與細胞外基質(zhì)相似。通過化學交聯(lián)，使用二氧化硅顆粒作為致孔劑的顆粒浸出和冷凍干燥方法，由羥乙基殼聚糖（HECS）和纖維素（CEL）制備了具有氣泡狀多孔結構的新型水凝膠支架。通過SEM，機械試驗，接觸角測量和流變儀對HECS/CEL支架的形態(tài)，壓應力-應變曲線，潤濕性，溶脹度和流變行為進行了表征。HECS/CEL支架具有良好的綜合性能，20秒內(nèi)可達到水中平衡膨脹狀態(tài)。HECS/CEL支架可以很好地支持成骨細胞MC3T3-E1細胞的附著，擴散和增殖，并顯示出良好的生物相容性。因此，新型HECS/CEL支架對于骨組織工程應用是有希望的。【推薦】骨組織工程支架材料概述30【推薦】骨組織工程支架材料概述30新型羥乙基殼聚糖/纖維素支架天然多糖制成的水凝膠可以作為組織新型羥乙基殼聚糖/纖維素支架

從圖中可知化學反應主要涉及環(huán)氧基的胺/羥基引發(fā)的開環(huán)反應，導致形成單一的3D網(wǎng)絡結構。通過ECH交聯(lián)與二氧化硅浸出法組合制備的HECS/CEL支架在浸泡于水中時以水凝膠的形式存在?！就扑]】骨組織工程支架材料概述30【推薦】骨組織工程支架材料概述30新型羥乙基殼聚糖/纖維素支架從圖中可知化學反應從圖知通過微粒浸出和冷凍干燥方法，支架顯示出高度互相連接的雙孔結構。通過去除致孔劑SiO2顆粒來生產(chǎn)尺寸為100-250μm的氣泡狀大孔，而在冷凍干燥過程中形成的冰晶升華，尺寸為數(shù)十微米的微孔是升華的結果。這種高度互連的多孔結構將促進營養(yǎng)物質(zhì)，氧氣和代謝廢物通過支架交換，以促進細胞，血管和周圍組織的向內(nèi)生長。新型羥乙基殼聚糖/纖維素支架【推薦】骨組織工程支架材料概述30【推薦】骨組織工程支架材料概述30從圖知通過微粒浸出和冷凍干燥方法，支架顯示出高度互相連接的雙新型羥乙基殼聚糖/纖維素支架

如圖3A所示，這三種不同的支架表現(xiàn)出類似的應力-應變行為，并且應力隨著應變的增加幾乎線性增加。如圖3B所示，HECS/CEL支架的平均壓縮模量顯著高于1.5wt％CEL支架?！就扑]】骨組織工程支架材料概述30【推薦】骨組織工程支架材料概述30新型羥乙基殼聚糖/纖維素支架

如圖3A所示，這三種不同的支架圖4所示1.5重量％CEL和HECS/CEL支架的膨脹動力學和水接觸角（A）和視覺腫脹現(xiàn)象（B），表明加入水溶性HECS提高了CEL的親水性新型羥乙基殼聚糖/纖維素支架

【推薦】骨組織工程支架材料概述30【推薦】骨組織工程支架材料概述30圖4所示1.5重量％CEL和HECS/CEL支架的膨脹動圖6所示體外檢測活細胞的常用方法，綠色熒光點代表活細胞。如圖所示。6A，孵育1天后，在CEL和HECS/CEL支架上觀察到代表細胞簇的幾個綠色熒光點。當培養(yǎng)時間延長至4天時，觀察到更多的細胞簇，并出現(xiàn)一些細胞間結。結果表明HECS/CEL支架具有比CEL支架更好的體外生物相容性，為細胞附著和增殖提供了有希望的環(huán)境。新型羥乙基殼聚糖/纖維素支架

【推薦】骨組織工程支架材料概述30【推薦】骨組織工程支架材料概述30圖6所示體外檢測活細胞的常用方法，綠色熒光點代表活細胞。如圖【推薦】骨組織工程支架材料概述30【推薦】骨組織工程支架材料概述30【推薦】骨組織工程支架材料概述30【推薦】骨組織工程支架材料層狀雙氫氧化物-羥基磷灰石/明膠支架層狀雙氫氧化物-羥基磷灰石/明膠骨組織工程支架：制造，表征和體內(nèi)研究層狀雙氫氧化物-羥基磷灰石/明膠骨組織工程支架：制造，表征和體內(nèi)研究

通過開發(fā)多孔生物降解支架是骨組織工的主要方法之一。使用共沉淀和溶劑鑄造方法制備了含有層狀雙氫氧化物（LDH），羥基磷灰石石（HA）和明膠（GEL）的新型BTE復合材料。生理化學特征表明，支架的化學成分和微觀結構與天然海綿骨相似。觀察到互連大孔，而LDH/GEL和LDH的孔隙率和楊氏模量也很滿足性能要求的支架。一個月后，支架在去離子水中降解。SEM圖像顯示，在兩個支架之間，具有針狀二次HA晶體的LDH-HA/GEL顯示更好的生物活性。根據(jù)堿性磷酸酶活性和茜素紅染色結果，與LDH/凝膠支架以及對照樣品相比，LDH-HA/GEL支架顯示更好的骨特異性活性。提取兔子脂肪干細胞培養(yǎng)，然后在融合后接種在LDH-HA/GEL支架上。結果證實了LDH-HA/GEL支架誘導骨再生的良好性能?！就扑]】骨組織工程支架材料概述30【推薦】骨組織工程支架材料概述30層狀雙氫氧化物-羥基磷灰石/明膠支架層狀雙氫氧化物-羥基【推薦】骨組織工程支架材料概述30【推薦】骨組織工程支架材料概述30【推薦】骨組織工程支架材料概述30【推薦】骨組織工程支架材料碳納米纖維/羥基磷灰石（HA）生物活性支架

臨界尺寸骨缺損是矯形缺損，不會在沒有干預的情況下愈合，也不會在動物的自然生命周期內(nèi)完全愈合。盡管骨通常具有完全再生的能力，但臨界缺陷需要某種支架才能完成。因此提出了一種獲得碳納米纖維/羥基磷灰石（HA）生物活性支架的方法。通過使用聚丙烯腈“PAN”的聚合溶液的靜電紡絲工藝和隨后的穩(wěn)定化和碳化方法獲得碳納米纖維（CNF）非織造織物。CNF片由羥基磷灰石（HA）和牛血清白蛋白（BSA）兩者官能化。將HA加入靜電紡絲溶液中，但在（BSA）的情況下，在碳化處理后被吸附。使用表征方法（SEM，F(xiàn)T-IR，TGA和EDX）研究在前體片中發(fā)生的性質(zhì)的變化。通過皮下植入在新西蘭白兔中測試制備的材料的生物相容性。HA和BSA功能化的片材與3周內(nèi)只有HA的患者相比，具有更少的嗜中性粒細胞和淋巴細胞炎癥細胞的生物相容性。【推薦】骨組織工程支架材料概述30【推薦】骨組織工程支架材料概述30碳納米纖維/羥基磷灰石（HA）生物活性支架

臨界尺寸骨缺損是羥基磷灰石涂層骨替代材料與體內(nèi)成骨實驗醫(yī)學應用【推薦】骨組織工程支架材料概述30【推薦】骨組織工程支架材料概述30羥基磷灰石涂層骨替代材料與體內(nèi)成骨實驗醫(yī)學應用【推薦】骨組織2）靜電紡絲法制備的納米纖維支架醫(yī)學應用【推薦】骨組織工程支架材料概述30【推薦】骨組織工程支架材料概述302）靜電紡絲法制備的納米纖維支架醫(yī)學應用【推薦】骨組織工程支3D打印生物陶瓷支架可用于骨腫瘤治療醫(yī)學應用【推薦】骨組織工程支架材料概述30【推薦】骨組織工程支架材料概述303D打印生物陶瓷支架可用于骨腫瘤治療醫(yī)學應用【推薦】骨組織工討論目前應用于骨組織工程的支架材料種類繁多，國內(nèi)外學者作了許多有益的嘗試。理想的組織工程支架材料應具有生物相容性、生物可降解性、多孔性等特點，以利于細胞粘附、生長、增殖和分化，并形成功能性組織。骨組織工程的臨床應用前景是極為廣闊的有關產(chǎn)品也將具有可觀的市場需求。根據(jù)骨組織工程的應用戰(zhàn)略．尋找合適的信號分子以及種子細胞，并探索它們與支架材料的組裝模式，將是今后較長時間內(nèi)的極為活躍的研究內(nèi)容?！就扑]】骨組織工程支架材料概述30【推薦】骨組織工程支架材料概述30討論【推薦】骨組織工程支架材料概述30【推薦】骨組織工程支架Thankyou【推薦】骨組織工程支架材料概述30【推薦】骨組織工程支架材料概述30Thankyou【推薦】骨組織工程支架