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细胞外基质材料在骨组织工程中的研究进展
由疾病、外部创伤等原因引起的大骨骼缺损的治疗需要通过骨移植手术,寻找安全易得的替代骨已经成为临床上的重要课题,近年来快速发展的组织工程骨为解决这一难题提供了一种新的途径.支架材料作为组织工程的核心要素,其表面性状、结构,机械性能和生物学性能均能调控细胞的各种生命活动和体内组织的修复再生.细胞外基质由于其天然性、低免疫排斥性和优异的生物相容性等特点,已被广泛用作再生医学的支架材料.通过回顾近些年来细胞外基质材料在骨组织工程中的应用,阐述多种细胞外基质材料的构建修饰方法及其体外、体内的生物学效应,并对其在骨再生领域的应用前景进行展望.
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磁性壳聚糖微球的生物相容性
背景：采用壳聚糖对磁性氧化铁纳米颗粒表面进行改性，一方面可改善磁性纳米氧化铁颗粒的团聚性，增加其稳定性，另一方面将来可用于肿瘤热疗及基因治疗。
目的：制备将来可用于肿瘤热疗及基因治疗的磁性壳聚糖微球，评价其生物相容性。
方法：采用改良的化学沉淀法制备磁性氧化铁纳米颗粒。采用超声乳化法将壳聚糖加入到磁性氧化铁纳米颗粒中制备磁性壳聚糖微球，进行以下实验：①MTT实验检测磁性壳聚糖微球浸提液的细胞毒性：分别以1640培养液、聚丙烯酰胺单体溶液、100%，75%，50%，25%的磁性壳聚糖微球浸提液培养L-929细胞。②溶血实验：在兔抗凝血中分别加入磁性壳聚糖微球浸提液、生理盐水及蒸馏水。③微核实验：在昆明小鼠腹腔分别注射含氧化铁磁流体5，3.75，2.5，1.25 g/kg的磁性壳聚糖微球混悬液、环磷酰胺及生理盐水。
结果与结论：磁性壳聚糖微球粒径200-300 nm，分散效果有所提高。不同浓度的磁性壳聚糖微球浸提液对L-929细胞毒性为1级，属对细胞无毒性范畴。磁性壳聚糖微球浸提液的溶血率为0.69%，小于5%，符合医用材料的溶血实验要求。磁性壳聚糖微球混悬液未导致细胞DNA断裂和非整倍体化，未导致微核产生的遗传毒理作用，材料无致畸或致突变作用，因此磁性壳聚糖微球具有良好的生物相容性。 -
小肠黏膜下层与滑膜间充质干细胞的组织相容性
背景：小肠黏膜下层有抗微生物活性、良好的生物相容性及生物力学性能，能在体内快速降解，与半月板纤维软骨细胞的胞外基质相近。
目的：观察小肠黏膜下层与滑膜间充质干细胞是否有良好的组织相容性。
方法：先后采用物理方法与化学方法处理猪小肠黏膜下层，并进行苏木精-伊红染色和扫描电镜观察。制备小肠黏膜下层浸提液，行以下实验：①热源实验：在新西兰大白兔耳缘静脉注射小肠黏膜下层浸提液。②皮肤致敏实验：在新西兰大白兔背部皮内分别注射小肠黏膜下层浸提液、多聚甲醛溶液及生理盐水。③全身毒性实验：在新西兰大白兔耳缘静脉分别注射小肠黏膜下层浸提液与生理盐水。将小肠黏膜下层与成骨诱导的兔滑膜间充质干细胞共培养，以小肠黏膜下层单独培养为对照。
结果与结论：经物理处理过的小肠黏膜下层表面仍然存在小肠黏膜上皮细胞、脂肪细胞和一些其他细胞黏附；经化学方法处理后其残留的细胞数量明显减少，但主要结构和成分未被改变。小肠黏膜下层黏膜面较肌层面光滑，无细胞残留，表面纤维组织交错形成疏松的三维网状立体结构，孔隙率为80%。小肠黏膜下层是一种无毒、无刺激、无免疫原性，生物相容性很好的生物材料，与兔滑膜间充质干细胞具有良好的组织相容性。 -
兔膀胱脱细胞基质负载大鼠毛囊干细胞的体外培养
背景：组织工程学的兴起为泌尿系组织或器官的修复和重建开辟了新的途径，膀胱脱细胞基质是较好的泌尿系组织工程修复的替代材料。
目的：构建毛囊干细胞与异种膀胱脱细胞基质为支架的细胞支架复合物，体外培养观察细胞在支架上的生长状态。
方法：制备新西兰兔膀胱脱细胞基质，通过扫描电镜和 Masson 染色检测材料脱细胞效果，采用二次沉淀法将第3代毛囊干细胞静态接种于膀胱脱细胞基质表面，倒置显微镜下观察细胞生长状态，并绘制细胞生长曲线，组织学检测和扫描电镜观察细胞在材料表面的生长状况。
结果与结论：制备的膀胱脱细胞基质为白色半透明膜状，扫描电镜下观察为纤维网状结构，未见细胞残留。Masson染色提示膀胱脱细胞基质为胶原结构，无明显细胞残留。细胞材料体外复合培养48 h后倒置显微镜下观察膀胱脱细胞基质周围毛囊干细胞生长状态良好，1周后扫描电镜下观察毛囊干细胞伸展、黏附于支架表面。结果可见毛囊干细胞与膀胱脱细胞基质体外培养具有良好的生物相容性。 -
胶原包埋羟基磷灰石涂层人工机械瓣膜对犬血管内皮细胞的毒性
背景：前期实验利用脉冲激光沉积方法制作了胶原包埋羟基磷灰石涂层人工机械瓣膜。
目的：进一步分析胶原包埋羟基磷灰石涂层人工机械瓣膜的组织相容性和毒性。
方法：将传代的犬血管内皮细胞悬液接种在胶原包埋羟基磷灰石涂层人工机械瓣膜材料上，1组置于含体积分数5%CO2、37℃恒温培养箱内静态培养3周，另1组置于含体积分数5%CO2、37℃恒温培养箱动态旋转培养3周，扫描电子显微镜下观察细胞在材料上的附着情况。采用MTT法测定血管内皮细胞与胶原包埋羟基磷灰石涂层人工机械瓣膜材料复合培养的增殖能力。
结果与结论：动态旋转培养中见人工机械瓣膜材料的表面有细胞附着，并且数目比静态培养多，细胞分布均匀，在培养第21天可见均匀细胞融合成片，将材料表面均匀覆盖；在静态培养中细胞成堆，分布不均匀。人工机械瓣膜材料对犬血管内皮细胞增殖无明显影响，细胞生长良好。表明胶原包埋羟基磷灰石涂层人工机械瓣膜材料对血管内皮细胞的增殖无明显影响，无明显毒性，具有良好的生物相容性。 -
生物型人工硬脑膜修补硬脑膜缺损
背景：修复硬脑膜的完整性对于脑膜瘤患者的手术预后非常重要。
目的：探讨生物型人工硬脑膜在大型凸面硬脑膜瘤修复中的应用价值。
方法：回顾性分析56例因肿瘤侵蚀导致硬膜缺损的大型凸面脑膜瘤病例，术中采用人工硬脑膜修复硬膜缺损的临床疗效、并发症及随访结果。
结果与结论：除2例并发局部积液，1例出现术侧少量硬膜下积液，1例出现迟发性硬膜外血肿外，其余病例均无脑脊液漏、颅内感染、癫痫、组织排异等不良反应发生。术后复查头颅CT及MR，证实植入人工硬膜的部位未见异常影像学改变。5例患者修复后3个月行颅骨修补，发现人工硬脑膜与正常硬脑膜融合良好，无粘连及炎症反应发生。说明生物型人工硬脑膜能够较好地重塑颅腔原有解剖层次，保护脑皮质，显著降低各种并发症的发生。 -
地塞米松复合聚己内酯胶原支架材料的构建及性能评价
背景:组织工程支架材料已被广泛用于各种组织和神经修复,但是都有其局限性,效果不理想.目的:构建一种能促进脊髓损伤修复的组织工程支架材料,以期用于脊髓损伤的再生和修复.方法:乳化-溶剂挥发法制各地塞米松微球,以包封率、载药量以及收率的综合评分为指标,通过正交试验考察投药量、聚乳酸-羟基乙酸共聚物用量和聚乙烯醇质量分数对地塞米松缓释微球处方工艺的影响,扫描电镜观察微球表征.采用静电纺丝技术,以胶原蛋白和聚己内酯为原料制备复合地塞米松微球的纤维纳米支架,小鼠骨髓间充质干细胞与支架共培养3d,扫描电镜观察细胞形态.复合材料植入大鼠脊髓缺损.结果与结论:地塞米松缓释微球佳制备工艺为投药量10 mg,乳酸-羟基乙酸共聚物用量80％,聚乙烯醇质量分数0.5％.微球外观圆整,表面光滑;微球的载药量、包封率和收率分别为(2.26±0.03)％,(83.62±0.21)％和(90.87±2.45)％.小鼠骨髓间充质干细胞在复合地塞米松微球的材料生长状况良好.动物实验结果显示,材料与宿主无免疫反应,且随着时间的延长材料逐步降解.说明复合地塞米松微球支架材料生物相容性良好,是一种良好的生物支架材料.
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异种脱细胞真皮基质移植修复深度烧伤创面
背景:采用异种脱细胞真皮基质移植修复深度烧伤创面后要经过一段长时间的康复期,在此期间容易发生色素沉着、瘢痕挛缩、容貌受损、功能障碍等并发症,因此对于术后功能康复的要求也比较高.目的:探讨采用异种脱细胞真皮基质移植修复深度烧伤创面后进行功能康复锻炼的作用.方法:将72例深Ⅱ度烧伤患者随机分为治疗组与对照组,每组36例,两组均给予异种脱细胞真皮基质移植治疗,从治疗后当天开始,治疗组接受积极的功能康复锻炼,对照组仅接受心理评估和数据收集.功能康复锻炼2个月后,对比两组真皮肿胀程度、疼痛、血清炎症因子水平及生活质量评估结果.结果与结论:两组真皮肿胀程度比较差异无显著性意义(P＞0.05);治疗组疼痛程度、肿瘤坏死因子α、白细胞介素6水平明显低于对照组(P＜0.05),生活质量评估各维度评分均高于对照组(P＜0.05),表明采用异种脱细胞真皮基质移植修复深度烧伤创面后进行功能康复锻炼,可缓解疼痛、抑制炎症反应、促进患者机体功能的恢复.
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含肝细胞生长因子水凝胶修复家兔股骨颈部缺损
背景：肝细胞生长因子可促进骨组织再生，在骨组织修复方面有着巨大的潜力，但是在体内较短的半衰期限制了其在临床的应用。
目的：观察含有肝细胞生长因子的半合成细胞外基质样水凝胶体内促进股骨颈骨缺损修复的作用。
方法：取12只兔制作双侧股骨颈骨缺损模型，采用自体配对对比，左侧为对照侧不对骨缺损做任何处置，右侧为实验侧植入含有肝细胞生长因子的半合成细胞外基质样水凝胶。
结果与结论：苏木精-伊红染色见2周时实验侧缺损修复区血管分布较对照侧均匀；4周时实验侧缺损区均匀填充新生骨小梁，而对照侧由外向内骨小梁形成减少；8周时实验侧缺损区皮质骨形成，并且骨髓腔再通，有骨髓细胞填充，对照侧仍有粗大骨痂填充缺损区，堵塞髓腔。钼靶X射线观测到8周时，实验侧难以区分正常骨质与新生骨质交界线，而对照侧缺损区与周围骨质分界明显。证实含有肝细胞生长因子的半合成细胞外基质样水凝胶可以促进家兔股骨颈部骨缺损的骨组织修复。 -
骨组织工程基质材料的现状及展望
通过阐述理想骨组织工程细胞外基质材料的要求,并总结生物类材料、生物陶瓷类材料、聚合物类材料和复合类材料在骨组织工程中用作细胞外基质材料的优缺点,认为理想的骨组织工程细胞外基质材料好由生物陶瓷类材料、人工合成聚合物类材料或天然聚合物类材料组成,并含有佳的生长因子缓释系统的多孔三维立体泡沫,这种复合型细胞外基质材料的研制是骨组织工程研究中十分重要而迫切的任务.
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可降解聚合物在骨组织工程中的应用进展
目的探讨理想的骨组织工程细胞外基质材料的选择和制备.方法广泛查阅了近期有关可降解聚合物用作成骨细胞培养支架的文献,总结了各种可降解聚合物在骨组织工程研究中作为细胞外基质材料的优缺点.结果理想的骨组织工程细胞外基质材料应由无机类材料、人工合成聚合物类材料和天然聚合物类材料组成,并含有佳的生长因子缓释系统的多孔三维立体泡沫.结论复合型细胞外基质材料的研制是骨组织工程研究中十分重要而迫切的任务.
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神经组织工程细胞外基质材料研究进展
组织工程学是一门以细胞生物学、分子生物学、生物材料学和临床医学等学科为基础的多学科交叉学科,目的是要运用工程学和生命科学的原理和方法,研究和开发、修复、维持或改善病损组织功能的生物替代物的一门学科.方法是体外分离、培养细胞,将一定量的细胞种植到具有一定结构的三维支架上,然后将此细胞-支架复合物植入体内或体外继续培养,通过细胞间的相互粘附,增殖和分化,分泌细胞外基质,从而形成具有一定结构和功能的组织或器官.生物相容性好,可被人体降解吸收的组织工程支架材料称为细胞外基质材料(ECM),其功能是为细胞提供生存空间,使细胞获足够的营养物质,进行气体交换,并使细胞按预制形态的三维支架生长.目前,学者应用组织工程方法已经生产出人工骨、软骨、皮肤、肌腱、血管、神经等,其中在神经方面的应用具有广泛的前景.本文从客观角度综述了神经组织工程中细胞外基质材料方面的研究进展.
