骨組織工程支架材料概述PPT課件

1、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(xì)胞結(jié)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(xì)胞增殖和分化，需要提供一個(gè)由生物材料所構(gòu)成的細(xì)胞支架，支架材料相當(dāng)于人工細(xì)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(lái)越多需要骨移植材料的患者也越來(lái)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(guò)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

2、。骨組織工程學(xué)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(gòu)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(xì)胞的三維支架為細(xì)胞提供該組織所特有的微結(jié)構(gòu)和微環(huán)境，并儲(chǔ)備足量的水、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、細(xì)胞因子和生長(zhǎng)因子，以維持細(xì)胞的生存，發(fā)揮其功能。1.應(yīng)用背景1）種子細(xì)胞2）信號(hào)因子3）支架材料骨組織工程三要素骨組織工程實(shí)施過(guò)程種子細(xì)胞支架材料新骨支架材料降解骨缺陷修復(fù)完成生物相容性和表面活性骨傳導(dǎo)性和骨誘導(dǎo)性合適的孔徑和孔隙率機(jī)械強(qiáng)度和可塑性2. 性能要求2. 性能要求1) 生物相容性和表面活性有利于細(xì)胞的黏附，無(wú)毒，不致畸，不引起炎癥反應(yīng)，為細(xì)胞的生長(zhǎng)提供良好的微環(huán)境，能安全用于人

3、體。2) 骨傳導(dǎo)性和骨誘導(dǎo)性具有良好骨傳導(dǎo)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(dǎo)性的支架材料植入人體后有誘導(dǎo)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞向成骨細(xì)胞分化并促進(jìn)其增殖的潛能。3) 可降解性在組織形成過(guò)程中逐漸分解，并且速度與組織細(xì)胞的生長(zhǎng)速度相一致，降解時(shí)間應(yīng)能調(diào)控。 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223 m)，在維持一定的外形和機(jī)械強(qiáng)度的前提下，通常要求骨組織工程支架材料的孔隙率應(yīng)盡可能高，同時(shí)孔間具備連通孔隙，這樣有利于細(xì)胞的黏附和生長(zhǎng)，促進(jìn)新骨向材料內(nèi)部的長(zhǎng)入，利于營(yíng)養(yǎng)成分的運(yùn)輸和代謝產(chǎn)物的排出。5）機(jī)械強(qiáng)度和可塑性

4、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(shí)間后仍可保持其形狀。1）人工合成材料2）天然衍生材料3）復(fù)合支架材料 3. 分類(lèi)1）人工合成材料無(wú)機(jī)材料：應(yīng)用于骨組織工程的無(wú)機(jī)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(jī)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(diǎn)是具有高比表面積和孔隙率，有利于細(xì)胞接種、遷移和增殖。納米纖

5、維材料仿生化的微環(huán)境能影響細(xì)胞與細(xì)胞、細(xì)胞與基質(zhì)之間的相互作用，調(diào)節(jié)細(xì)胞的生物學(xué)行為。納米材料安全性能的科學(xué)評(píng)價(jià)將是其應(yīng)用于臨床所面臨的挑戰(zhàn)。2）天然衍生材料天然骨 : 天然骨的來(lái)源有同種異體或異種動(dòng)物骨。天然有機(jī)高分子材料：天然有機(jī)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(wú)機(jī)材料：珊瑚材料的優(yōu)點(diǎn)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(jī)械強(qiáng)度和可塑性，來(lái)源豐富。但缺點(diǎn)是降解速度較慢，限制其在骨組織工程中的應(yīng)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(diǎn)是骨傳導(dǎo)作用較好，在高孔隙率時(shí)仍保持機(jī)械強(qiáng)度高的特點(diǎn)，但缺點(diǎn)是力學(xué)性能較差、無(wú)骨誘導(dǎo)作用、不易

6、加工。微波燒結(jié)墨魚(yú)骨：微波燒結(jié)墨魚(yú)骨是通過(guò)高溫?zé)崽幚慝@得的多孔純骨礦材料，可突破異種骨移植的限制。3) 復(fù)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(jìn)行組織修復(fù)，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(xì)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(fù)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(yīng)用中重要的天然材料，但各自有缺點(diǎn)而限制臨床進(jìn)一步的應(yīng)用，若利用特殊的實(shí)驗(yàn)方法按照一定比例將兩種材料結(jié)合為復(fù)合材料，則有可能優(yōu)化該兩種材料的生物性能。殼聚糖-

7、脫細(xì)胞真皮三維材料 : 該支架材料具有良好的細(xì)胞相容性，對(duì)細(xì)胞有很好的親和性，能促進(jìn)細(xì)胞黏附、生長(zhǎng)、增殖和分化。殼聚糖-脫細(xì)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(mǎn)足組織工程新型支架材料的基本要求。1） 氣泡狀多孔結(jié)構(gòu)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. 前沿研究管理培訓(xùn)課件安全培訓(xùn)講義工作培訓(xùn)教材工作匯報(bào)課件PPT服務(wù)技術(shù)骨組織工程支架材料概述(PPT30頁(yè))管理培訓(xùn)課件安全培訓(xùn)講義工作培訓(xùn)教材工作匯報(bào)課件PPT服務(wù)技術(shù)骨組織工程支架材料概述(PPT30頁(yè))新型羥乙基殼聚糖/纖維素支架天然

8、多糖制成的水凝膠可以作為組織工程的理想支架，因?yàn)樗鼈兣c細(xì)胞外基質(zhì)相似。通過(guò)化學(xué)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(jié)構(gòu)的新型水凝膠支架。通過(guò)SEM，機(jī)械試驗(yàn)，接觸角測(cè)量和流變儀對(duì)HECS/CEL支架的形態(tài)，壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)，潤(rùn)濕性，溶脹度和流變行為進(jìn)行了表征。HECS / CEL支架具有良好的綜合性能，20秒內(nèi)可達(dá)到水中平衡膨脹狀態(tài)。HECS/ CEL支架可以很好地支持成骨細(xì)胞MC3T3-E1細(xì)胞的附著，擴(kuò)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(duì)于骨組織工程應(yīng)用是有希望的。管理培訓(xùn)

9、課件安全培訓(xùn)講義工作培訓(xùn)教材工作匯報(bào)課件PPT服務(wù)技術(shù)骨組織工程支架材料概述(PPT30頁(yè))管理培訓(xùn)課件安全培訓(xùn)講義工作培訓(xùn)教材工作匯報(bào)課件PPT服務(wù)技術(shù)骨組織工程支架材料概述(PPT30頁(yè))新型羥乙基殼聚糖/纖維素支架 從圖中可知化學(xué)反應(yīng)主要涉及環(huán)氧基的胺/羥基引發(fā)的開(kāi)環(huán)反應(yīng)，導(dǎo)致形成單一的3D網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。通過(guò)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(shí)以水凝膠的形式存在。管理培訓(xùn)課件安全培訓(xùn)講義工作培訓(xùn)教材工作匯報(bào)課件PPT服務(wù)技術(shù)骨組織工程支架材料概述(PPT30頁(yè))管理培訓(xùn)課件安全培訓(xùn)講義工作培訓(xùn)教材工作匯報(bào)課件PPT服務(wù)技術(shù)骨組織工程支架材料概述(PPT3

10、0頁(yè))從圖知通過(guò)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(jié)構(gòu)。通過(guò)去除致孔劑SiO 2顆粒來(lái)生產(chǎn)尺寸為100-250m的氣泡狀大孔，而在冷凍干燥過(guò)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(jié)果。這種高度互連的多孔結(jié)構(gòu)將促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，氧氣和代謝廢物通過(guò)支架交換，以促進(jìn)細(xì)胞，血管和周?chē)M織的向內(nèi)生長(zhǎng)。新型羥乙基殼聚糖/纖維素支架管理培訓(xùn)課件安全培訓(xùn)講義工作培訓(xùn)教材工作匯報(bào)課件PPT服務(wù)技術(shù)骨組織工程支架材料概述(PPT30頁(yè))管理培訓(xùn)課件安全培訓(xùn)講義工作培訓(xùn)教材工作匯報(bào)課件PPT服務(wù)技術(shù)骨組織工程支架材料概述(PPT30頁(yè))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

11、架表現(xiàn)出類(lèi)似的應(yīng)力 - 應(yīng)變行為，并且應(yīng)力隨著應(yīng)變的增加幾乎線(xiàn)性增加。如圖3B所示，HECS / CEL支架的平均壓縮模量顯著高于1.5wtCEL支架。管理培訓(xùn)課件安全培訓(xùn)講義工作培訓(xùn)教材工作匯報(bào)課件PPT服務(wù)技術(shù)骨組織工程支架材料概述(PPT30頁(yè))管理培訓(xùn)課件安全培訓(xùn)講義工作培訓(xùn)教材工作匯報(bào)課件PPT服務(wù)技術(shù)骨組織工程支架材料概述(PPT30頁(yè))圖4所示1.5重量CEL和HECS / CEL支架的膨脹動(dòng)力學(xué)和水接觸角（A）和視覺(jué)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/纖維素支架管理培訓(xùn)課件安全培訓(xùn)講義工作培訓(xùn)教材工作匯報(bào)課件PPT服務(wù)技術(shù)骨組織工程支架材

12、料概述(PPT30頁(yè))管理培訓(xùn)課件安全培訓(xùn)講義工作培訓(xùn)教材工作匯報(bào)課件PPT服務(wù)技術(shù)骨組織工程支架材料概述(PPT30頁(yè))圖6所示體外檢測(cè)活細(xì)胞的常用方法，綠色熒光點(diǎn)代表活細(xì)胞。如圖所示。 6A，孵育1天后，在CEL和HECS / CEL支架上觀(guān)察到代表細(xì)胞簇的幾個(gè)綠色熒光點(diǎn)。當(dāng)培養(yǎng)時(shí)間延長(zhǎng)至4天時(shí)，觀(guān)察到更多的細(xì)胞簇，并出現(xiàn)一些細(xì)胞間結(jié)。結(jié)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(xì)胞附著和增殖提供了有希望的環(huán)境。新型羥乙基殼聚糖/纖維素支架管理培訓(xùn)課件安全培訓(xùn)講義工作培訓(xùn)教材工作匯報(bào)課件PPT服務(wù)技術(shù)骨組織工程支架材料概述(PPT30頁(yè))管理培訓(xùn)課件安全培訓(xùn)講義

13、工作培訓(xùn)教材工作匯報(bào)課件PPT服務(wù)技術(shù)骨組織工程支架材料概述(PPT30頁(yè))管理培訓(xùn)課件安全培訓(xùn)講義工作培訓(xùn)教材工作匯報(bào)課件PPT服務(wù)技術(shù)骨組織工程支架材料概述(PPT30頁(yè))管理培訓(xùn)課件安全培訓(xùn)講義工作培訓(xùn)教材工作匯報(bào)課件PPT服務(wù)技術(shù)骨組織工程支架材料概述(PPT30頁(yè))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(guò)開(kāi)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（GE

14、L）的新型BTE復(fù)合材料。生理化學(xué)特征表明，支架的化學(xué)成分和微觀(guān)結(jié)構(gòu)與天然海綿骨相似。觀(guān)察到互連大孔，而LDH/GEL和LDH的孔隙率和楊氏模量也很滿(mǎn)足性能要求的支架。一個(gè)月后，支架在去離子水中降解。SEM圖像顯示，在兩個(gè)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(jié)果，與LDH /凝膠支架以及對(duì)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(xì)胞培養(yǎng)，然后在融合后接種在LDH-HA/GEL支架上。結(jié)果證實(shí)了LDH-HA/GEL支架誘導(dǎo)骨再生的良好性能。管理培訓(xùn)課件安全培訓(xùn)講義工作培訓(xùn)教材工作匯報(bào)課件PPT服務(wù)

15、技術(shù)骨組織工程支架材料概述(PPT30頁(yè))管理培訓(xùn)課件安全培訓(xùn)講義工作培訓(xùn)教材工作匯報(bào)課件PPT服務(wù)技術(shù)骨組織工程支架材料概述(PPT30頁(yè))管理培訓(xùn)課件安全培訓(xùn)講義工作培訓(xùn)教材工作匯報(bào)課件PPT服務(wù)技術(shù)骨組織工程支架材料概述(PPT30頁(yè))管理培訓(xùn)課件安全培訓(xùn)講義工作培訓(xùn)教材工作匯報(bào)課件PPT服務(wù)技術(shù)骨組織工程支架材料概述(PPT30頁(yè))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(huì)在沒(méi)有干預(yù)的情況下愈合，也不會(huì)在動(dòng)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

16、方法。通過(guò)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(guò)皮下植入在新西蘭白兔中測(cè)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(xì)胞和淋巴細(xì)胞炎癥細(xì)胞的生物相容性。管理培訓(xùn)課件安全培訓(xùn)講義工作培訓(xùn)教材工作匯報(bào)課件PPT服務(wù)技術(shù)骨組織工程支架材料概述(PPT30頁(yè))管理

17、培訓(xùn)課件安全培訓(xùn)講義工作培訓(xùn)教材工作匯報(bào)課件PPT服務(wù)技術(shù)骨組織工程支架材料概述(PPT30頁(yè))羥基磷灰石涂層骨替代材料與體內(nèi)成骨實(shí)驗(yàn)醫(yī)學(xué)應(yīng)用管理培訓(xùn)課件安全培訓(xùn)講義工作培訓(xùn)教材工作匯報(bào)課件PPT服務(wù)技術(shù)骨組織工程支架材料概述(PPT30頁(yè))管理培訓(xùn)課件安全培訓(xùn)講義工作培訓(xùn)教材工作匯報(bào)課件PPT服務(wù)技術(shù)骨組織工程支架材料概述(PPT30頁(yè))2）靜電紡絲法制備的納米纖維支架醫(yī)學(xué)應(yīng)用管理培訓(xùn)課件安全培訓(xùn)講義工作培訓(xùn)教材工作匯報(bào)課件PPT服務(wù)技術(shù)骨組織工程支架材料概述(PPT30頁(yè))管理培訓(xùn)課件安全培訓(xùn)講義工作培訓(xùn)教材工作匯報(bào)課件PPT服務(wù)技術(shù)骨組織工程支架材料概述(PPT30頁(yè))3D打印生物陶瓷支架可用于骨腫瘤治療醫(yī)學(xué)應(yīng)用管理培訓(xùn)課件安全培訓(xùn)講義工作培訓(xùn)教材工作匯報(bào)課件PPT服務(wù)技術(shù)骨組織工程支架材料概述(PPT30頁(yè))管理培訓(xùn)課件安全培訓(xùn)講義工作培訓(xùn)教材工作匯報(bào)課件PPT服務(wù)技術(shù)骨組織工程支架材料概述(PPT30頁(yè))討論目前應(yīng)用于骨組織工程的支架材料種類(lèi)繁多， 國(guó)內(nèi)外學(xué)者作了許多有益的嘗試。理想的組織工程支架材料應(yīng)具有生物相容性、生物可降解性、 多孔性等特點(diǎn)， 以利于細(xì)胞粘附、生長(zhǎng)、增殖和分化， 并形成功能性組織。骨組織工程的臨床應(yīng)用前景是極為廣闊的有關(guān)產(chǎn)品也將具有