骨組織工程多孔支

骨組織工程多孔支架材料性質(zhì)及制備

班級(jí)：生物醫(yī)學(xué)工程姓名：徐正江√組織工程支架材料√列舉一種骨支架設(shè)計(jì)與制備技術(shù)√結(jié)論主要內(nèi)容scaffold

種子細(xì)胞、可降解的支架材料以及細(xì)胞生長調(diào)節(jié)因子并稱為組織工程的三大基本要素。組織工程學(xué)的核心是構(gòu)建細(xì)胞與生物材料的三維空間復(fù)合體。為了使細(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)。細(xì)胞支架應(yīng)具有良好的生物相容性和細(xì)胞親和性，具有一定的機(jī)械強(qiáng)度和生物降解吸收速度及特定的三維多孔結(jié)構(gòu)和可塑性，只有這樣才能使細(xì)胞在支架中獲取營養(yǎng)、進(jìn)行氣體交換和排出代謝廢物，滿足細(xì)胞正常的新陳代謝，構(gòu)建出新的組織器官。組織工程學(xué)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(xì)胞可黏附和增殖，無明顯的細(xì)胞毒性、炎癥反應(yīng)和免疫排斥，不會(huì)因鄰近組織的排異反應(yīng)而影響新組織的功能；2）可降解性及合適的降解速率，當(dāng)移植的細(xì)胞或組織在受體內(nèi)存活時(shí)，支架材料可自行降解，降解吸收速率能與細(xì)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(xì)胞的種植、細(xì)胞和組織的生長、細(xì)胞外基質(zhì)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(jīng)的內(nèi)長入；4）高的表面積、合適的表面理化性質(zhì)和良好的細(xì)胞界面關(guān)系，以利于細(xì)胞黏附、增殖、分化以及負(fù)載生長因子等生物信號(hào)分子；5）與植入部位組織的力學(xué)性能相匹配的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，以在體內(nèi)生物力學(xué)微環(huán)境中保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和完整性，并為植入細(xì)胞提高合適的微應(yīng)力環(huán)境6）便于加工成理想的二維或三維結(jié)構(gòu)，可以獲得所需的組織或器官形狀，易于重復(fù)制作，而且移植到體內(nèi)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(zhì)酸。降解產(chǎn)物易被機(jī)體吸收，但強(qiáng)度和加工性能較差，降解速度無法調(diào)節(jié)。（2）天然可降解無機(jī)材料。例如珊瑚是天然動(dòng)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(jié)構(gòu)，有較好的孔隙率。能和靶細(xì)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(nèi)酯(polycaprolactam,PCL)等。這類材料的降解產(chǎn)物可在體內(nèi)代謝排除，對(duì)機(jī)體無害，可塑性較好。（4）合成可降解無機(jī)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(xì)胞外基質(zhì)陶瓷類材料等。（5）復(fù)合材料。如:聚乳酸－羥基磷灰淫羊藿/PHBV復(fù)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(jī)物纖維素纖維為增強(qiáng)體或填充物，可以制得性能各異的生物可降解的復(fù)合材料，以滿足不同場(chǎng)合的使用要求。在骨折手術(shù)中，它可以充當(dāng)骨骼間的承托物。隨著骨骼的愈合，它也會(huì)逐漸自行分解。

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

制備淫羊藿/PHBV復(fù)合支架

實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)步驟本實(shí)驗(yàn)采用溶劑澆鑄和鹽浸技術(shù)相結(jié)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(dá)茂旗化學(xué)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(zhì)量百分?jǐn)?shù)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(shí).

5.將固體標(biāo)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(shí)換一次雙蒸水，直到無氯離子。將制備的支架干燥24小時(shí)，然后將其存儲(chǔ)以供進(jìn)一步使用。

6.MG-63和MC3T3-E1細(xì)胞株均購自上?？茖W(xué)研究所，中國科學(xué)院細(xì)胞資源中心生物科學(xué),將其先進(jìn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：細(xì)胞在含有0.1%淫羊藿/PHBV復(fù)合支架上增值分化速率最快檢測(cè)與表征為了研究是否MG-63細(xì)胞增殖是由淫羊藿苷誘導(dǎo)生長因子的轉(zhuǎn)錄改變

基因或基因編碼細(xì)胞外基質(zhì)蛋白引起的，所以對(duì)mRNA水平的一系列基因進(jìn)行RT-PCR分析研究結(jié)果表明:在IDPPS培養(yǎng)的MG-63細(xì)胞，與PHBV膜和多孔PHBV支架培養(yǎng)的MG-63細(xì)胞相比BMP2，BMP6和BMP7mRNA三個(gè)骨生長因子基因表達(dá)水平升高的。雖然TGF-β1對(duì)骨形成的作用仍然是難以捉摸的，據(jù)報(bào)道說，由于IDPPS引起的低水平的TGF-β1是有利于成骨細(xì)胞的增殖。綜上所述，IDPPS通過刺激關(guān)鍵BMP基因和ECM基因，如BMP2，BMP6，BMP7，BGN，促進(jìn)細(xì)胞增殖。此外，3-D結(jié)構(gòu)的IDPPSs抑制TGF-β1和Col-I，這可以確保成骨細(xì)胞維持快速增長。

結(jié)論

mg63細(xì)胞和MC3T3-E1細(xì)胞在IDPPSs上培養(yǎng)時(shí)增殖較快，由