骨组织工程支架材料PPT
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骨组织工程ppt
骨组织工程
前
言
• 骨缺损在临床上十分常见,治疗比较困难。 如何促进骨缺损的尽快愈合,一直是骨科领 域努力解决的问题。 • 传统的治疗方法一般采用有自体骨移植、 同种异体骨移植和人工骨材料替代,这些方 法均不同程度地存在着来源局限且有创,免 疫排斥及成骨能力不确定等缺点。
前
言
• 上世纪80年代组织工程学的诞生，为骨缺 损的临床治疗开辟了崭新的道路。组织工 程支架的建构为骨缺损的临床治疗提供了 可能。
组织工程支架的三维重建
• 运用组织工程学的方法 ，研究组织工程支架 的三维重建及其生物材料实现，用程序实现 支架重建与层层打印。若在建构的组织工程 支架上植入种子细胞和生长因子后，能够使 病变或损伤的骨组织恢复到天然状态，达到 骨缺损修复的极致，从而为临床治疗骨缺损 提供技术支持和保障 。
1、三维重构
• 台湾 Chang Gung University和Chang Gung Memorial Hospital合作在计算机的 辅助下成功的完成了一个八岁患儿的颅骨 修复手术，医生在手术前利用3D-CT在计算 机上重建了颅骨缺损部分的形状模型，再 通过快速成型技术用聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA)材料制造出移植的修补骨，与传统 的手术方法相比，大大减少了手术时间， 提高了手术效率，保障了手术的成功率。
国内外研究现状
• 清华大学与第四军医大学等单位合作，通过 快速成型工艺开发了与人骨组织孔隙结构和 材料结构高度类似的大断骨修复物，并在国 际上率先完成了兔桡骨20mm节段性缺损修复 试验，正在积极准备临床试验研究。 • 上海交通大学与上海市第九人民医院合作， 在国内首次将快速成型技术设计与制造的定 做式人工关节用于临床实践。
• Vozzi 等用微孔注射沉积法制备了PLGA三 维多孔支架．该方法是在计算机控制下， 通过三轴微孔沉积技术制备支架的，并能 用计算机来控制三维支架的，孔径等参 数． • Narbat 等采用溶剂浇铸法制成了羟基磷灰 石-明胶的多孔组织工程支架。 • Xiong等用低温沉积技术制备了聚乳酸／磷 酸三钙复合材料的三维多孔支架，通过该 法制得的支架孔隙率高达89．6％以上，并 且制得支架的机械强度高，可用于骨修复
前
言
• 骨缺损在临床上十分常见,治疗比较困难。 如何促进骨缺损的尽快愈合,一直是骨科领 域努力解决的问题。 • 传统的治疗方法一般采用有自体骨移植、 同种异体骨移植和人工骨材料替代,这些方 法均不同程度地存在着来源局限且有创,免 疫排斥及成骨能力不确定等缺点。
前
言
• 上世纪80年代组织工程学的诞生，为骨缺 损的临床治疗开辟了崭新的道路。组织工 程支架的建构为骨缺损的临床治疗提供了 可能。
组织工程支架的三维重建
• 运用组织工程学的方法 ，研究组织工程支架 的三维重建及其生物材料实现，用程序实现 支架重建与层层打印。若在建构的组织工程 支架上植入种子细胞和生长因子后，能够使 病变或损伤的骨组织恢复到天然状态，达到 骨缺损修复的极致，从而为临床治疗骨缺损 提供技术支持和保障 。
1、三维重构
• 台湾 Chang Gung University和Chang Gung Memorial Hospital合作在计算机的 辅助下成功的完成了一个八岁患儿的颅骨 修复手术，医生在手术前利用3D-CT在计算 机上重建了颅骨缺损部分的形状模型，再 通过快速成型技术用聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA)材料制造出移植的修补骨，与传统 的手术方法相比，大大减少了手术时间， 提高了手术效率，保障了手术的成功率。
国内外研究现状
• 清华大学与第四军医大学等单位合作，通过 快速成型工艺开发了与人骨组织孔隙结构和 材料结构高度类似的大断骨修复物，并在国 际上率先完成了兔桡骨20mm节段性缺损修复 试验，正在积极准备临床试验研究。 • 上海交通大学与上海市第九人民医院合作， 在国内首次将快速成型技术设计与制造的定 做式人工关节用于临床实践。
• Vozzi 等用微孔注射沉积法制备了PLGA三 维多孔支架．该方法是在计算机控制下， 通过三轴微孔沉积技术制备支架的，并能 用计算机来控制三维支架的，孔径等参 数． • Narbat 等采用溶剂浇铸法制成了羟基磷灰 石-明胶的多孔组织工程支架。 • Xiong等用低温沉积技术制备了聚乳酸／磷 酸三钙复合材料的三维多孔支架，通过该 法制得的支架孔隙率高达89．6％以上，并 且制得支架的机械强度高，可用于骨修复
生物医学高分子材料课件
化学法
利用化学反应将药物与高 分子材料结合，如接枝共 聚法、药物嵌入聚合物网 络法等。
生物法
利用生物分子和生物过程 将药物与高分子材料结合 ，如抗体偶联法、基因载 体法等。
高分子药物载体的性能评价
安全性评价
主要包括急性毒性试验、长期毒 性试验、致畸致癌性试验等，以 确保药物载体对人体的安全性。
有效性评价
生物医学高分子 材料课件
汇报人： 日期:
目录
• 生物医学高分子材料概述 • 生物相容性高分子材料 • 生物降解性高分子材料 • 高分子药物载体 • 高分子组织工程支架材料 • 研究展望与挑战
01
生物医学高分子材料概述
定义与分类
生物医学高分子材料
指用于诊断、治疗、修复或替换人体组织或器官的材料。
分类
根据应用部位和功能，可分为生物惰性、生物活性、生物降 解和生物相容性高分子材料。
生物医学高分子材料的特性
生物惰性
指在体内稳定，不发生化学反应，无毒无害 。
生物降解
在体内可被分解为小分子，无害化排出体外 。
生物活性
具有诱发机体免疫反应的能力。
生物相容性
与人体组织相容，无排异反应。
生物医学高分子材料的应用
生物活性评价
检测支架材料是否具有促进 细胞生长和分化的生物活性 。
安全性评价
对支架材料进行安全性评估 ，包括急性毒性、慢性毒性 、致敏性等。
06
研究展望与挑战
新材料设计及制备技术展望
发展新的聚合反应
01
研究新的聚合反应，如活性聚合、基团转移聚合等，以实现高
分子材料的精确控制合成。
纳米技术和3D打印
骨骼系统
用于制作人工关节、骨板、骨 钉等。
骨科生物支架材料
复合材料
将两种或多种材料组合， 制备出具有优异性能的 复合生物支架，如碳纤 维/聚合物复合支架、纳 米复合支架等。
骨科生物支架材料的临床试验进展
临床试验阶段
新型骨科生物支架材料经过实验室研 究和初步临床试验后，进入临床试验 阶段，评估其安全性和有效性。
临床应用前景
根据临床试验结果，评估新型骨科生 物支架材料的临床应用前景，为今后 的推广应用提供依据。
特性
具有优良的生物相容性、机械性 能和可塑性，能够与人体骨骼结 合，促进骨骼再生和修复。
骨科生物支架材料的重要性
修复受损骨骼
为受损骨骼提供必要的支撑和结 构，促进骨骼再生和修复，恢复
患者的运动功能。
提高手术成功率
优良的生物支架材料可以提高手术 成功率，减少并发症，提高患者的 生活质量。
促进医学研究
骨科生物支架材料的临床应用前景
1 2 3
骨质疏松治疗
利用具有良好生物相容性和机械性能的支架材料， 为骨质疏松患者提供有效的治疗手段。
骨缺损修复
针对各种原因导致的骨缺损，研发具有良好骨诱 导性和降解性能的支架材料，促进骨缺损的修复 和重建。
关节软骨修复
探索能够促进关节软骨再生和修复的新型支架材 料，为治疗关节软骨损伤提供新的解决方案。
损伤，缓解疼痛，改善关节功能。
骨肿瘤治疗
总结词
骨科生物支架材料在骨肿瘤治疗中具有 潜在的应用价值，为骨肿瘤的治疗提供 了新的方向。
VS
详细描述
骨科生物支架材料在骨肿瘤治疗中具有广 泛的应用前景。通过将抗肿瘤药物或基因 药物与支架材料相结合，可以实现药物的 局部控释和靶向传输，提高药物的疗效和 降低毒副作用。同时，生物支架材料还可 以为肿瘤切除后的骨骼缺损提供有效的修 复手段，促进骨骼再生。
将两种或多种材料组合， 制备出具有优异性能的 复合生物支架，如碳纤 维/聚合物复合支架、纳 米复合支架等。
骨科生物支架材料的临床试验进展
临床试验阶段
新型骨科生物支架材料经过实验室研 究和初步临床试验后，进入临床试验 阶段，评估其安全性和有效性。
临床应用前景
根据临床试验结果，评估新型骨科生 物支架材料的临床应用前景，为今后 的推广应用提供依据。
特性
具有优良的生物相容性、机械性 能和可塑性，能够与人体骨骼结 合，促进骨骼再生和修复。
骨科生物支架材料的重要性
修复受损骨骼
为受损骨骼提供必要的支撑和结 构，促进骨骼再生和修复，恢复
患者的运动功能。
提高手术成功率
优良的生物支架材料可以提高手术 成功率，减少并发症，提高患者的 生活质量。
促进医学研究
骨科生物支架材料的临床应用前景
1 2 3
骨质疏松治疗
利用具有良好生物相容性和机械性能的支架材料， 为骨质疏松患者提供有效的治疗手段。
骨缺损修复
针对各种原因导致的骨缺损，研发具有良好骨诱 导性和降解性能的支架材料，促进骨缺损的修复 和重建。
关节软骨修复
探索能够促进关节软骨再生和修复的新型支架材 料，为治疗关节软骨损伤提供新的解决方案。
损伤，缓解疼痛，改善关节功能。
骨肿瘤治疗
总结词
骨科生物支架材料在骨肿瘤治疗中具有 潜在的应用价值，为骨肿瘤的治疗提供 了新的方向。
VS
详细描述
骨科生物支架材料在骨肿瘤治疗中具有广 泛的应用前景。通过将抗肿瘤药物或基因 药物与支架材料相结合，可以实现药物的 局部控释和靶向传输，提高药物的疗效和 降低毒副作用。同时，生物支架材料还可 以为肿瘤切除后的骨骼缺损提供有效的修 复手段，促进骨骼再生。
骨科生物支架材料(优质档案)
优质资料
23
LOGO 2）天然衍生材料
天然骨:天然骨的来源有同种异体或异种动物骨。 天然有机高分子材料：天然有机高分子材料包括胶原、纤维蛋白、 几丁质、藻酸盐、壳聚糖。 天然无机材料：珊瑚材料的优点是具有多孔性和高孔隙率及良好的 生物降解性，另外有一定的机械强度和可塑性，来源丰富。但缺点是降 解速度较慢，限制其在骨组织工程中的应用。珊瑚骨(海珊瑚及珊瑚羟基 磷灰石)的主要成分是碳酸钙，其优点是骨传导作用较好，在高孔隙率时 仍保持机械强度高的特点，但缺点是力学性能较差、无骨诱导作用、不 易加工。 微波烧结墨鱼骨：微波烧结墨鱼骨是通过高温热处理获得的多孔纯 骨矿材料，可突破异种骨移植的限制。
优质资料
20
LOGO 2.2性能要求
4）合适的孔径和孔隙率
理想的支架材料孔径最好与正常骨单位的大小相近(人骨 单位的平均大小约为223 μm)，在维持一定的外形和机械强 度的前提下，通常要求骨组织工程支架材料的孔隙率应尽可 能高，同时孔间具备连通孔隙，这样有利于细胞的黏附和生 长，促进新骨向材料内部的长入，利于营养成分的运输和代 谢产物的排出。
有机材料：聚丁酸、聚偶磷氮、聚酸酐、聚乙二醇、聚尿烷、聚乳 酸，聚羟基乙酸及其共聚物，其中以聚乳酸、聚羟基乙酸及聚乳酸-聚羟 基乙酸共聚物的研究最为广泛。
纳米材料：纳米材料是从原子水平制备的支架材料，其最大的特点 是具有高比表面积和孔隙率，有利于细胞接种、迁移和增殖。纳米纤维 材料仿生化的微环境能影响细胞与细胞、细胞与基质之间的相互作用， 调节细胞的生物学行为。纳米材料安全性能的科学评价将是其应用于临 床所面临的挑战。
功能：溶解、吸 收骨组织，起破骨作 用。
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11
LOGO 骨组织的作用
支持，保护机体；
骨组织工程多孔支架材料性质及支架制备
骨组织工程多孔支架材料性质及支架制备吴景梅* 吴若峰*上海大学材料科学与工程学院高分子化学与物理系(201800)email:wujingmei@摘要：多孔性生物可降解支架的选择和制备是组织工程技术成功运用的关键，本文从骨架的材料要求、常用的骨架材料、骨架的制备技术等几个方面对组织工程和生物降解支架的工作进行了综述，并对该研究的前景进行了展望关键词：组织工程多孔支架生物降解性制备方法1. 引言组织工程是应用生命科学和工程学的原理和方法，在正确认识哺乳动物的正常和病理两种状态下组织结构与功能关系的基础上，研究、开发用于修复、维护、促进人体各种组织或器官损伤后的功能和形态的生物替代物的一门新兴学科[1—3]。
组织工程学的基本方法是首先分离培养相关的细胞，然后将一定量的细胞种植到具有一定空间结构的三维支架上，再将此细胞支架复合物植入体内或在体外培养，通过细胞之间的粘附、生长繁殖分泌细胞外基质，从而形成具有一定结构和功能的组织或器官[4—6]。
近年来，随着细胞生物学、分子生物学及生物材料学研究的突飞猛进，组织工程作为一门新兴的交叉学科在其研究和应用方面也取得了很大的进展。
目前组织工程研究的领域主要有皮肤组织工程，骨、软骨组织工程，神经、肌腱组织工程等，其中骨组织工程的研究是最活跃的领域之一。
骨组织工程的研究和应用将会克服现有骨缺损修复中自体骨移植来源少、异体骨移植存在排斥反应的问题和不足，预期它将为骨缺损修复带来美好的前景。
但是骨组织工程研究中还存在许多困难，其中理想的细胞外支架材料的选择和制备是骨组织工程研究中急需解决的困难。
2. 组织工程对支架材料的要求理想的骨组织工程支架材料的要求有[7—8]：(1)良好的生物相容性：除满足生物材料的一般要求，如无毒、不致畸之外，还要有利于种子细胞的粘附、增殖，降解产物对细胞无毒害作用，不引起炎症反应，有利于细胞的生长和分化。
（2）良好的生物降解性：支架材料在完成支撑功能后应能降解，降解速率应与骨组织细胞生长速率相适应。
(可直接使用)骨组织工程支架材料..pptx
具有良好的生物相容性和可降解性，成为支架材料研究应用中重要的天然材料，
但各自有缺点而限制临床进一步的应用，若利用特殊的实验方法按照一定比例将
两种材料结合为复合材料，则有可能优化该两种材料的生物性能。 壳聚糖-脱细胞真皮三维材料 : 该支架材料具有良好的细胞相容性，对细胞
有很好的亲和性，能促进细胞黏附、生长、增殖和分化。壳聚糖-脱细胞真皮支 架材料在组织工程中是一种很好的生物相容性材料，满足组织工程新型支架材料 的基本要求。
理想的支架材料孔径最好与正常骨单位的大小相近(人骨 单位的平均大小约为223 μm)，在维持一定的外形和机械强 度的前提下，通常要求骨组织工程支架材料的孔隙率应尽可 能高，同时孔间具备连通孔隙，这样有利于细胞的黏附和生 长，促进新骨向材料内部的长入，利于营养成分的运输和代 谢产物的排出。
5）机械强度和可塑性
精品文档
5
骨组织工程实施过程
种子细胞
支架材料
新骨
支架材料降解
骨缺陷修复完成
精品文档
6
2. 性能要求
生物相容性和表面活性 骨传导性和骨诱导性 合适的孔径和孔隙率 机械强度和可塑性
精品文档
7
2. 性能要求
1) 生物相容性和表面活性
有利于细胞的黏附，无毒，不致畸，不引起炎症反应， 为细胞的生长提供良好的微环境，能安全用于人体。
骨组织工程支架材料
精品文档
1
支架材料
组织工程支架材料是指能与组织活体细胞结合并 能植入生物体的不同组织，并根据具体替代组织具备 的功能的材料。
为了使种子细胞增殖和分化，需要提供一个由生 物材料所构成的细胞支架，支架材料相当于人工细胞 外基质。组织工程支架材料包括：骨、软骨、血管、 神经、皮肤和人工器官，如肝、脾、肾、膀胱等的组 织支架材料。
但各自有缺点而限制临床进一步的应用，若利用特殊的实验方法按照一定比例将
两种材料结合为复合材料，则有可能优化该两种材料的生物性能。 壳聚糖-脱细胞真皮三维材料 : 该支架材料具有良好的细胞相容性，对细胞
有很好的亲和性，能促进细胞黏附、生长、增殖和分化。壳聚糖-脱细胞真皮支 架材料在组织工程中是一种很好的生物相容性材料，满足组织工程新型支架材料 的基本要求。
理想的支架材料孔径最好与正常骨单位的大小相近(人骨 单位的平均大小约为223 μm)，在维持一定的外形和机械强 度的前提下，通常要求骨组织工程支架材料的孔隙率应尽可 能高，同时孔间具备连通孔隙，这样有利于细胞的黏附和生 长，促进新骨向材料内部的长入，利于营养成分的运输和代 谢产物的排出。
5）机械强度和可塑性
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5
骨组织工程实施过程
种子细胞
支架材料
新骨
支架材料降解
骨缺陷修复完成
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6
2. 性能要求
生物相容性和表面活性 骨传导性和骨诱导性 合适的孔径和孔隙率 机械强度和可塑性
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7
2. 性能要求
1) 生物相容性和表面活性
有利于细胞的黏附，无毒，不致畸，不引起炎症反应， 为细胞的生长提供良好的微环境，能安全用于人体。
骨组织工程支架材料
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1
支架材料
组织工程支架材料是指能与组织活体细胞结合并 能植入生物体的不同组织，并根据具体替代组织具备 的功能的材料。
为了使种子细胞增殖和分化，需要提供一个由生 物材料所构成的细胞支架，支架材料相当于人工细胞 外基质。组织工程支架材料包括：骨、软骨、血管、 神经、皮肤和人工器官，如肝、脾、肾、膀胱等的组 织支架材料。
骨组织工程支架材料的机械强度及其制备
口腔 颌 面 外 科 杂 志 ２ １ ０ ０年 ６月 第 ２ ０卷 第 ３期 Ｊ ｕｎｌ ｆ ａ ａｄＭａｉｏａｉ ｕｇｒ １ ０Ｎｏ３ ｕ ｅ２ １ ｏ ｒａｏ ｌ ｎ ｘｌ ｆ ａＳ ｒｅｙＶｏ． ．Ｊｎ ，００ Ｏｒ ｌ ｃｌ ２
・ ５・ ２１
骨 组 织 工程 支 架材 料 的机 械 强 度 及 其 制 备
溶 剂 ， 具有 活性 基 团 （ Ｈ ） 是 Ｎ 的凝 胶 ， 并且 具 有较 好 的机械 强 度 和稳 定 的化 学性 质 。 一种 很 有应 用 前 是 景 的生 物 多 聚物 。但 是 ， 由于 目前 尚未 找 到适 宜 的
撑、 保护 的功能 。胶 原具 有生 物相容 性好 ， 促进 伤 口 愈合 的特性 ， 因其 机械 强度差 ， 但 常需 与其 他材 料复 合 用作 骨 组 织 工 程 支架 材 料 。Ｔｅｎ ｙ等 ｌ 胶 原 ． ｉｒｅ ３ ｌ 对
仅 有 ３ ～ ０ ｋ ａ ， 氏模 量 为 （ ７４ ＋ ．５ ） ａ ０ ６ Ｐ Ｉ 杨 ４ ． ０５ ９ ＭＰ ， ６
胶原 蛋 白是 动物 结缔组 织重要 的蛋 白质 ，因为 其 含量较 高 ，所 以结缔 组织 具有 了一定 的结 构与 机 械 力 学性 质 ， 张 力 强度 、 力 、 如 拉 弹力 等 ， 达 到支 以
ｄ ｉ１． ６ ￣ｉ ｎ１０ —９ ９ ０００ ．１ ｏ ０３ ９ ．ｓ． ５４ ７ ． １．３ ７ ： ９ ｓ ０ ２ ０
Ｐｒ ｐａ ａｔｏ ｎｄ Ｍ ｅ ｈａ ｃ ｌＰｒ ｐｅ ｔｅ ｆ Ｓ ａ ｏ ｄｓ ｆ ｒ Ｂｏ ｅ Ｅｎｇ ｎ ｅ ｉ ｅ ｒ ｉ ｎｓ ａ ｃ ｎｉａ ｏ ｒ ｉｓ ｏ ｃ ｆ ｌ ｏ ｎ ｉ ｅ ｒｎｇ ＬＩ Ｙａ ｇ Ｕ ｎ ，ＹＥ ｏ ｃ ａ ｇ Ｍａ — ｈ ｎ
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骨 组 织 工程 支 架材 料 的机 械 强 度 及 其 制 备
溶 剂 ， 具有 活性 基 团 （ Ｈ ） 是 Ｎ 的凝 胶 ， 并且 具 有较 好 的机械 强 度 和稳 定 的化 学性 质 。 一种 很 有应 用 前 是 景 的生 物 多 聚物 。但 是 ， 由于 目前 尚未 找 到适 宜 的
撑、 保护 的功能 。胶 原具 有生 物相容 性好 ， 促进 伤 口 愈合 的特性 ， 因其 机械 强度差 ， 但 常需 与其 他材 料复 合 用作 骨 组 织 工 程 支架 材 料 。Ｔｅｎ ｙ等 ｌ 胶 原 ． ｉｒｅ ３ ｌ 对
仅 有 ３ ～ ０ ｋ ａ ， 氏模 量 为 （ ７４ ＋ ．５ ） ａ ０ ６ Ｐ Ｉ 杨 ４ ． ０５ ９ ＭＰ ， ６
胶原 蛋 白是 动物 结缔组 织重要 的蛋 白质 ，因为 其 含量较 高 ，所 以结缔 组织 具有 了一定 的结 构与 机 械 力 学性 质 ， 张 力 强度 、 力 、 如 拉 弹力 等 ， 达 到支 以
ｄ ｉ１． ６ ￣ｉ ｎ１０ —９ ９ ０００ ．１ ｏ ０３ ９ ．ｓ． ５４ ７ ． １．３ ７ ： ９ ｓ ０ ２ ０
Ｐｒ ｐａ ａｔｏ ｎｄ Ｍ ｅ ｈａ ｃ ｌＰｒ ｐｅ ｔｅ ｆ Ｓ ａ ｏ ｄｓ ｆ ｒ Ｂｏ ｅ Ｅｎｇ ｎ ｅ ｉ ｅ ｒ ｉ ｎｓ ａ ｃ ｎｉａ ｏ ｒ ｉｓ ｏ ｃ ｆ ｌ ｏ ｎ ｉ ｅ ｒｎｇ ＬＩ Ｙａ ｇ Ｕ ｎ ，ＹＥ ｏ ｃ ａ ｇ Ｍａ — ｈ ｎ
骨组织工程支架材料：脱矿骨基质
中国组织工程研究 第18卷 第3期 2014–01–15出版Chinese Journal of Tissue Engineering Research January 15, 2014 Vol.18, No.3P .O. Box 10002, Shenyang 110180 426www.CRTER .org陈海霞，女，1987年生，山东省德州市人，汉族，昆明医科大学在读硕士，主要从事口腔种植修复专业。
通讯作者：谢志刚，副教授，昆明医科大学附属口腔医院口腔种植修复科，云南省昆明市 650031doi:10.3969/j.issn.2095-4344. 2014.03.016 []中图分类号:R318 文献标识码:A 文章编号:2095-4344 (2014)03-00426-06 稿件接受：2013-10-05Chen Hai-xia, Studying for master’s degree, Department of Implantation and Prosthodontics, Affiliated Stomatological Hospital, Kunming Medical University, Kunming 650031, Yunnan Province, ChinaCorresponding author: Xie Zhi-gang, Associate professor, Department of Implantation and Prosthodontics, Affiliated Stomatological Hospital, Kunming Medical University, Kunming 650031, Yunnan Province, ChinaAccepted: 2013-10-05骨组织工程支架材料：脱矿骨基质陈海霞，谢志刚(昆明医科大学附属口腔医院，云南省昆明市 650031)文章亮点：1 此问题已知的信息：脱矿骨基质是一种经盐酸脱矿、消毒、冻干等处理的动物骨或人类骨，它是脱矿后的骨基质成分，保留了骨质本身的多孔网状结构。
组织工程支架材料
存在缺点 ： ( 1 ) 有机溶剂残留 ( 2 ) 高温拔丝损害分子稳定性 ， 且 喷涂技术难度大 、成本高 ( 3 ) 空隙分布不均匀 ( 4 ) 由于固有粘滞性限制 ，采用气体法和溶剂发泡等方法时开孔率低 （5）因聚合 物溶液流动或者使用粘合剂将导致部分NaCl颗粒被包裹
●低热高压法
●目的： 制作不含有机溶剂、三维结构良好的丙交酯 —乙交酯共聚物( P L GA) 支架，使之符合组织工程骨修复的需要。 ●需要克服的的问题： 有机溶剂残留、空隙分布不均匀、三维结构控制不稳定、支架 小并且开孔率计算不准确等。 ●原材料：
Figure 2. PLGA spinning with a microfluidic chip. (a) Fiber generation with the chip and (b) PLGA fiber scaffold for cell culture wound around a coverslip (18 × 18 mm) during spinning (at 60 rpm).
●传统开环聚合制备无规聚乙丙交酯：
单体:
乳酸
乙醇酸
聚合原理：
●三步法制备交替聚乙交酯丙交酯：
聚合原理：
第一步：O-氯乙酰-DL-乳酸的制备：
第二步：DL-3-甲基-乙交酯的制备：
第三步：Alt2PLGA的制备：
三步法的优缺点：
优点：该聚合物结构规整，组成固定，降解性
能较稳定。 缺点：工艺流程过长，生产成本高，不利于大 规模生产；辛酸亚锡催化剂对细胞有毒 害作用。
2 可加工性 3 孔隙的大小和孔隙率有可调控性
4 有足够的表面积用于细胞黏附
5 有足够的空间使细胞集落扩展 、增殖
支架材料-PLGA
钛合金在生物医学方面应用PPT课件
钛合金在生物传感器方面的应用
生物传感器
钛合金具有良好的导电性和稳定性，可以用于制作生物传感器。这 些传感器可以检测生物分子、离子和气体等。
生物分子检测
利用钛合金表面的特殊性质，可以设计出用于检测生物分子的传感 器，如蛋白质、核酸和糖类等。
在线监测
通过将钛合金传感器植入体内或与外部设备相连，可以实现实时在线 监测生物分子浓度的变化，为疾病的诊断和治疗提供依据。
06 未来展望与研究方向
提高钛合金的生物相容性和耐腐蚀性
生物相容性
通过表面改性、涂层技术等手段，提高钛合金与人体组织的相容性，减少排异反应和炎 症反应。
耐腐蚀性
研究新型钛合金材料，提高其耐腐蚀性能，降低因腐蚀引起的并发症和植入物的失效风 险。
探索新型钛合金材料和制备技术
材料创新
开发具有优异性能的新型钛合金材料，如高强度、高韧性、轻量化等特性，以满足不同医疗领域的需 求。
钛合金在人工关节置换中的应用
总结词
钛合金因其良好的生物相容性和机械 性能，在人工关节置换中广泛应用。
详细描述
钛合金被用于制造人工髋关节、膝关 节等，能够与人体骨组织形成稳定的 骨整合，降低植入物的松动和磨损， 提高关节的长期稳定性和使用寿命。
钛合金在骨折内固定中的应用
总结词
钛合金作为骨折内固定的材料， 具有良好的生物相容性和抗腐蚀 性。
总结词
钛合金因其良好的生物相容性和机械性能，成为牙科修复材料的理想选择。
详细描述
钛合金用于牙科修复材料，能够提供高强度、耐腐蚀和美观的修复效果。同时， 钛合金与人体骨骼和牙齿的结合能力强，能够减少并发症和修复失败的风险。此 外，钛合金修复材料易于加工和定制，能够满足患者个性化的修复需求。
组织工程与生物材料PPT幻灯片
细胞培养
皮肤细胞 结缔组织细胞
肌肉细胞
骨细胞
软骨细胞
微粒细胞
组织工程支架材料
组织工程支架作为组织工程的平台，不 仅提供了细胞生长的框架，使之形成特定 的组织或器官形状;而且作为细胞外基质成 分之一，是细胞间信号传导和相互作用的 媒介，同时也是细胞生长所必需的生物活 性剂。
类型； • 成本低。
概述
2. 细胞生长因子 在组织器官的再造中，各类组织诱导因子、生
长因子和血管形成刺激因子将有利于组织的形成。 例如，促进骨细胞的分化与再生的是一些蛋白
质生长因子，其中起主要作用的是骨形态发生蛋 白(BMP)。这种活性蛋白质可诱导血管周围游动间 充质细胞转转化为不可逆性骨系细胞．
概述
基本方法：将在体外
培养、扩增的功能相
关的活细胞种植于多
孔支架上,细胞在支架
上增殖、分化,构建生
物替代物,然后将之移
植到组织病损部位,种
植的细胞在生物支架
逐步降解吸收过程中，
继续增生繁殖，形成
了新的具有其原来特
殊功能和形态的相应
组织工程再生过程：①提取自体细胞，②繁殖细胞 ，③将细胞移植在合适的支架上并控制其生长因子 ，④细胞培育，⑤将支架移植的需要修复的组织内
• 高的表面积和合适的表面理化性质以利于细胞粘附、增 殖和分化,以及负载生长因子等生物信号分子
• 特定的三维外形（厚度和形状） • 合适的可生物降解吸收性 • 与植入部位组织力学性能相匹配的结构强度
组织工程支架材料
二、支架材料的原料
• （1）天然可降解高分子材料。如胶原（collagen），其 本身就是天然骨的组织成分。壳聚糖（chitosan），是 甲壳素的衍生物。还有明胶、琼脂、葡聚糖、透明质酸。 降解产物易被机体吸收，但强度和加工性能较差，降解 速度无法调节。
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3) 复合支架材料
羟基辛酸共聚体：由微生物合成的天然高分子聚酯材料多聚羟基烷酸能够作 为组织工程支架进行组织修复，多聚羟基烷酸的新产品羟基丁酸与羟基辛酸共聚 体具有良好的细胞相容性和生物可降解性，有望成为一种新型的骨组织工程支架 材料。
纳米羟基磷灰石：与胶原复合的骨组织工程支架材料羟基磷灰石和胶原由于 具有良好的生物相容性和可降解性，成为支架材料研究应用中重要的天然材料， 但各自有缺点而限制临床进一步的应用，若利用特殊的实验方法按照一定比例将 两种材料结合为复合材料，则有可能优化该两种材料的生物性能。
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3. 分类
1）人工合成材料 2）天然衍生材料 3）复合支架材料
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1）人工合成材料
无机材料：应用于骨组织工程的无机材料有生物陶瓷(氧化铝陶瓷、 羟基磷灰石、磷酸三钙)，多孔金属(不锈钢、钴基合金、记忆合金)，钛 及钛合金，磷酸钙水泥，其中以羟基磷灰石和磷酸三钙的研究较多。
有机材料：聚丁酸、聚偶磷氮、聚酸酐、聚乙二醇、聚尿烷、聚乳 酸，聚羟基乙酸及其共聚物，其中以聚乳酸、聚羟基乙酸及聚乳酸-聚羟 基乙酸共聚物的研究最为广泛。
骨组织工程支架材料
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1
支架材料
组织工程支架材料是指能与组织活体细胞结合并 能植入生物体的不同组织，并根据具体替代组织具备 的功能的材料。
为了使种子细胞增殖和分化，需要提供一个由生 物材料所构成的细胞支架，支架材料相当于人工细胞 外基质。组织工程支架材料包括：骨、软骨、血管、 神经、皮肤和人工器官，如肝、脾、肾、膀胱等的组 织支架材料。
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骨组织工程实施过程
种子细胞
支架材料
新骨
支架材料降解
骨缺陷修复完成
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2. 性能要求
生物相容性和表面活性 骨传导性和骨诱导性 合适的孔径和孔隙率 机械强度和可塑性
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2. 性能要求
1) 生物相容性和表面活性 有利于细胞的黏附，无毒，不致畸，不引起炎症反应，
为细胞的生长提供良好的微环境，能安全用于人体。 2) 骨传导性和骨诱导性
壳聚糖-脱细胞真皮三维材料 : 该支架材料具有良好的细胞相容性，对细胞 有很好的亲和性，能促进细胞黏附、生长、增殖和分化。壳聚糖-脱细胞真皮支 架材料在组织工程中是一种很好的生物相容性材料，满足组织工程新型支架材料 的基本要求。
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4. 前沿研究
1） 气泡状多孔结构新型羟乙基壳聚糖/纤维素支架 2） 新型层状双氢氧化物-羟基磷灰石/明胶支架 3）碳纳米纤维/羟基磷灰石（HA）生物活性支架
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新型羟乙基壳聚糖/纤维素支架
从 图 中 可 知 化学反应主要涉及环氧基的胺/羟基引发的开环反应，导 致形成单一的3D网络结构。通过ECH交联与二氧化硅浸出法组合制备的 HECS / CEL支架在浸泡于水中时以水凝胶的形式存在。 17
纳米材料：纳米材料是从原子水平制备的支架材料，其最大的特点 是具有高比表面积和孔隙率，有利于细胞接种、迁移和增殖。纳米纤维 材料仿生化的微环境能影响细胞与细胞、细胞与基质之间的相互作用， 调节细胞的生物学行为。纳米材料安全性能的科学评价将是其应用于临 床所面临的挑战。
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2）天然衍生材料
天然骨 : 天然骨的来源有同种异体或异种动物骨。 天然有机高分子材料：天然有机高分子材料包括胶原、纤维蛋白、 几丁质、藻酸盐、壳聚糖。 天然无机材料：珊瑚材料的优点是具有多孔性和高孔隙率及良好的 生物降解性，另外有一定的机械强度和可塑性，来源丰富。但缺点是降 解速度较慢，限制其在骨组织工程中的应用。珊瑚骨(海珊瑚及珊瑚羟基 磷灰石)的主要成分是碳酸钙，其优点是骨传导作用较好，在高孔隙率时 仍保持机械强度高的特点，但缺点是力学性能较差、无骨诱导作用、不 易加工。 微波烧结墨鱼骨：微波烧结墨鱼骨是通过高温热处理获得的多孔纯 骨矿材料，可突破异种骨移植的限制。
2
骨组织工程支架材料
来源分类
背景介绍
骨组织工程 支架材料
Байду номын сангаас
性能要求
研究应用
3
1.应用背景
因创伤、肿瘤或骨病等原因造成的骨缺损、骨不连和骨髓炎患者越 来越多需要骨移植材料的患者也越来越多。
另外，由于外伤、肿瘤、炎症、先天畸形等原因造成牙列缺损后， 缺牙区牙槽骨常伴有过度吸收，致种植区骨量不足，临床医生须选 择合适的骨替代品重建牙槽骨缺损。
具有良好骨传导性的材料可以更好地控制材料的降解速 度，具有良好骨诱导性的支架材料植入人体后有诱导骨髓间 充质干细胞向成骨细胞分化并促进其增殖的潜能。 3) 可降解性
在组织形成过程中逐渐分解，并且速度与组织细胞的生 长速度相一致，降解时间应能调控。
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2. 性能要求
4）合适的孔径和孔隙率 理想的支架材料孔径最好与正常骨单位的大小相近(人骨
单位的平均大小约为223 μm)，在维持一定的外形和机械强 度的前提下，通常要求骨组织工程支架材料的孔隙率应尽可 能高，同时孔间具备连通孔隙，这样有利于细胞的黏附和生 长，促进新骨向材料内部的长入，利于营养成分的运输和代 谢产物的排出。 5）机械强度和可塑性
材料可以被加工成所需要的形状，并且在植入体内一定 时间后仍可保持其形状。
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新型羟乙基壳聚糖/纤维素支架
天然多糖制成的水凝胶可以作为组织工程的理想 支架，因为它们与细胞外基质相似。通过化学交联， 使用二氧化硅颗粒作为致孔剂的颗粒浸出和冷冻干燥 方法，由羟乙基壳聚糖（HECS）和纤维素（CEL）制 备了具有气泡状多孔结构的新型水凝胶支架。通过 SEM，机械试验，接触角测量和流变仪对HECS/CEL支 架的形态，压应力-应变曲线，润湿性，溶胀度和流 变行为进行了表征。HECS / CEL支架具有良好的综合 性能，20秒内可达到水中平衡膨胀状态。HECS/ CEL 支架可以很好地支持成骨细胞MC3T3-E1细胞的附着， 扩散和增殖，并显示出良好的生物相容性。因此，新 型HECS/CEL支架对于骨组织工程应用是有希望的。
骨组织工程学为骨缺损的治疗提供了一种可供选择的新方法，骨组 织工程支架材料是构建组织工程骨的主要组成部分，在体内，组织 基质作为细胞的三维支架为细胞提供该组织所特有的微结构和微环 境，并储备足量的水、营养物质、细胞因子和生长因子，以维持细 胞的生存，发挥其功能。
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骨组织工程——三要素
1）种子细胞 2）信号因子 3）支架材料
3) 复合支架材料
羟基辛酸共聚体：由微生物合成的天然高分子聚酯材料多聚羟基烷酸能够作 为组织工程支架进行组织修复，多聚羟基烷酸的新产品羟基丁酸与羟基辛酸共聚 体具有良好的细胞相容性和生物可降解性，有望成为一种新型的骨组织工程支架 材料。
纳米羟基磷灰石：与胶原复合的骨组织工程支架材料羟基磷灰石和胶原由于 具有良好的生物相容性和可降解性，成为支架材料研究应用中重要的天然材料， 但各自有缺点而限制临床进一步的应用，若利用特殊的实验方法按照一定比例将 两种材料结合为复合材料，则有可能优化该两种材料的生物性能。
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3. 分类
1）人工合成材料 2）天然衍生材料 3）复合支架材料
10
1）人工合成材料
无机材料：应用于骨组织工程的无机材料有生物陶瓷(氧化铝陶瓷、 羟基磷灰石、磷酸三钙)，多孔金属(不锈钢、钴基合金、记忆合金)，钛 及钛合金，磷酸钙水泥，其中以羟基磷灰石和磷酸三钙的研究较多。
有机材料：聚丁酸、聚偶磷氮、聚酸酐、聚乙二醇、聚尿烷、聚乳 酸，聚羟基乙酸及其共聚物，其中以聚乳酸、聚羟基乙酸及聚乳酸-聚羟 基乙酸共聚物的研究最为广泛。
骨组织工程支架材料
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支架材料
组织工程支架材料是指能与组织活体细胞结合并 能植入生物体的不同组织，并根据具体替代组织具备 的功能的材料。
为了使种子细胞增殖和分化，需要提供一个由生 物材料所构成的细胞支架，支架材料相当于人工细胞 外基质。组织工程支架材料包括：骨、软骨、血管、 神经、皮肤和人工器官，如肝、脾、肾、膀胱等的组 织支架材料。
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骨组织工程实施过程
种子细胞
支架材料
新骨
支架材料降解
骨缺陷修复完成
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2. 性能要求
生物相容性和表面活性 骨传导性和骨诱导性 合适的孔径和孔隙率 机械强度和可塑性
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2. 性能要求
1) 生物相容性和表面活性 有利于细胞的黏附，无毒，不致畸，不引起炎症反应，
为细胞的生长提供良好的微环境，能安全用于人体。 2) 骨传导性和骨诱导性
壳聚糖-脱细胞真皮三维材料 : 该支架材料具有良好的细胞相容性，对细胞 有很好的亲和性，能促进细胞黏附、生长、增殖和分化。壳聚糖-脱细胞真皮支 架材料在组织工程中是一种很好的生物相容性材料，满足组织工程新型支架材料 的基本要求。
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4. 前沿研究
1） 气泡状多孔结构新型羟乙基壳聚糖/纤维素支架 2） 新型层状双氢氧化物-羟基磷灰石/明胶支架 3）碳纳米纤维/羟基磷灰石（HA）生物活性支架
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新型羟乙基壳聚糖/纤维素支架
从 图 中 可 知 化学反应主要涉及环氧基的胺/羟基引发的开环反应，导 致形成单一的3D网络结构。通过ECH交联与二氧化硅浸出法组合制备的 HECS / CEL支架在浸泡于水中时以水凝胶的形式存在。 17
纳米材料：纳米材料是从原子水平制备的支架材料，其最大的特点 是具有高比表面积和孔隙率，有利于细胞接种、迁移和增殖。纳米纤维 材料仿生化的微环境能影响细胞与细胞、细胞与基质之间的相互作用， 调节细胞的生物学行为。纳米材料安全性能的科学评价将是其应用于临 床所面临的挑战。
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2）天然衍生材料
天然骨 : 天然骨的来源有同种异体或异种动物骨。 天然有机高分子材料：天然有机高分子材料包括胶原、纤维蛋白、 几丁质、藻酸盐、壳聚糖。 天然无机材料：珊瑚材料的优点是具有多孔性和高孔隙率及良好的 生物降解性，另外有一定的机械强度和可塑性，来源丰富。但缺点是降 解速度较慢，限制其在骨组织工程中的应用。珊瑚骨(海珊瑚及珊瑚羟基 磷灰石)的主要成分是碳酸钙，其优点是骨传导作用较好，在高孔隙率时 仍保持机械强度高的特点，但缺点是力学性能较差、无骨诱导作用、不 易加工。 微波烧结墨鱼骨：微波烧结墨鱼骨是通过高温热处理获得的多孔纯 骨矿材料，可突破异种骨移植的限制。
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骨组织工程支架材料
来源分类
背景介绍
骨组织工程 支架材料
Байду номын сангаас
性能要求
研究应用
3
1.应用背景
因创伤、肿瘤或骨病等原因造成的骨缺损、骨不连和骨髓炎患者越 来越多需要骨移植材料的患者也越来越多。
另外，由于外伤、肿瘤、炎症、先天畸形等原因造成牙列缺损后， 缺牙区牙槽骨常伴有过度吸收，致种植区骨量不足，临床医生须选 择合适的骨替代品重建牙槽骨缺损。
具有良好骨传导性的材料可以更好地控制材料的降解速 度，具有良好骨诱导性的支架材料植入人体后有诱导骨髓间 充质干细胞向成骨细胞分化并促进其增殖的潜能。 3) 可降解性
在组织形成过程中逐渐分解，并且速度与组织细胞的生 长速度相一致，降解时间应能调控。
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2. 性能要求
4）合适的孔径和孔隙率 理想的支架材料孔径最好与正常骨单位的大小相近(人骨
单位的平均大小约为223 μm)，在维持一定的外形和机械强 度的前提下，通常要求骨组织工程支架材料的孔隙率应尽可 能高，同时孔间具备连通孔隙，这样有利于细胞的黏附和生 长，促进新骨向材料内部的长入，利于营养成分的运输和代 谢产物的排出。 5）机械强度和可塑性
材料可以被加工成所需要的形状，并且在植入体内一定 时间后仍可保持其形状。
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新型羟乙基壳聚糖/纤维素支架
天然多糖制成的水凝胶可以作为组织工程的理想 支架，因为它们与细胞外基质相似。通过化学交联， 使用二氧化硅颗粒作为致孔剂的颗粒浸出和冷冻干燥 方法，由羟乙基壳聚糖（HECS）和纤维素（CEL）制 备了具有气泡状多孔结构的新型水凝胶支架。通过 SEM，机械试验，接触角测量和流变仪对HECS/CEL支 架的形态，压应力-应变曲线，润湿性，溶胀度和流 变行为进行了表征。HECS / CEL支架具有良好的综合 性能，20秒内可达到水中平衡膨胀状态。HECS/ CEL 支架可以很好地支持成骨细胞MC3T3-E1细胞的附着， 扩散和增殖，并显示出良好的生物相容性。因此，新 型HECS/CEL支架对于骨组织工程应用是有希望的。
骨组织工程学为骨缺损的治疗提供了一种可供选择的新方法，骨组 织工程支架材料是构建组织工程骨的主要组成部分，在体内，组织 基质作为细胞的三维支架为细胞提供该组织所特有的微结构和微环 境，并储备足量的水、营养物质、细胞因子和生长因子，以维持细 胞的生存，发挥其功能。
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骨组织工程——三要素
1）种子细胞 2）信号因子 3）支架材料