骨科生物支架材料
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成 骨 细 胞
骨组织中的细胞
骨细胞:位于骨陷窝内。 形状：不规则，骨细胞的 突起位于骨小管内。相邻骨
陷窝的骨小管相通，相邻突 起间形成的缝隙连接。胞质 弱嗜碱性。 不再分泌类骨质。
骨组织中的细胞
破骨细胞 : 位于骨 组织表面的凹陷处。 由血液中的多个 单核细胞融合而成。 形态：体积最大， 细胞不规则，细胞质 嗜酸性，多核。 功能：溶解、吸 收骨组织，起破骨作 用。
骨组织的结构——一种基质
钙化的细胞间质：
又称骨基质
骨组织的结构
骨基质 : 又名骨质。是钙化的
细胞间质，是人体最大的Ca2+库。
有机部分 : 由胶原纤维和基质 构成，后者主要包括糖蛋白和蛋白
多糖。有一定的弹性和韧性。
无机部分：富含钙、磷的中性 盐，主要为羟基磷灰石结晶 。很
坚硬。
骨板的结构组成
骨板: 骨基质各种成分共同构成的板层状结构。同一骨板内胶原纤维 平行排列，相邻骨板间胶原纤维相互垂直。 骨板内有骨陷窝，从骨陷窝放射状发出的骨小管连接相邻的骨陷窝。
骨组织中的细胞
骨祖细胞：位于骨膜内层。
形态：细胞较小，呈梭形，
骨 祖 细 胞
细胞核椭圆形或扁圆形，胞
质少，弱嗜碱性。 功能：分化为成骨细胞。
骨组织中的细胞
成骨细胞: 来源于骨祖细胞 形态：矮柱状或不规则形。核 圆形。胞质嗜碱性。 功能： 分泌未钙化的骨质，称 类骨质，将自身包埋，变为骨细胞。 分泌多种细胞因子调节骨组织 的形成和钙化。对生长激素等敏感。
骨组织的作用
支持，保护机体；
集中了体内99%的钙，是维持血钙平衡的器官，适宜
的血液钙浓度才能保证心脏正常工作； 造血功能，骨髓中有大量骨髓干细胞，可诱导分化成 各种血细胞进入血液。
1.基本定义
1.2生物支架材料
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
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。
骨组织工程生物支架材料在医学中的应用
LOGO
——生物工程材料第三组
LOGO
章节名
基本定义
骨组织生物工程支架材料应用介绍
参考文献
1.基本定义
1.1骨（BONE） 由骨组织、骨膜、骨髓等构成的器 官。 可为适应机体受力的需要而进行更 新和改建。
骨组织的结构——四种细胞
骨祖细胞 成骨细胞 骨细胞 破骨细胞
织支架材料。
1.2生物支架材料分类
骨组织工程支架材料 神经组织工程支架材料 血管组织工程支架材料 皮肤组织工程支架材料
2.骨组织生物工程支架材料
来源分类
背景介绍
骨组织生物 工程支架材 料
作用
研究应用
2.1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。 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。
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。 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。
骨组织工程——三要素
1）种子细胞
2）信号因子
3）支架材料
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
2.2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
2.2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 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。
2.3分类
1）人工合成材料
2）天然衍生材料
3)复合支架材料
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。 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。
成 骨 细 胞
骨组织中的细胞
骨细胞:位于骨陷窝内。 形状：不规则，骨细胞的 突起位于骨小管内。相邻骨
陷窝的骨小管相通，相邻突 起间形成的缝隙连接。胞质 弱嗜碱性。 不再分泌类骨质。
骨组织中的细胞
破骨细胞 : 位于骨 组织表面的凹陷处。 由血液中的多个 单核细胞融合而成。 形态：体积最大， 细胞不规则，细胞质 嗜酸性，多核。 功能：溶解、吸 收骨组织，起破骨作 用。
骨组织的结构——一种基质
钙化的细胞间质：
又称骨基质
骨组织的结构
骨基质 : 又名骨质。是钙化的
细胞间质，是人体最大的Ca2+库。
有机部分 : 由胶原纤维和基质 构成，后者主要包括糖蛋白和蛋白
多糖。有一定的弹性和韧性。
无机部分：富含钙、磷的中性 盐，主要为羟基磷灰石结晶 。很
坚硬。
骨板的结构组成
骨板: 骨基质各种成分共同构成的板层状结构。同一骨板内胶原纤维 平行排列，相邻骨板间胶原纤维相互垂直。 骨板内有骨陷窝，从骨陷窝放射状发出的骨小管连接相邻的骨陷窝。
骨组织中的细胞
骨祖细胞：位于骨膜内层。
形态：细胞较小，呈梭形，
骨 祖 细 胞
细胞核椭圆形或扁圆形，胞
质少，弱嗜碱性。 功能：分化为成骨细胞。
骨组织中的细胞
成骨细胞: 来源于骨祖细胞 形态：矮柱状或不规则形。核 圆形。胞质嗜碱性。 功能： 分泌未钙化的骨质，称 类骨质，将自身包埋，变为骨细胞。 分泌多种细胞因子调节骨组织 的形成和钙化。对生长激素等敏感。
骨组织的作用
支持，保护机体；
集中了体内99%的钙，是维持血钙平衡的器官，适宜
的血液钙浓度才能保证心脏正常工作； 造血功能，骨髓中有大量骨髓干细胞，可诱导分化成 各种血细胞进入血液。
1.基本定义
1.2生物支架材料
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
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。
骨组织工程生物支架材料在医学中的应用
LOGO
——生物工程材料第三组
LOGO
章节名
基本定义
骨组织生物工程支架材料应用介绍
参考文献
1.基本定义
1.1骨（BONE） 由骨组织、骨膜、骨髓等构成的器 官。 可为适应机体受力的需要而进行更 新和改建。
骨组织的结构——四种细胞
骨祖细胞 成骨细胞 骨细胞 破骨细胞
织支架材料。
1.2生物支架材料分类
骨组织工程支架材料 神经组织工程支架材料 血管组织工程支架材料 皮肤组织工程支架材料
2.骨组织生物工程支架材料
来源分类
背景介绍
骨组织生物 工程支架材 料
作用
研究应用
2.1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。 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。
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。 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。
骨组织工程——三要素
1）种子细胞
2）信号因子
3）支架材料
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
2.2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
2.2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 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。
2.3分类
1）人工合成材料
2）天然衍生材料
3)复合支架材料
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。 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。