(可直接使用)骨组织工程支架材料..pptx
合集下载
组织工程支架材料XX0516final
•（5）复合材料。常用的有聚乳酸－羟基磷灰石 组织工程支架材料XX0516final
•生物材料表面• 对细胞的影响：
•生物材料表面能：表面能较高（较亲水）的表面更 有利于细胞的黏附和铺展。
•生物材料表面的蛋白吸附能力：生理液体中含大量 白蛋白和少量ECMs蛋白质（纤连蛋白FN、玻连蛋白 VN和层连蛋白LN等）。
•采 用 溶 剂 流 延 / 盐 颗 粒 沥 滤 技 术 可 制 备 87 ％～91％孔隙率、孔径100～500μm的多孔 支架。采用乳液冷冻干燥法可得到孔隙率>90 ％、孔径20～200μm的支架。
组织工程支架材料XX0516final
•相分离法/冷冻干燥法 •Phase separation/freeze drying
•角质形成细胞在成纤维细胞培养3周的支架上培养1周后的HE（苏木素－伊红）染色照片
•J.组S.织Ma工o 程et a支l. 架J B材iom料eXd XM0a5te1r 6Rfeinsa6l4A (2003) 301–308
•2. 合成降解聚合物支架制备技术
•纤维粘结技术 Fabrication of non-woven •相分离 技术phase separation •溶剂流延－颗粒沥滤法 Solvent casting and particular leaching •（成孔剂析出法） •膜材层压法 Membrane lamination •熔融模塑法 Melt moulding •超临界流体技术 Supercritical-fluid technology •（高压处理法、气体发泡法）
•将水凝胶分别在 •－20°C和－80°C预 冻12h（或在液氮中 冷冻20min)
•冷冻干燥4天
•Preparation scheme of gelatin hydrogels by the freeze-drying procedure. •冷冻干燥法制备明胶海绵支架示意图组织•H工.-W程. K支an架g e材t a料l. BXiXom0a5t1e6riafilns a2l0 (1999) 1339-1344
•生物材料表面• 对细胞的影响：
•生物材料表面能：表面能较高（较亲水）的表面更 有利于细胞的黏附和铺展。
•生物材料表面的蛋白吸附能力：生理液体中含大量 白蛋白和少量ECMs蛋白质（纤连蛋白FN、玻连蛋白 VN和层连蛋白LN等）。
•采 用 溶 剂 流 延 / 盐 颗 粒 沥 滤 技 术 可 制 备 87 ％～91％孔隙率、孔径100～500μm的多孔 支架。采用乳液冷冻干燥法可得到孔隙率>90 ％、孔径20～200μm的支架。
组织工程支架材料XX0516final
•相分离法/冷冻干燥法 •Phase separation/freeze drying
•角质形成细胞在成纤维细胞培养3周的支架上培养1周后的HE（苏木素－伊红）染色照片
•J.组S.织Ma工o 程et a支l. 架J B材iom料eXd XM0a5te1r 6Rfeinsa6l4A (2003) 301–308
•2. 合成降解聚合物支架制备技术
•纤维粘结技术 Fabrication of non-woven •相分离 技术phase separation •溶剂流延－颗粒沥滤法 Solvent casting and particular leaching •（成孔剂析出法） •膜材层压法 Membrane lamination •熔融模塑法 Melt moulding •超临界流体技术 Supercritical-fluid technology •（高压处理法、气体发泡法）
•将水凝胶分别在 •－20°C和－80°C预 冻12h（或在液氮中 冷冻20min)
•冷冻干燥4天
•Preparation scheme of gelatin hydrogels by the freeze-drying procedure. •冷冻干燥法制备明胶海绵支架示意图组织•H工.-W程. K支an架g e材t a料l. BXiXom0a5t1e6riafilns a2l0 (1999) 1339-1344
骨科材料PPT课件
钛-铝-铌（TAN）合金
柔韧性极佳（不易断），同时具有良好的机械强度。
钛螺钉
钛质髓内钉
钛接骨板
钛-铝-铌（TAN）合金
耐腐蚀性高于不锈钢 合金表面的氧化层（惰性）提供进一步的耐腐蚀性
螺钉与板之间的摩擦腐蚀低于不锈钢
不同性质金属 在体内接触的 后果？
钛合金表面的颜色
并非染料
由氧化层呈现
氧化层厚度不同， 呈现的颜色各异 不会产生不良反映， 不会影响骨的生长
热处理
高硬度
克氏针、斯氏针
钛和钛合金
生物相容性是目前己知金属中最好的 无磁性，MRI相容 弹性模量和人体骨骼接近 无毒，允许骨细胞生长
钛合金材料
传统的钛-铝-钒合金（Ti-6Al-4V) 新型钛-铝-铌合金（Ti-6Al-7Nb)
铌取代钒，使钛合金生物相容性更佳； 材料的延展性和韧性更理想； 更不容易断裂。
其他可能遇到的材料
钴-铬-钼合金（Co-Cr-Mo) 聚乙烯材料
树脂浸泡的聚合材料（手柄）
其他可能遇到的材料
记忆合金：镍钛合金
生物陶瓷：三氧化二铝或氧化锆
材料的选择
具体的伤病
患者的情况
经济状况 未来的需要
耐腐蚀性 耐腐蚀性
良好的韧性 良好的韧性
合适的硬度 合适的硬度
316L不锈钢：
铁（62.5%)+铬(17.6%)+镍(14.5%) +钼(2.8%)+其他元素(微量)
无磁性
目前广泛使用的内固定材料 不同加工工艺生产的材料具有不同性能
316L不锈钢的不同用途
退火 低硬度
重建板、钢丝
冷作
中等硬度
钢板、螺钉、髓内钉
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
组织工程支架
实验用组织工程支架-明胶支架支架简介该支架由明胶 (gelatin) 组成。
明胶为胶原裂解后之片段，具有胶原的胺基酸序列，其序列中的RGD 序列，有助于细胞贴附与生长，且由于明胶不具有胶原之免疫端，故其不易造成免疫反应。
明胶具有良好的理化性能、生物兼容性与生物可降解性，是组织工程生物材料支架制备的理想成分。
支架结构支架孔径：范围在100~300 m (此范围较适合细胞生长；大小可依据需求调整)宏观直径：为 10 mm (直径与厚度可依据需求调整)支架形状：可根据需求塑成所需要的形状 (圆盘状、管状；其它不规则立体形状，需洽谈)特性：生物可分解性,细胞可生长,有弹性可搭配生物反应器使用使用：需先以70~75% 酒精浸润消毒，再以培养液或生理食盐水浸润后( 30 分钟以上), 方可使用组织兼容性（以兔膝关节软骨缺损修复为例）以明胶支架为基础构建的软骨修复材料可有效促进兔膝关节关节软骨缺损的修复。
细胞兼容性明胶支架可良好支持膝关节软骨细胞的粘附、三维生长和增殖0 Day 1 Month 3 Months多成分支架明胶是胶原水解后的产物，较胶原免疫原性更温和，且其含有氨基酸序列，可强化细胞粘附。
因此，根据不同组织工程应用需求，可将明胶与其它天然或合成的生物材料混合制作3D支架。
（1）明胶-壳聚糖支架壳聚糖是甲壳素脱乙酰后的产物，不具有免疫原性，具有良好的生物兼容性，抗菌，该材料在植入体内8-10周可完全降解。
N.Kathuria et al. Synthesis and characterization of elastic and macroporous chitosan–gelatin cryogels for tissue engineering. Acta Biomaterialia 2008.（2）明胶-透明质酸支架透明质酸是一种天然多糖，是ECM的主要组分。
由于其高保水性和内在的膨胀特性，可强化细胞粘附、促进细胞迁移到支架内部。
骨科生物支架材料
常见的骨科生物支架材料包括生物活性陶瓷、生物活性玻璃、生物降解高分子 材料等。这些材料具有良好的生物相容性和机械性能，能够满足骨缺损修复的 要求。
在骨关节炎治疗中的应用
在骨关节炎治疗中，骨科生物支架材料应具备与关节 软骨相似的机械性能和生物相容性，以减少术后并发 症和改善关节功能。此外，支架材料还应具有一定的 抗炎和促愈合作用，以缓解疼痛和促进关节软骨的再 生。
。
发展历程与趋势
发展历程
骨科生物支架材料经历了从金属材料 到高分子材料和生物陶瓷材料的发展 历程，不断提高材料的生物相容性和 功能。
发展趋势
未来骨科生物支架材料将朝着个性化 、功能化和智能化方向发展，以满足 更广泛的临床需求和提高治疗效果。
02
CATALOGUE
骨科生物支架材料的种类与特性
天然生物支架材料
天然生物支架材料是指来源于自然界的生物材料，如胶原、 明胶、壳聚糖等。这些材料具有良好的生物相容性和生物活 性，能够与人体组织良好结合，促进细胞生长和分化。
天然生物支架材料的缺点是力学性能较差，容易受到微生物 污染，且来源有限。
合成生物支架材料
合成生物支架材料是指通过化学合成方法制备的材料，如聚乳酸、聚己内酯、聚 氨酯等。这些材料具有优良的力学性能和加工性能，可塑性强，可根据需要制备 成各种形状和大小的支架。
可控降解速率
通过材料设计和化学修饰等 方法，实现支架材料的可控 降解，使其与人体骨骼的生 长速率相匹配。
降低生产成本
研究和开发低成本、高效的 制备技术，降低骨科生物支 架材料的生产成本，促进其 在临床上的广泛应用。
发展前景与展望
个性化医疗
随着个性化医疗的发展，骨科生物支架材料将更加注重个体差异 ，实现定制化设计和制备。
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。
骨组织工程支架材料 ppt课件
4
骨组织工程支架材料
骨组织工程 支架材料
5
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。
使用表征方法（SEM，FT-IR，TGA和EDX）研究在前体片
中发生的性质的变化。通过皮下植入在新西兰白兔中测试制
备的材料的生物相容性。 HA和BSA功能化的片材与3周内只
有HA的患者相比，具有更少的嗜中性粒细胞和淋巴细胞炎症
细胞的生物相容性。
27
医学应用
羟基磷灰石涂层骨替代材料与体内成骨实验
28
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。
15
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
骨组织工程支架材料
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。
10
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。
骨组织工程支架材料
骨组织工程 支架材料
5
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。
使用表征方法（SEM，FT-IR，TGA和EDX）研究在前体片
中发生的性质的变化。通过皮下植入在新西兰白兔中测试制
备的材料的生物相容性。 HA和BSA功能化的片材与3周内只
有HA的患者相比，具有更少的嗜中性粒细胞和淋巴细胞炎症
细胞的生物相容性。
27
医学应用
羟基磷灰石涂层骨替代材料与体内成骨实验
28
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。
15
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
骨组织工程支架材料
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。
10
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。
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
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。
组织工程支架材料XXXX0516final.pptx
生物材料表面的亲水－疏水平衡：疏水性表面对蛋 白质的吸附能力较强。
生物材料表面的拓扑（图案）结构：细胞根据材料 表面的拓扑形貌而取向生长。
生物材料表面的生物活性：生物材料表面具有整连 蛋白认同的配体是细胞识别并接受生物材料为“自 体”ECM的关键。
组织工程研究现状
组织工程研究的器官及其部分产品
支架设计与制备技术
-20℃,孔径 250±120μm
(a) An optical photograph of a hydrogel freeze-dried following freezing at -20℃ (b) and (b) a SEM micrograph of its horizontal cross-section.
（4）合成可降解无机材料。常用的主要有磷酸钙水 泥(calcium phosphate cement,CPC)，羟基磷灰 石(hydroxyapatite,HA),磷酸三钙( tricalcium phosphate, TCP),生物活性陶瓷如生物活性玻璃陶 瓷( biological activity ceramic glass,BCG),细胞 外基质陶瓷类材料等。
2）可降解性及合适的降解速率，当移植的细胞或组织在受体内 存活时，支架材料可自行降解，降解吸收速率能与细胞、组织 生长速率相匹配；
3）合适的孔尺寸、高的孔隙率和相连通的孔形态，以利于大量 细胞的种植、细胞和组织的生长、细胞外基质的形成、氧气和 营养的传输、代谢物的排泄以及血管和神经的长入；
4）高的表面积、合适的表面理化性质和良好的细胞界 面关系，以利于细胞黏附、增殖、分化以及负载生长 因子等生物信号分子；
5）与植入部位组织的力学性能相匹配的结构强度，以 在体内生物力学微环境中保持结构稳定性和完整性， 并为植入细胞提高合适的微应力环境；
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。
精品文档
13
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
精品文档
14
精品文档
15
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，
精品文档
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
性能要求
研究应用
精品文档
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。
精品文档
12
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
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。
精品文档
9
3. 分类
1）人工合成材料 2）天然衍生材料 3）复合支架材料
精品文档
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。
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。
精品文档种子细胞 2）信号因子 3）支架材料
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。
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。
精品文档
8
2. 性能要求
4）合适的孔径和孔隙率
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。
精品文档
16
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支架在浸泡精于品水文中档时以水凝胶的形式存在。 17
精品文档
11
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。
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
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。
精品文档
13
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
精品文档
14
精品文档
15
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，
精品文档
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
性能要求
研究应用
精品文档
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。
精品文档
12
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
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。
精品文档
9
3. 分类
1）人工合成材料 2）天然衍生材料 3）复合支架材料
精品文档
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。
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。
精品文档种子细胞 2）信号因子 3）支架材料
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。
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。
精品文档
8
2. 性能要求
4）合适的孔径和孔隙率
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。
精品文档
16
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支架在浸泡精于品水文中档时以水凝胶的形式存在。 17
精品文档
11
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。
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