生物材料学-组织工程支架材料资料

降解的基本概念与类型 降解机制与过程
降解与吸收的研究方法
生物降解材料的安全评价
4.1 降解的基本概念与类型

基本概念： 降解：分子量变小的化学过程 生物降解：
在生物体内的体验、酶和细胞等多种因 素的综合作用下，分子量变小的过程。
4.1 降解的基本概念与类型

按降解机制分：
生物降解/物理降解/化学降解/机械降解

按降解方式和程度分：
天然材料 完全降解材料
合成材料
非完全降解材料
4.3 降解与吸收的研究方法


评价方法
体外评价：外形、外观、力学性能、 失重和失效等物理变化的程度 植入动物体内特定部位评价




降解机制的研究
物理因素的影响 化学因素的影响 生物因素的影响
4.3 降解与吸收的研究方法

1.4 组织工程四要素


生长因子
概念： 对细胞生长、分化有一定的调节功能，能 在细胞间传递信息的多肽物质。 应用方式： 生长因子+支架材料→复合体 支架材料上培养能分泌生长因子的细胞

1.4 组织工程四要素


组织构建
路线一： 功能细胞+支架材料→体外培养→成熟生 物组织→植入体内 路线二： 功能细胞+支架材料→体外短期培养→植 入体内，逐渐发育成形
1.2 基本概念

组织工程学：
细胞生物学+工程学→生物活体组织→修复或 重建组织器官的结构与功能
பைடு நூலகம்

组织工程的基本方法：
体外培养高浓度组织细胞→扩增→人工细胞 基质(三维的支架材料)→生长，分化→生物 活体组织
1.3 深远意义

新兴学科，带来一场医学革命： 多学科交叉，促进众多学科的交叉、渗透 和发展：

血液接触性材料和制品
体内外血液相容性实验

降解和吸收过程
5 天然组织支架材料

天然蛋白质类材料 天然多糖类材料
天然无机物


5.1 天然蛋白质类材料

胶原： 组成：
一级结构：每链1050个氨基酸，富含脯氨酸 和羟脯氨酸 二级结构：α-螺旋结构 高级结构：三条肽链螺旋缠绕成1个胶原分子
5.1 天然蛋白质类材料
3 工程支架材料的基本要求

良好的生物相容性 良好的生物机械性能 合适的生物降解性


良好的可塑性
可行的灭菌、消毒方法
3.1 良好的生物相容性

材料组成无毒，化学结构稳定 降解产物安全 良好的血液相容性
3.2 良好的生物机械性能


为体外接种细胞提供扩增和 增殖场所 阻碍周围组织的生长 机械性能要与周围组织匹配

化学改性：
放射性碘化法/甲基化/接枝/固定酶
5.2 天然多糖类材料


甲壳素及其衍生物
概述
① 源自：虾、蟹、昆虫、真菌和藻类 ② 简史：

1811年被发现 1887年确立了基本结构 1977年召开第一届国际会议
5.2 天然多糖类材料


甲壳素及其衍生物
结构
CH2OH O OH O OH O CH2OH O
支撑学科：生物材料/细胞生物学/分子生物学 /生物力学 其他学科：信息/工程/机械/电子/物理/化学



潜力巨大的高新产业：
1.4 组织工程四要素

种子细胞
胚胎干细胞：最理想 干细胞 成体干细胞：便于将来临床应用 组织细胞：可直接移植
1.4 组织工程四要素


支架材料
概念： 能与组织活体细胞结台并能植入生物体的 材料 功能： 为细胞提供获取营养、气体交换、排泄废 物和生长发育的场所，也是形成新的具有 形态和功能的组织、器官的物质基础

胶原： 生理作用：
结构蛋白：在人体，约占蛋白质总量的1/3 主要功能是组织的支持物 其他功能： 生物的生长、发育/细胞的分化和黏附/抗原抗 体结合反应
5.1 天然蛋白质类材料

胶原： 改性：
物理交联：高能辐射/紫外辐射/干热处理 化学交联： 胶原复合材料：
5.1 天然蛋白质类材料

胶原： 组织工程中的应用：
组织工程支架材料
1 概论 2 组织工程化组织简介 3 组织工程支架材料的基本要求
4 生物降解材料基础
5 天然组织支架材料
6 合成组织支架材料
1 概论


相关背景
基本概念 深远意义 组织工程四要素
1.1相关背景

自体移植：添新伤补旧伤 异体移植：排斥/供给不足 异种移植：排斥 人工器官：排斥/功能不足
NHCOCH 3
n
NH2
n
甲壳素
壳聚糖
5.2 天然多糖类材料


甲壳素及其衍生物
理化性能
① 甲壳素

白色片状或粉状固体，常温时稳定 氢键作用强，结晶度高，高度难溶， 只溶于浓酸和某些溶剂
5.2 天然多糖类材料


甲壳素及其衍生物
理化性能
② 壳聚糖


白色片状或粉状固体，常温时稳定 可溶于稀酸、甲酸、乙酸，但也不溶 于水和绝大多数有机溶剂 性能更活泼，可通过氨基和羟基改性

8.2 组织工程化组织简介





软骨组织工程 骨组织工程 皮肤组织工程 韧带组织工程 肌腱组织工程 神经组织工程 其他组织工程
2.2 骨组织工程

对支架材料的要求：
既要有一定的强度，有要有一定的韧性

支架材料的热点：
陶瓷材料：

成骨细胞与支架材料的三维培养：
材料的理化性能/表面微结构及微环境/ 新技术
3.3 合适的生物降解性

降解产物无毒 降解速率可调 降级过程中，材料与组织有较 好的亲和性
3.4 良好的可塑性

高孔隙率：一般>90% 结构形状复杂
3.5 可行的灭菌、消毒方法


灭菌、消毒不可少 材料的结构和性能能够经受彻 底灭菌过程的考验
8.4 生物降解材料基础

物理交联：高能辐射/紫外辐射/干热处理 化学交联： 胶原复合材料：
5.1 天然蛋白质类材料

明胶： 组成：
一级结构：主链富含甘氨酸、脯氨酸和羟脯 氨酸

制备：
碱法工艺/酶解工艺
5.1 天然蛋白质类材料

纤维蛋白 来源：
纤维蛋白原(一种血浆蛋白)→凝血酶作用凝 固而成 纤维蛋白亲水基团更多，生理条件下溶解性好


材料在体内吸收和排泄研究
组织和细胞生物学方法 直观方法：光镜或电镜观察 动力学方法：同位素标记
4.3 降解与吸收的研究方法


降解速率的调控
亲水性 比表面积和多孔结构 加工过程
4.4 生物降解材料的安全评价

非植入性材料和制品
化学性能/物理性能/生物学性能

植入性材料和制品
组织学观察/致突实验/生物学老化实验