软骨组织工程支架材料探究进展

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软骨组织工程支架材料探究进展

1 软骨组织工程支架材料探究进展李德保综述，章庆国审

校 [摘要]各种原因引起的关节软骨损伤在临床工作中非常常

见，但临床治疗手段有限，组织工程的发展为关节软骨损伤的修复提

供了新的途径。

在软骨组织工程中支架材料起着重要作用，选择合适的载体是一

个首先要解决的问题。

本文对目前软骨组织工程支架材料的现状做一综述，指出了当前

软骨组织工程所面临的问题, 并针对此问题对未来软骨组织工程材

料的研究作出了展望。

[关键词]软骨；支架材料；组织工程 [ 中图分类

号 ]R318 [ 文献标识码 ]A [ 文章编号]1008-6455（2009）

03-0408-03 Advancement of research of scaffold in cartilage tissue engineering LI De-bao1，ZHANG Qing-guo2 (1.Department of Plastic Surgery ，Affiliated Zhongda Hospital，Southeast University，Nanjing 210009 Jiangsu,China;

2.Plastic Surgery Hospital,Chinese Academy of Medical Sciences, Beijing 100144,China）Abstract: Articular cartilage defect is caused by various factors and is frequently seen in clinical 2 field but it is limited in treatment. The evolvement

of tissue engineering, a new method promises to render the

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repair of articular cartilage injury. Scaffold material plays important role in cartilage tissue engineering, so selection of an appropriate carrier is to be done firstly. The aim of this review is to discuss the current status of scaffolds, and problems in cartilage tissue engineering. In future, ideas are promising to solve the problems in the field of cartilage tissue engineering. Key words: cartilage; tissue engineering; scaffold 由于创伤、骨关节炎以及骨软骨病引起的软骨畸形或缺损在临床上非常常见。

软骨组织缺乏血运，软骨细胞有丝分裂活性低，自我修复能力有限，严重影响了软骨缺损的愈合，目前的治疗方法主要有微骨折术、软骨下骨钻孔术、软骨下磨削术、自体软骨移植和自体软骨细胞移植术，但是这些治疗方法都存在许多不足之处[1-2]。

组织工程技术的发展为软骨再生修复提供了新的选择。

组织工程[3]就是应用生命科学和工程学的原理和方法,研究开发能够修复、维持或改善损伤组织功能的生物替代物的一门新兴学科。

组织工程主要包括三方面[4]：

种子细胞、支架材料和细胞因子，其中支架材料是软骨组织工程的研究热点之一，本文就软骨支架3 材料研究进展进行综述。

1 软骨组织工程支架材料特点支架材料为软骨组织构建提供了一个三维的环境，理想的生物支架材料应具有以下特点

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[5]：

①有良好的组织相容性，无毒，无致畸性；②有三维立体结构：

材料必须是高度多孔的，一般要求孔隙率达 90%以上，为细胞黏附生长、细胞营养成分的渗入以及细胞代谢产物的排出提供有利条件；③生物可降解性和降解率：

材料应是可吸收的，在组织形成过程中逐渐分解，从而不影响新形成组织的结构和功能，降解速度与组织再生的速度相匹配；④良好的细胞界面：

材料应具有良好的表面活性，有利于细胞贴附，并为细胞在其表面生长、增殖和分泌基质提供良好的微环境；⑤具有可塑性和一定的机械强度：

材料可以被加工成所需要的形状和大小，并有一定的机械强度，在体内一定时间内仍可保持自身形状，从而使新形成的组织具有一定的外形。

2 软骨组织工程用材料分类目前软骨组织工程支架材料种类繁多[6],主要可分为三类：

①天然高分子支架材料，如藻酸盐、纤维素、壳聚糖、胶原、硫酸软骨素、明胶、纤维蛋白以及透明质酸等；②人工合成材料，如聚乙二醇(PEG)、聚乙烯、多肽、聚乳酸（PLA）、聚羟基乙酸（PGA）、聚乳酸与聚羟基乙酸的共聚体(PLGA)等；③复合材料，如明胶/硫酸软骨素/透明质酸钠、聚氧化乙烯4 /甲壳素/壳聚糖、壳聚糖/明胶、

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羟基磷灰石/胶原/透明质酸等。

2.1 天然高分子支架材料：

壳聚糖为甲壳类动物、昆虫以及其他无脊椎海洋动物外壳,真菌的细胞壁中的甲壳素(-1、4 聚-2-乙酰胺基-D-葡糖)脱乙醇化而制得,结构与葡萄糖胺聚糖（GAG）相似，因此可以模仿体内的环境，保进软骨细胞的生长，具有良好的生物相容性和抗菌性。

壳聚糖水凝胶作为软骨支架，可诱导软骨细胞外基质生成[7]。 Nettles[8]等用壳聚糖的溶液经冻干法制得立体支架，然后将猪软骨细胞植入这种壳聚糖支架上，体外培养 6 周，免疫组化显示有葡萄糖胺聚糖及Ⅱ型胶原生成。

胶原是构成各种细胞外间质的聚合物，其中Ⅱ型胶原是软骨组织的主要成分，其突出优点是无抗原性，生物相容性好，动物体内试验表明将胶原支架填充于软骨缺损处可形成类似透明软骨，缺点是降解太快，新生组织往往达不到很好的塑形[9]。

藻酸钙是一种理想的水凝胶支架材料，藻酸钙凝胶对细胞的培养是三维培养，内部孔隙多，适合细胞黏附和营养交换。

将悬浮有兔自体软骨细胞的藻酸钠和氯化钙相混合，修复自体软骨缺损，4～6 个月后发现缺损区有正常的软骨组织[10]。

透明质酸[11]是构成关节软骨的主要成分之一，作为支架材料，能为种子细胞的生长提供类似胚胎软骨发育的微环境。

纤维蛋白凝胶是利用血液凝固的机理使纤维蛋白单体在凝 5 血酶作用下聚合成立体网状凝胶，可为细胞生存提供良好的三维空间，