制备软骨组织工程支架的方法

中国组织工程研究第18卷第3期2014–01–15出版ChineseJournalofTissueEngineeringResearchJanuary15,2014Vol.18,No.3P.O.Box10002,Shenyang110180倪硕，男，1988年生，浙江省金华市人，汉族，大连医科大学在读硕士，主要从事骨外科研究。通讯作者：李澎，博士，主任医师，硕士生导师，大连医科大学第二附属医院骨外科，辽宁省大连市116027doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2014.03.019[]中图分类号:R318文献标识码:A文章编号:2095-4344(2014)03-00446-06稿件接受：2013-11-25NiShuo,Studyingformaster’sdegree,DepartmentofOrthopedicSurgery,theSecondAffiliatedHospitalofDalianMedicalUniversity,Dalian116027,LiaoningProvince,ChinaCorrespondingauthor:LiPeng,M.D.,Chiefphysician,Master’ssupervisor,DepartmentofOrthopedicSurgery,theSecondAffiliatedHospitalofDalianMedicalUniversity,Dalian116027,LiaoningProvince,ChinaAccepted:2013-11-25制备软骨组织工程支架的方法倪硕1，李澎1，张卫国2，李鹏声1，贵浩然1(1大连医科大学附属第二医院关节外科，辽宁省大连市116027；2大连医科大学附属第一医院骨外科，辽宁省大连市116023)文章亮点：1此问题的已知信息：组织工程化软骨研究为解决软骨损伤修复提供了新的治疗方法，软骨组织工程支架作为软骨细胞外基质的替代物，其外形和孔结构对实现其作用和功能具有非常重要的意义。支架制备方法的选择在一定程度上决定了支架的力学性能及生物相容性。2文章增加的新信息：通过溶液浇铸/粒子沥滤法、气体发泡法所制备的软骨组织工程支架孔径大小在100-250μm这一合适的范围内；将多种方法结合起来，能制备出生物和力学性能方面更加仿生的软骨组织工程多孔支架。3临床应用的意义：进一步探索适合软骨组织工程支架的制备方法，对于提高支架的稳定性及生物相容性有着重要的意义，寻求组织工程化软骨从实验室研究走向临床应用，为软骨损伤修复提供了新的治疗措施。关键词：生物材料；软骨生物材料；软骨组织工程；制备方法；支架材料；多孔支架；辽宁省自然科学基金主题词：生物相容性材料；软骨；组织工程；支架基金资助：辽宁省自然科学基金资助项目(2013023034)，项目负责人：李澎摘要背景：软骨组织工程支架作为软骨细胞外基质的替代物，其外形和孔结构对实现其作用和功能具有非常重要的意义。目的：回顾目前若干种常用软骨组织工程中三维多孔支架的制备方法。方法：由第一作者检索2000至2013年PubMed数据库，ELSEVIERSCIENCEDIRECT、万方数据库、中国知网数据库。英文检索词为“Cartilagetissueengineering；scaffolds；fabrication”，中文检索词为“软骨组织工程；制备方法；支架材料；多孔支架”。结果与结论：制备软骨组织工程支架的方法有相分离/冷冻干燥法、水凝胶技术、快速成型技术、静电纺丝法、溶剂浇铸/粒子沥滤法及气体发泡法等。目前研究发现，支架中孔径的大小对组织的重建有着直接的影响，孔径为100-250μm的孔有益于骨及软骨组织的再生。通过溶液浇铸/粒子沥滤法、气体发泡法所制备的支架孔径大小在这一范围内，因此比较适合用于骨、软骨组织工程支架的构建。研究人员通常将多种方法结合起来，以期能制备出生物和力学性能方面更加仿生的组织工程多孔支架。倪硕，李澎，张卫国，李鹏声，贵浩然.制备软骨组织工程支架的方法[J].中国组织工程研究，2014，18(3):446-451.Fabricationtechnologiesoftissue-engineeredcartilagescaffoldsNiShuo1,LiPeng1,ZhangWei-guo2,LiPeng-sheng1,GuiHao-ran1(1DepartmentofOrthopedicSurgery,theSecondAffiliatedHospitalofDalianMedicalUniversity,Dalian116027,LiaoningProvince,China;2DepartmentofOrthopedicSurgery,theFirstAffiliatedHospitalofDalianMedicalUniversity,Dalian116023,LiaoningProvince,China)AbstractBACKGROUND:Cartilagetissueengineeringscaffoldisasubstitutionforextracellularmatrix,andthereisagreatsignificanceontheshapeandporestructureofthescaffold.OBJECTIVE:Toretrospectivelyfocusonthefabricationtechnologyofthree-dimensionalporouscartilagetissueengineeringscaffolds.METHODS:ThefirstauthorsearchedPubMed,ELSEVIERSCIENCEDIRECT,WanfangandCNKIdatabases(2000/2013)toretrieverelevantarticlesaboutthefabricationtechnologytissue-engineeredcartilagescaffolds.Thekeywordswere“cartilagetissueengineering;scaffolds;fabrication”inEnglishandChinese,respectively.RESULTSANDCONCLUSION:Thefabricationtechnologiesofthree-dimensionalporouscartilagetissueengineeringscaffoldsareasfollows:Phaseseparation/freeze-drying,hydrogels,rapidprototypingmanufacturing,electrospinning,solventcasting/particulateleaching,gasfoaming.Thecurrentcartilagestudieshavedemonstratedthattheporesizehasasignificanceontheregenerationofthecartilagetissue,theporesizerangingfrom100-250μmallowsfortheregenerationofboneandcartilagetissue.Thescaffoldfabricatedbythe倪硕，等.制备软骨组织工程支架的方法ISSN2095-4344CN21-1581/RCODEN:ZLKHAH447μmissuitablefortheboneandcartilagetissueregeneration.Toobtaintheadequatebiologicalandmechanicalproperties,researchersusuallycombineavarietyofmethodstofabricatethecartilagetissueengineeringscaffolds.Subjectheadings:biocompatiblematerials;cartilage;tissueengineering;stentsFunding:theNaturalScienceFoundationofLiaoningProvince,No.2013023034NiS,LiP,ZhangWG,LiPS,GuiHR.Fabricationtechnologiesoftissue-engineeredcartilagescaffolds.ZhongguoZuzhiGongchengYanjiu.2014;18(3):446-451.0引言Introduction退变、创伤等导致的关节软骨损伤是骨科常见病，也是临床治疗的难点[1-3]。修复缺损的关节软骨，对于恢复关节生理解剖的完整性和维持生物力学的稳定性具有决定性的作用[4]。然而关节软骨周围无血管和淋巴管，依靠关节液营养，其自我修复能力有限，所以一旦损伤，难以修复[5]。目前临床上关节软骨损伤的修复仍未得到很好的解决[6]。组织工程技术的发展，为解决软骨损伤的修复这一难题提供了可能性[7-8]。目前研究证明，组织工程包含3大要素：合适的种子细胞、理想的支架及具有生物活性的细胞因子。其中细胞支架是基础，它为种子细胞和生长因子提供适宜的微环境，完成组织或器官的再生过程[9]。文章从细胞支架的制备方法入手，综述了目前常用的软骨组织工程细胞支架制备技术的最新进展。1资料和方法Dataandmethods1.1资料来源由第一作者检索2000至2013年PubMed数据库，ELSEVIERSCIENCEDIRECT、万方数据库、中国知网数据库文献。英文检索词为“Cartilagetissueengineering；scaffolds；fabrication”，中文检索词为“软骨组织工程；制备方法；支架材料；多孔支架”。检索文献量总计131篇。1.2纳入与排除标准纳入标准：①文章所述内容与软骨组织工程支架的材料选择和制备方法的研究密切相关。②同一领域选择近期发表或在权威杂志上发表的文章。排除标准：重复性研究。1.3数据提取共检索到文献131篇，其中中文文献46篇，英文文献85篇，排除与研究目的相关性差及内容陈旧、重复的文献67篇，纳入64篇符合标准的文献进行综述。2结果Results2.1软骨组织工程支架的要求理想的组织工程支架应该具有以下10个特征：①良好的生物相容性。②可降解性。③足够的孔隙结构。④能够促进细胞的黏附与增值。⑤具备承载生长因子的能力。⑥支架的容积应能保持不变。⑦支架能与周围组织融为一体。⑧不易从缺损区脱落。⑨具有一定的弹性。⑩具有关节软骨的分层结构[10]。组织工程支架材料作是组织器官工程化的最基本元素。目前用于组织工程支架的材料主要有天然生物材料[11]、人工合成高分子材料和复合材料3大类[12]。单纯应用天然生物材料或人工合成高分子材料存在诸多问题。将两种或两种以上具有互补特性的材料进行复合，并选择合适的制备工艺，可以设计构造出能够满足软骨组织工程所需的三维支架。2.2软骨组织工程支架制备方法软骨组织工程支架作为软骨细胞外基质的替代物，其外形和孔结构对实现其作用和功能具有非常重要的意义。制备工艺的不同对支架的性能可产生明显影响。目前已研究出多种制备软骨组织工程支架的方法，在实际应用中可以根据不同组织和器官选择不同的制备工艺。2.2.1相分离/冷冻干燥法相分离法可分为溶致相分离和热致相分离两种方法。因为许多结晶性聚合物在室温下找不到合适的溶剂，所以溶致相分离方法应用不多。目前