组织工程载体支架材料研究进展

摘 要：在利用组织工程方法构建组织或器官替代物的研究中，载体支架材料是进行组织工程构建各因素中的关键环节。用于构建组织工程化组织或器官的载体支架材料，应具有必要的理化性质和生物学特性。组织工程常用载体支架材料主要包括天然材料、合成材料和复合材料。就常用组织工程载体支架材料优缺点进行综述，旨在为组织工程化组织或器官的构建提供参考。

关键词：组织工程 载体支架材料 天然材料 合成材料 复合材料

中图分类号：TQ31 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）005-052-02

组织工程支架材料在宏观形态、微观结构、机械强度和韧性、可塑性、毒性、免疫原性和细胞相容性等方面都有严格的要求。因此，理想的载体支架材料应具有如下特征：（1）可塑性较好，能构建成特定三维结构。（2）具有良好的机械强度和韧性，满足加工需要。（3）无毒性、无免疫原性、生物相容性好，适宜细胞正常生理功能的发挥。（4）能被生物体降解吸收。

目前，组织工程常用载体支架材料包括：天然材料、合成材料和复合材料。

1 组织工程天然材料

常用于构建组织工程载体支架材料的天然材料主要有：壳聚糖、丝素蛋白和纤维蛋白等。壳聚糖与氨基葡聚糖的性能存在一定的相似之处，而后者是细胞外基质的主要成分。壳聚糖的这一特性使得其被广泛的应用于组织工程的支架材料的制备过程中。壳聚糖制备的载体支架材料除具有良好的生物相容性，还具有抑菌性和促进愈合的性能。将壳聚糖制备的组织工程角膜基质进行板层移植，两周后植片脱落，机械强度不足。闫涛等将丝素蛋白溶液通过透析浓缩后，制成丝素薄膜。但干燥状态下的丝素薄膜质地脆，容易开裂。新西兰大白兔角膜埋植实验表明，丝素蛋白可以体内降解，无明显毒性，生物相容性较好。

2 组织工程合成材料

应用较多的合成组织工程材料主要有聚乳酸（PLA）、聚羟基乙酸（PGA）以及两者的共聚物（PLGA）等。PGA性质稳定，以其制备的支架机械强度、韧性和降解速率均可控。Hong等用PLGA制备组织工程载体支架，进行兔脂肪干细胞接种，体外培养一周后再自体移植。移植后脂肪干细胞可在支架表面和材料内部正常生长、增殖，脂肪干细胞新分泌合成的胶原纤维和正常角膜胶原纤维较相似，切移植眼角膜内皮与上皮仍旧保持完整且能正常行使功能，逐渐透明。胡晓洁等以PGA为原材料制备载体支架，在体外重建角膜基质。囊袋法植入兔角膜，8周后材料即可完全降解，移植眼的外观与对照眼相似，但PGA降解产物会使移植部位pH值降低。

3 组织工程复合材料

组织工程复合载体支架材料种类主要有：天然材料之间复合、天然材料与合成材料之间复合，以及有机材料与无机材料之间复合。Graf等在复合材料接种角膜细胞进行培养，证明了其能促进角膜上皮细胞进行正常的生长和增殖，同时诱导角膜感觉神经活化，生成YIGSR多肽。有研究显示，将胶原与TERP复合材料移植到角膜上6周后，显示复合支架材料的生物相容性较好，在基质与上皮面之间形成了新的基底膜；复合材料中与基质细胞和上皮细胞结合良好，且有神经长入；复合材料中的细胞能正常行使其生物学功能。

综上所述，天然组织工程载体支架材料的优点在于具有良好的细胞生物相容性和安全性，但材料本身存在的机械强度和韧性不足、降解速率过快等缺陷也是无法忽视的。人工合成组织工程材料本身的物化性能、机械性能和降解速率都是可控的，可以根据组织工程构建的不同需要进行调节，利于规模生产。缺点在于材料本身生物相容性差，且降解产物可能会对生物体产生一定的毒害作用。利用不同性质的载体支架材料构建的组织工程复合材料，具有足够的机械强度和韧性，也具有良好的生物相容性和合适的生物降解速率。既弥补了单一天然载体支架材料本身存在的机械强度和韧性不足、降解速率过快等缺陷，也使得人工合成材料产生细胞毒性、生物相容性差、缺少细胞识别位点的局面有了很大改观。因此，复合载体支架材料在组织工程化组织或器官的构建中越来越受到人们的重视。

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