1、组织工程支架研究进展 何 鹏 2010-11-21 组织工程学 1 支架材料的研究进展 2 重点突破 3 展望 4 组织工程学 美国国家科学基金会 1987年正式提出和确定 一门正在兴起的新兴学科 在培养基中的人造膀胱组织结构 组织胚胎学 遗传学 临床医学 材料学 组织工程学 华裔科学家领头尝试用人造子宫孕育生命 组织工程学 骨骼 角 膜 皮肤 内脏器官 组织工程学 医疗应用 细 胞 一切生物组织最基本的结构单位。 支架 用于支撑细胞成长为一个完整的组织的框架材料。 生长 信息 用于引导和协调组织内细胞活动的各种方法 。 组织工程学 三要素 支架材料的研究进展 细胞支架： 为细胞增殖营造环境，
2、随着细胞的增殖而逐渐降解、消失，将空间让位于细胞，使所形成的组织和器官具有与细胞支架相似的几何形状。 生物可降解性 生物相容性、亲和性 可加工性 抗凝血性 力学性能 可消毒性 基本性能 支架材料的研究进展 以此得到具有一定韧性，孔径尺寸适度，利于细胞附着并向孔内生长，保证营养供给与废物排泄的细胞支架材料。 支架材料的研究进展 去有机溶剂 多孔支架 表面修饰 支架材料的研究进展 骨组织 软骨组织 血管组织 其他器官组织 组织工程 支架材料 支架材料的研究进展 骨组织工程支架 支架材料的研究进展 支架材料的研究进展 骨组织工程支架材料 天然生物材料 人工合成材料 无机材料 有机高分子材料 胶原、珊
3、瑚、藻酸盐、几丁质、氨基葡萄糖、脱钙骨基质、骨基质明胶 L-聚乳酸、聚乙醇酸、聚原酸酯等 生物活性玻璃陶瓷、羟基磷灰石、磷酸三钙等 复合材料用于骨组织工程支架材料方面显出巨大潜力 支架材料的研究进展 骨组织支架制备方法 溶液浇注 /粒子沥滤法 热致相分离 /冻干法 发泡法 冷冻萃取和冷冻胶凝法 三维打印法 熔融沉积模型法 孔径可控 良好的内部连接，开放式孔结构 无有机溶剂残留 是冻干法的改进，可减少时耗、能耗，减少有机溶剂残留 应用计算机软件技术 虽然骨组织工程支架产品离理想的要求 、 临床普及应用 、 工业的大规模生产还很遥远 ， 但随着骨组织工程及其相关领域研究的深入和进步 ， 骨组织工程
4、支架的研究将会具有突破性的进展 。 支架材料的研究进展 近年来 ， 模仿天然骨的成分及结构特征 ， 运用仿生学原理和纳米自组装技术制备有机 /无机纳米复合材料 ， 并将多肽 、 生长因子 、 基因等特定分子识别信号固定在材料表面 ， 对其进行分子设计和生化处理 ， 研制成新一代有特定结构和功能的仿生 “ 智能 ” 骨组织工程支架材料是当今骨组织工程学研究的前沿课题 。 软骨组织工程支架 支架材料的研究进展 支架材料的研究进展 1977 年， Green成功分离培养软骨细胞 ,并尝试与脱钙骨支架材料联合培养，成为软骨组织工程发展的开端。 软骨组织支架材料 天然高分子支架材料 人工合成材料 复合材
5、料 藻酸盐、纤维素、壳聚糖、胶原、硫酸软骨素、明胶、纤维蛋白以、透明质酸 聚乙二醇、聚乙烯、多肽、聚乳酸、聚羟基乙酸、聚乳酸 明胶 -硫酸软骨素 -透明质酸钠、壳聚糖 -明胶、羟基磷灰石 -胶原 -透明质酸 支架材料的研究进展 支架材料的研究进展 软骨组织支架 复合支架 形状改良和表面修饰的支架 可注射支架 仿生支架 利用材料间的不同特性复合成具有优于单一支架材料的新型支架材料，在亲水性、细胞亲和力、韧性、强度方面均有所提高。 解决材料容易降解、不易成型、亲水性差、细胞吸附率低等问题该方法对材料工程学的要求更高 ,需要多学科合作共同完成。 室温下呈液态，在一定条件作用下 ,发生相转变 ,形成凝
6、胶支架。但植入后降解过程不够稳定、机械强度不够理想。 具有类细胞外基质结构和功能的纳米纤维结构支架。成分、结构与软骨细胞外基质越接近，越易维持软骨细胞的生长与稳定。 迄今为止，尚未找到一种完全理想的软骨支架，因此，一方面需要进一步努力探寻具有良好的生物相容性、生物可降解性、无免疫原性、良好的可塑性的软骨支架材料；另一方面可对现有的软骨支架材料进行表面修饰改性，促进其吸附软骨细胞，分泌蛋白多糖和胶原基质等，为软骨细胞生长提供一个良好的微环境。 支架材料的研究进展 血管组织工程支架 支架材料的研究进展 具有或模拟体内血管壁内、中、外三层结构 生物相容性，无血栓，无免疫排斥反应 具生物学特性，对药物
7、刺激有舒缩反应 具血管力学特性，粘弹性，承受一定压力 支架材料的研究进展 组织工程血管应具备条件： 支架材料的研究进展 血管组织支架材料 强度、降解速度、微结构和渗透性均可在生产过程中进行控制 天然材料 人工合成高分子生物材料 包含有生物信息 (如特殊的氨基酸序列 )，可促进细胞吸附或使细胞保留分化功能 在高分子材料中引入天然材料的生物学功能 ,制备组织工程仿生材料 ,是组织工程新一代支架材料研究的重要内容 。 PLA PGA 常用材料 具有良好生物相容性、生物可降解性、降解可调性，而且可以诱导某些基因的上调转录 支架材料的研究进展 支架材料的研究进展 支架材料的研究进展 组织工程血管近年来发
8、展迅速，但它依然面临许多严峻的问题，例如，植入机体后有没有炎症反应，找到合适的支架材料机械强度、降解速率和组织形成速率三者之间的最佳平衡点，如何开发具有良好生物活性和对人体又无损害的生物材料等，而所选取的支架材料在很大程度上决定了组织工程化血管性能。 到目前为止，还没有发现一种很理想的血管支架材料。虽然现在天然生物材料成为研究的热点 , 但是物理机械性能并不能很好地符合支架要求，这就迫切需要新材料的出现 , 来更好的满足组织化血管支架的要求，达到修复和重建的目的。 其它组织工程支架 支架材料的研究进展 支架材料的研究进展 心脏 神经 肝脏 皮肤 耳朵 organs 所面临的挑战 支持原位组织工程 材料的选择与加工 通透性与力学强度 适合个性化治疗 临床治疗为导向 仿生特性 重点突破
