人工真皮支架研究现状及其发展,医学工程论文

人工真皮支架研究现在状况及其发展,医学工程论文人工真皮支架材料是运用生物化学方式方法将天然或人工合成的聚合物运用于临床，以到达维持皮肤干细胞繁衍，且对人体无毒性作用的生物材料。良好的人工真皮支架材料，能够让皮肤组织工程尽可能地接近正常皮肤组织，以到达皮肤再生的目的。当前的研究重点是将人工合成类聚合物与天然材料通过一定的生物化学方式方法及比例进行组合，以构成具有良好的可塑性及适宜的力学特性、高度孔隙度的三维立体构造及生物相容性的复合型支架。支架材料作为再生模板和基材，其在创面修复的经过中，不仅起到支持细胞和组织的作用，还能影响细胞的发展形态，调控和诱导细胞与组织的分化，以此构成新的组织或器官。人工真皮支架材料需要在人体中构成具有良好生物相容性、可降解性及抗菌性，且以利于皮肤干细胞黏附，并在其外表上生长繁衍，为皮肤干细胞提供良好的微环境[1].适宜的支架材料在人工真皮创面的修复经过中起着极其重要的作用。按其来源分为人工合成类与天然类，且各有优缺点，现分别综述人工真皮支架研究现在状况及其发展，并列举新的研究重点。1人工合成类真皮支架材料当前合成类支架材料以聚乙交酯、聚己内酯、聚羟基烷酸酯、聚碳酸酯类等聚酯类支架材料为主。作为支架材料，其降解速度具有可调控性，且具有出色的机械性能。因而，合成类支架在生物工程皮肤中占有一席之地。1.1聚乙交酯聚乙交酯又称为聚羟基乙酸,其降解产物为对人体无毒性作用的H2O和CO2.因其可被制成具有良好的三维构造的材料，能够为细胞提供适宜的黏附场所。其良好的生物相容性、可降解性及显微构造使其成为支架材料的可选材料之一。Sekiya等[2]将电纺技术生产的聚乙交酯/胶原纳米纤维应用于小鼠的皮肤缺损模型，并将其与市售的胶原基质在显微镜下进行比照。结果发现，在聚乙交酯/胶原组织学表现出较高的细胞密度和细的显微组织构造。证明聚乙交酯/胶原纳米纤维作为支架材料能够有效地促进微血管生成。郭正等[3]结合聚乙交酯纤维和聚丙交酯纤维体外降解性及细胞在2种纤维上黏附情况的优势，设计了一种新型纤维基组织工程肌腱支架，其具有适宜的降解速度，又能为细胞黏附提供场所，可作为一种理想的支架材料。1.2聚己内酯聚己内酯降解后的产物为CO2和H2O,不对人体产生任何毒性。Gholipour-Kanani等[4]运用人工合成类聚合物与天然材料根据一定的比例组合成聚己内酯-脱乙酰壳聚糖-聚〔乙烯醇〕纳米纤维支架，并将其应用在小鼠的全层皮肤缺损及烧伤模型中，并与单独运用人工合成类聚合物基天然支架进行比照。结果发现，该类支架在创面修复经过中更能表现出良好促进伤口愈合的能力。Duan等[5]通过在改性明胶和聚己内酯电纺膜上播种人角化细胞〔HaCaT〕并对HaCaT细胞附着和增殖进行测定，结果显示，其具有良好的生物相容性；并将其应用到裸鼠的皮肤缺损中，结果显示，其具有良好的修复能力。运用静电纺丝技术将壳聚糖/聚己内酯制成的纳米纤维支架材料能够加强支架的生物活性，且促进蛋白质吸附于支架上，其与真皮类似的、良好的纳米孔径能够更好地诱导肉芽生长[6].1.3聚氨酯聚氨酯全称为聚氨基甲酸酯，其具有优良的生物体相容性，因而，其作为生物医用材料具有良好的应用前景。Mi等[7]通过扫描电子显微镜〔SEM〕观察聚乳酸〔PLA〕和热塑性聚氨酯〔TPU〕发现，其微观构造和外表粗糙具有作为人工支架的机械性能，并在材料上培养3T3成纤维细胞发现，该支架支持细胞增殖和迁移正常，以为其具有作为组织工程支架的可能性。Kim等[8]利用蜂胶与静电纺丝化的聚氨酯复合纳米纤维根据一定的比例合成一种新的聚合物〔静电蜂胶/聚氨酯复合纳米纤维〕，通过电场枪扫描电子显微镜、药敏试验、细胞吸附试验、细胞生长及MTT试验显示，静电蜂胶/聚氨酯复合纳米纤维具有良好的氧通透性、抗菌性、细胞黏附性及生物相容性，展示其在伤口敷料及皮肤组织工程上具有的宏大潜力。Heo等[9]利用银离子的抗菌性，将银磺胺嘧啶与聚氨酯及明胶混合构成共聚物支架，该种支架在促进皮肤再生的同时，也能够防止细菌的入侵，促进伤口愈合。2天然类支架材料胶原、壳聚糖、透明质酸、羧甲基壳聚糖及丝素蛋白等作为天然类支架材料，其容易获得，制作工艺不复杂，制作成本较低，且在组织相容性、理化性能及生物降解性等方面，相比人工合成材料有良好的优势。但存在抗原性能否完全消除、疾病传播的可能及降解速度难以把握等缺点。当前的研究主要在于将天然支架的材料根据一定的生化技术与其进行组合，以改善其缺乏之处，并设计出愈加适宜的支架材料。2.1胶原胶原凝胶和胶原海绵作为支架材料具有较长的历史，由于其来源广泛，具有良好的细胞黏附性，还可诱导某些细胞生长因子的释放，具有良好的可降解性，其产品被广泛用于组织工程皮肤支架。Integra人工真皮以牛胶原为主要成分共价交联而成，在大面积烧伤创面使用经过中，可促进肉芽组织的浸润生长，且具有不易感染的效果，同时在增生性瘢痕的治疗方面也具有显着的效果[10-12].这种产品已经在Ⅲ度及以上的烧伤创面治疗中得到广泛的临床试验，发现其具有愈合时间短的优势[13].日本开发出一种双层人工皮肤皮耐克〔Pelanac〕，内层为猪皮肤Ⅰ型胶原海绵，外层为硅橡胶组成，厚约3mm,孔径62~100m,临床移植后3周揭去硅胶膜可见新合成的类真皮样组织，再在其外表移植自体断层皮片可获得满意的疗效[14].当前很多研究表示清楚，胶原与其他高分子物质所构成的复合支架在临床应用中具有更好的生物相容性及其他理化性质。Zulkifli等[15]发现，胶原羟乙基纤维素/聚〔乙烯醇〕醇纳米纤维支架在细胞稳定性及生物相容性方面具有良好的表现。当前对于胶原类支架主要研究其外表改性以促进其在皮肤再生中的良好作用。Gautam等[16]通过外表改性的Ⅰ型胶原与纳米纤维聚己内酯/明胶及成纤维细胞组合成支架，并发现该类支架能够维持良好的成纤维细胞形态。Morimoto等[17]将缓释碱性成纤维细胞生长因子组合于胶原蛋白/明胶支架，该支架利用了成纤维细胞生长因子能促进成纤维细胞生长的优点，且成纤维细胞在创面的愈合经过中起着极其重要的作用，能够有效地促进创面愈合，Morimoto等[17]将其应用于临床慢性溃疡患者获得了良好疗效，外表生长因子能够更好地诱导肉芽组织在支架中构成。2.2透明质酸透明质酸是天然细胞外基质中的重要多糖成分。其作为支架材料可与皮肤干细胞外表受体结合，进而影响其在支架中的黏附、增殖、分化和移动，进而使得皮肤干细胞在创面修复中起到有效作用，使得创面得到更好修复。其衍生物具有优良的生物相容性和可降解性，因而，现已将其广泛应用于药物媒介和组织工程材料[18].Monteiro等[19]提出使用喷雾型透明质酸支架，该支架的多孔性及聚电解质多层膜可促进细胞黏附，促进皮肤表皮屏障功能的恢复。Quan等[20]对接种有血管内皮细胞生长因子的明胶/软骨素/6-硫酸盐透明质酸支架进行研究发现，该类支架具有良好诱导新生血管构成的能力，在促进皮肤再生方面具有重要的作用。细胞外基质作为真皮的主要成分，在皮肤再生经过中，构成类细胞外基质也是创面修复的重要经过，因而，Wang等[21]通过对胶原蛋白/硫酸软骨素/透明质酸不同比例与细胞外基质的类似性进行比照研究，发现9∶1∶1的胶原蛋白/硫酸软骨素/透明质酸支架在构造和功能上均与细胞外基质类似，且在大鼠的全程皮肤缺损修复中表现良好。2.3壳聚糖壳聚糖是甲壳素的脱乙酰化产物,其在体内的降解产物为容易被人体吸收的氨基葡萄糖，不对人体产生毒性作用。近年来研究发现，壳聚糖具有广谱抗菌性，可有效地抑制细菌在创面的生长，降低感染发生率。有研究表示清楚，壳聚糖及其衍生物由于具有与大分子物质良好相容性的多孔凝胶构造，使其成为一种很有发展前景的组织工程材料[22].Tsao等[23]开发了一种具有多孔壳聚糖/海藻酸钠和壳聚糖/聚乙二醇构造〔C-PEG〕凝胶的双层复合支架，其目的在于创造一个促进皮肤愈合的微环境。结果发现，该种支架可增加支架中的角质构成细胞及成纤维细胞，且可提高角质构成细胞的成熟细胞增殖速率。单一的天然支架或人工合成支架均已用于创面的修复，但均有各自的优缺点。因而，Gholipour-Kanani等[4]运用人工合成类聚合物与天然材料根据一定的比例组合成聚己内酯/脱乙酰壳聚糖/聚〔乙烯醇〕纳米纤维支架，并将其应用在小鼠的全层皮肤缺损及烧伤模型中；与单独运用人工合成类聚合物基天然支架进行比照发现，该类支架在创面修复经过中更能表现出良好的促进愈合的能力。皮肤创面由于缺乏角质层的保卫，创面出现感染的概率也较高，只要在控制创面感染的情况下，进行皮肤再生才具有意义，而葡萄球菌在感染创面中最常见。Szweda等[24]将溶葡萄球菌酶加载于壳聚糖蛋白支架发现，其具有较高的抗葡萄球菌活性，因而，该类支架可用于解决感染相关问题。2.4丝素蛋白丝素蛋白具有可被人体摄取的11种氨基酸，且具有良好的柔韧性和抗拉伸强度等机械性能。根据需求，将其与合成材料制备成复合材料，可同时获得具有良好生物及理化性能的支架材料。Lee等[25]通过对纳米纤维静电丝素蛋白皮肤与人工脱细胞异体真皮〔Matriderm〕在全层皮肤缺损创面进行生物相容性及降解性比照证明，静电丝素蛋白皮肤拥有更好的生物相容性及可降解性，且可抑制创面瘢痕构成，因而，丝素蛋白可作为支架材料的可选材料之一。多孔丝素蛋白支架在促进血管生成诱导细胞进入支架方面具有良好的作用，有良好的生物相容性[26].丝素蛋白可促进细胞增殖的可行性及其模拟细胞外基质的能力，使得其可称为生物工程支架，但其细胞增殖的可控性尚待探究，过度增殖可导致创面恢复效果较差。Chung等[27]通过比照丝素蛋白/壳聚糖/透明质酸支架与普通丝素蛋白支架的细胞增殖能力发现，该种复合支架具有可抑制细胞增殖的能力，以避免过度增殖而影响最终效果。3展望人工真皮支架材料需要在人体中构成具有良好生物相容性、可降解性及抗菌性，且以利于皮肤干细胞黏附，并在其外表生长繁衍，为皮肤干细胞提供良好的微环境[1].人工合成类支架具有良好的机械性能,然而在生物相容性、可降解性及抗菌性方面远不如天然类支架。当前已有复合类支架结合了2种支架的优势并运用于动物的全层皮肤缺损及烫伤模型[25],并且获得了良好的效果。应用生化方式方法将人工合成支架及天然支架材料根据特定的比例进行组配，构成复合类支架，是将来组织工程支架的发展方向。人体各个部位的皮肤在构造与厚度上具有一定差异，然而当前商业化皮肤的规格都较固定，移植到创面后，即便其诱导本身细胞及组织对缺损创面进行修复，但修复后与本身组织仍有很大差距。在临床上，创面修复的目的是最大限度地使移植后的组织工程化皮肤具有正常皮肤的形态与功能。