骨组织工程多孔支

骨组织工程多孔支架材料性质及制备

班级：生物医学工程姓名：徐正江√组织工程支架材料√列举一种骨支架设计与制备技术√结论主要内容scaffold

种子细胞、可降解的支架材料以及细胞生长调节因子并称为组织工程的三大基本要素。组织工程学的核心是构建细胞与生物材料的三维空间复合体。为了使细胞增殖和分化，需要提供一个由生物材料所构成的细胞支架，支架材料相当于人工细胞外基质。细胞支架应具有良好的生物相容性和细胞亲和性，具有一定的机械强度和生物降解吸收速度及特定的三维多孔结构和可塑性，只有这样才能使细胞在支架中获取营养、进行气体交换和排出代谢废物，满足细胞正常的新陈代谢，构建出新的组织器官。组织工程学所需的理想支架材料需要满足以下要求:1）良好的生物相容性使细胞可黏附和增殖，无明显的细胞毒性、炎症反应和免疫排斥，不会因邻近组织的排异反应而影响新组织的功能；2）可降解性及合适的降解速率，当移植的细胞或组织在受体内存活时，支架材料可自行降解，降解吸收速率能与细胞、组织生长速率相匹配；3）合适的孔尺寸、高的孔隙率和相连通的孔形态，以利于大量细胞的种植、细胞和组织的生长、细胞外基质的形成、氧气和营养的传输、代谢物的排泄以及血管和神经的内长入；4）高的表面积、合适的表面理化性质和良好的细胞界面关系，以利于细胞黏附、增殖、分化以及负载生长因子等生物信号分子；5）与植入部位组织的力学性能相匹配的结构强度，以在体内生物力学微环境中保持结构稳定性和完整性，并为植入细胞提高合适的微应力环境6）便于加工成理想的二维或三维结构，可以获得所需的组织或器官形状，易于重复制作，而且移植到体内后能保持原有形状。

组织工程支架材料主要包括：（1）天然可降解高分子材料。如胶原（collagen），其本身就是天然骨的组织成分。壳聚糖（chitosan），是甲壳素的衍生物。还有明胶、琼脂、葡聚糖、透明质酸。降解产物易被机体吸收，但强度和加工性能较差，降解速度无法调节。（2）天然可降解无机材料。例如珊瑚是天然动物的骨骼，其中99％是磷酸钙。再如，珊瑚羟基磷灰石（CHA）。它们都具有天然珊瑚的多孔结构，有较好的孔隙率。能和靶细胞很好的黏附，而不影响增殖、分化、成骨。但加工困难。（3）合成可降解高分子材料。常用的可降解合成高分子材料有聚乳酸[poly（lacticacid）,PLA],聚乙醇酸[poly(glycolicacid),PGA],聚己内酯(polycaprolactam,PCL)等。这类材料的降解产物可在体内代谢排除，对机体无害，可塑性较好。（4）合成可降解无机材料。常用的主要有磷酸钙水泥(calciumphosphatecement,CPC)，羟基磷灰石(hydroxyapatite,HA),磷酸三钙(tricalciumphosphate,TCP),生物活性陶瓷如生物活性玻璃陶瓷(biologicalactivityceramicglass,BCG),细胞外基质陶瓷类材料等。（5）复合材料。如:聚乳酸－羟基磷灰淫羊藿/PHBV复合支架（IDPPSs

）的制备PHBV即新型生物高分子3-羟基丁酸-co-3-羟基戊酸共聚物，分子式如下：

以PHBV为基体，以淀粉等各类无机物纤维素纤维为增强体或填充物，可以制得性能各异的生物可降解的复合材料，以满足不同场合的使用要求。在骨折手术中，它可以充当骨骼间的承托物。随着骨骼的愈合，它也会逐渐自行分解。

淫羊藿草（淫羊藿）是常用于治疗骨质疏松症的中国传统医学（中医）物，长期以来淫羊藿就是临床重要的强肾壮骨中药之一，现代研究已证实淫羊藿生物活性物质具有促进成骨细胞增殖分化的作用

制备淫羊藿/PHBV复合支架

实验材料：聚（3-羟基丁酸酯-共-3-羟基戊酸酯）（PHBV）从天安生物材料有限公司购买；淫羊藿苷（纯度>98％），分离出中药淫羊藿药材，南京泽朗医药公司购买。

实验步骤本实验采用溶剂浇铸和盐浸技术相结合制备淫羊藿/PHBV多孔支架1.将淫羊藿溶解于DMSP(二甲基亚砜)中分别制0mg/ml,12.5mg/ml,17.5mg/ml,25mg/mland50mg/ml淫羊藿溶液

2.将2.5g筛分的氯化钠（NaCl，200-300微米，达茂旗化学试剂，中国）与0.25gPHBV混合均匀

3.分别将10ul淫羊藿溶液（0mg/ml,12.5mg/ml,17.5mg/ml,25mg/mland50mg/ml）和PHBV/NaCl混合置于65°C1ml氯仿溶液中制得含有淫羊藿质量百分数为0%,0.05%,0.07%,0.1%and0.2%的溶液,然后将溶剂在室温下逐渐蒸发超过24小时.

5.将固体标本在置于双蒸水烧杯中沉浸三天，并轻轻搅拌

。在此期间，每6小时换一次双蒸水，直到无氯离子。将制备的支架干燥24小时，然后将其存储以供进一步使用。

6.MG-63和MC3T3-E1细胞株均购自上海科学研究所，中国科学院细胞资源中心生物科学,将其先进行原代培养，然后将其传代培养接种到不同的支架材料上（如下图）CellproliferationratesasmeasuredbyAlamarblueassayonporousPHBVscaffoldscontainingdifferentconcentrationsoficariin(wt/wt):0%and0.1%respectively.NCrepresentsthecellsdidnotcontactwithscaffolds,andCrepresentsthecellsdidcontactwithscaffolds.(Errorbarsrepresentmean±SD,n=6.Student'st-testwasusedtocomparethedatafromtheexperimentalandcontrolgroup.⋆:pb0.05,⋆⋆:pb0.01,⋆⋆⋆:pb0.001).实验结果表明：细胞在含有0.1%淫羊藿/PHBV复合支架上增值分化速率最快检测与表征为了研究是否MG-63细胞增殖是由淫羊藿苷诱导生长因子的转录改变

基因或基因编码细胞外基质蛋白引起的，所以对mRNA水平的一系列基因进行RT-PCR分析研究结果表明:在IDPPS培养的MG-63细胞，与PHBV膜和多孔PHBV支架培养的MG-63细胞相比BMP2，BMP6和BMP7mRNA三个骨生长因子基因表达水平升高的。虽然TGF-β1对骨形成的作用仍然是难以捉摸的，据报道说，由于IDPPS引起的低水平的TGF-β1是有利于成骨细胞的增殖。综上所述，IDPPS通过刺激关键BMP基因和ECM基因，如BMP2，BMP6，BMP7，BGN，促进细胞增殖。此外，3-D结构的IDPPSs抑制TGF-β1和Col-I，这可以确保成骨细胞维持快速增长。

结论

mg63细胞和MC3T3-E1细胞在IDPPSs上培养时增殖较快，由