【文章內(nèi)容簡介】 且伸入大孔內(nèi)部。Nava等[19]通過溶劑澆鑄顆粒浸泡的方式制備聚乳酸三亞甲基碳酸酯復(fù)合支架材料，嚴(yán)格控制支架孔徑大小及孔隙率。他分別制備3種不同孔徑及孔隙率的支架材料，第1種孔徑大小50100 μm，平均75 μm；第2種孔徑100150 μm，平均125 μm；第3種孔徑在150200 μm，平均175 μm。將3種不同的支架材料分別與牛的軟骨細(xì)胞復(fù)合培養(yǎng) 14 d，通過組織切片、PCR、westernblot及掃描電鏡觀察得出，在第1組中總DNA含量最高，糖胺聚糖蛋白含量最高，而在第3組中發(fā)現(xiàn)膠原含量最高。他還發(fā)現(xiàn)孔徑大小與細(xì)胞密度呈正相關(guān)，與細(xì)胞代謝活性及細(xì)胞外基質(zhì)的合成呈負(fù)相關(guān)。他還建議在開始復(fù)合培養(yǎng)時(shí)，盡量選擇圓形、較小孔徑的支架材料。聚乳酸聚羥基乙酸共聚為聚羥基乙酸與聚乳酸按照一定比例混合形成的共聚物，是一類典型的可完全生物降解合成材料。因其具有優(yōu)良的生物相容性和可降解性，獲得FDA批準(zhǔn)應(yīng)用于臨床研究。然而，聚乳酸聚羥基乙酸共聚的降解產(chǎn)物呈現(xiàn)弱酸性，有可能導(dǎo)致急性或者慢性的炎癥反應(yīng)[6]。Morille等[1]構(gòu)建聚乳酸聚羥基乙酸共聚微球，緩慢釋放轉(zhuǎn)化生長因子β3，并與人間充質(zhì)干細(xì)胞復(fù)合，在骨關(guān)節(jié)炎模型中測試軟骨再生情況。得出這種模式可有效在關(guān)節(jié)炎環(huán)境中原位再生軟骨，并且這種攜帶轉(zhuǎn)化生長因子β3的微球可讓人間充質(zhì)干細(xì)胞存活30 d，而這可保護(hù)軟骨而足以讓它再生。Pan等[20]分別制造擁有相同或不同孔隙率的聚乳酸聚羥基乙酸共聚支架，并且首次比較不同孔隙率支架材料對(duì)體內(nèi)骨軟骨缺陷的修復(fù)效果。將支架和骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞復(fù)合體植入到新西蘭白兔股骨髁軟骨缺損處，12周后，宏觀外觀、斷面圖、蘇木精和曙紅染色、甲苯胺藍(lán)染色、免疫組織化學(xué)染色和特性的基因的實(shí)時(shí)聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)結(jié)果顯示，所有實(shí)驗(yàn)組均表現(xiàn)出良好的軟骨修復(fù)效果，在骨層中77%孔隙率和軟骨層中92%孔隙率的支架材料修復(fù)效果最佳，這是由于該種支架材料最大程度地模仿了天然軟骨和軟骨下骨的生物力學(xué)。研究舉例說明軟骨組織工程雖然允許支架有廣泛的孔隙率，然而其中有一些孔隙組是最佳的。它也表明，在實(shí)際的生物材料設(shè)計(jì)中，應(yīng)考慮到與自然組織生物力學(xué)的匹配，這是說明孔隙率對(duì)支架材料來說特別重要。聚乙烯醇本質(zhì)上是由聚醋酸乙烯酯水解得到的，在水中呈現(xiàn)可溶性晶體結(jié)構(gòu)。聚乙烯醇的使用可追溯到上個(gè)世紀(jì)，在工業(yè)、商業(yè)、醫(yī)學(xué)及食品行業(yè)，聚乙烯醇都作為一種終端產(chǎn)品，如油漆、樹脂和食品的外包裝。通常聚乙烯醇與其他一些高分子聚合物混合，如天然聚合物及具有親水性的聚合物[21]。聚乙烯醇是一種力學(xué)性能好、降解快、無毒及親水性好的高分子聚合物，并且已獲得FDA批準(zhǔn)可用于醫(yī)療、食品行業(yè)[22]。Vikingsson等[23]將聚己酸內(nèi)酯支架浸泡在聚乙烯醇溶液里，冷凍融化6個(gè)周期，制作成水凝膠支架復(fù)合體，并測量它的理化及生物學(xué)性能。得出復(fù)合支架的力學(xué)性能良好，10 000周期的壓縮實(shí)驗(yàn)后無明顯形態(tài)學(xué)變化。聚乙烯醇提供了適合細(xì)胞生長的環(huán)境。這一研究表明支架能夠維持負(fù)載，并且當(dāng)軟骨細(xì)胞長入支架內(nèi)，也不改變其力學(xué)性能。Sheykhhasan等[24]通過制備不同來源的支架材料，如纖維蛋白支架、聚乳酸聚羥基乙酸共聚支架及海藻酸鹽支架，來評(píng)估天然支架材料與人工支架材料在充當(dāng)細(xì)胞外基質(zhì)方面有什么不同。將人脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞分別復(fù)合支架共培養(yǎng)2周，從細(xì)胞增殖、分化及細(xì)胞形態(tài)學(xué)，以及檢測細(xì)胞向軟骨分化的基因這幾個(gè)方面來評(píng)估支架的性能。結(jié)果顯示，纖維蛋白支架材料組細(xì)胞分布均勻，能夠高表達(dá)軟骨形成基因。根據(jù)此研究結(jié)果，Sheykhhasan認(rèn)為天然高分子支架材料可提供合適的環(huán)境來促進(jìn)干細(xì)胞向軟骨細(xì)胞分化。人工合成材料具有天然材料所不具備的優(yōu)勢，如力學(xué)強(qiáng)度好、降解速率可控等，但其也有生物相容性差、降解產(chǎn)物易引起炎癥反應(yīng)等諸多缺點(diǎn)。目前研究者往往是通過物理或化學(xué)改性，或是降低其比重來減輕其降解產(chǎn)物對(duì)機(jī)體的刺激。筆者通過閱讀文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)研究者是通過尋找不同材料之間的組合，或者是研究不同材料的比例，往往忽視了材料本身的作用，是為種子細(xì)胞提供黏附、增殖及分化的場所，充當(dāng)細(xì)胞外基質(zhì)。支架材料孔徑大小對(duì)細(xì)胞的影響也是相當(dāng)大的，但目前較少學(xué)者研究。 復(fù)合材料 理想的、符合現(xiàn)代臨床應(yīng)用的支架材料應(yīng)符合如上文所說的幾個(gè)條件。目前尚無一種材料能同時(shí)具備以上條件，一種成分構(gòu)成的支架材料很難符合軟骨組織工程及臨床上對(duì)支架材料的要求。為解決單一的原材料的不足，現(xiàn)在往往將多種材料按不同的比例進(jìn)行混合，互相彌補(bǔ)不足，盡可能滿足臨床及組織工程的要求[25]。如生物玻璃殼聚糖聚己酸內(nèi)酯復(fù)合支架、殼聚糖明膠/聚乳酸聚羥基乙酸共聚復(fù)合支架、殼聚糖聚磷酸鈣復(fù)合支架、磷酸三鈣明膠復(fù)合支架等。付維力等[26]制作不同配比的殼聚糖聚磷酸鈣復(fù)合支架，并與新西蘭大白兔第3代半月板細(xì)胞復(fù)合，通過體內(nèi)實(shí)驗(yàn)、體外實(shí)驗(yàn)及MTT法得出，殼聚糖/聚磷酸鈣三維多孔支架材料無毒性，具有良好的生物降解性及細(xì)胞相容性，并且有助于半月板細(xì)胞的生長。Arahira等[27]制作磷酸三鈣明膠復(fù)合支架并與兔骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞復(fù)合，得出膠原與磷酸三鈣復(fù)合提高了支架的孔隙率，并且單純磷酸三鈣支架浸泡在培養(yǎng)基里容易造成多孔結(jié)構(gòu)的坍塌。復(fù)合支架比單純的磷酸三鈣支架更能作為成骨細(xì)胞的標(biāo)記物。復(fù)合支架的抗壓模量、力學(xué)強(qiáng)度及吸收能量受到細(xì)胞增殖及細(xì)胞外基質(zhì)形成的影響。Fengxuan等[28]制備了殼聚糖明膠/聚乳酸聚羥基乙酸共聚水凝膠支架圓錐形復(fù)合體，殼聚糖明膠水凝膠裝載轉(zhuǎn)化生長因子β1，聚乳酸聚羥基乙酸共聚支架材料裝載有骨形態(tài)發(fā)生蛋白2。體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)提示，復(fù)合支架可促進(jìn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞向軟骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞分化；體內(nèi)實(shí)驗(yàn)提示，殼聚糖明膠/聚乳酸聚羥基乙酸共聚分級(jí)支架多相組合物和空間雙重生長因子遞送有助于軟骨骨界面組織缺損的修復(fù)。Tao等[29]通過結(jié)合熱致相分離技術(shù)和淋鹽技術(shù)將聚乳酸及脫乙酰殼聚糖構(gòu)成擁有不同孔徑的復(fù)合支架，該支架孔隙率94%，并擁有微孔及大孔，與聚乳酸單一材料組成的支架相比，前者在力學(xué)性能及蛋白吸附能力上有明顯改善。體外實(shí)驗(yàn)也提示該復(fù)合支架支持細(xì)胞的增殖和滲透。Song等[30]利用組織工程技術(shù)將豬松質(zhì)骨和脫乙酰殼聚糖明膠凝膠支架復(fù)合，豬松質(zhì)骨和凝膠支架分別模擬骨和軟骨。隨后與脂肪來源的干細(xì)胞復(fù)合培養(yǎng)，并且檢測支架材料的孔隙率、降解率及溶脹率，以及進(jìn)行紅外光譜及掃描電鏡掃描，通過死/活染色鑒定細(xì)胞活性及增殖。結(jié)果得出，這種雙層結(jié)構(gòu)的復(fù)合支架材料比單純一種材料制備的支架更適合細(xì)胞的黏附、增殖。Levingstone等[31]制備了一種多層結(jié)構(gòu)的支架材料，這種材料最下面一層骨層，是由Ⅰ型膠原、膠原蛋白基質(zhì)與羥基磷灰石混合冷凍干燥而成；中間層是由Ⅰ型膠原與透明質(zhì)酸鈉混合，反復(fù)冷凍干燥而成；最上面是軟骨層，由Ⅰ型膠原、Ⅱ型膠原和透明質(zhì)酸鈉通過冷凍干燥而成。制作山羊動(dòng)物模型，在山羊橫向滑車脊和內(nèi)側(cè)股骨髁造缺損區(qū)，缺損深度達(dá)軟骨下骨。實(shí)驗(yàn)分為3組：空白組、多層支架組及人工合成支架材料組。植入后2周、3個(gè)月、6個(gè)月及12個(gè)月，制成膝關(guān)節(jié)標(biāo)本，通過大致外觀、CT及組織切片等來評(píng)價(jià)軟骨及骨修復(fù)效果，在多層支架組可見結(jié)構(gòu)良好的軟骨下骨小梁和透明狀軟骨組織形成。Wang等[32]制備了不同比例的膠原蛋白蠶絲蛋白復(fù)合支架材料，通過評(píng)估支架材料的孔隙率、吸水率及細(xì)胞增殖等，確定了支架材料的最佳比例為膠原蛋白：蠶絲蛋白等于7∶3。再用雙乳化溶劑揮發(fā)法將轉(zhuǎn)化生長因子β1封裝于聚乳酸聚羥基乙酸共聚溶液中，洗滌、冷凍干燥成聚乳酸聚羥基乙酸共聚微球。將復(fù)合支架材料及聚乳酸聚羥基乙酸共聚微球植入兔膝關(guān)節(jié)軟骨缺損處，12周后，取兔膝關(guān)節(jié)標(biāo)本做組織切片染色。結(jié)果顯示，兔膝關(guān)節(jié)軟骨修復(fù)良好，從組織學(xué)及細(xì)胞學(xué)可看出缺損處填滿軟骨，與周圍組織界限不明顯。對(duì)比顯示，承載含有轉(zhuǎn)化生長因子1的聚乳酸聚羥基乙酸共聚微球的復(fù)合支架組修復(fù)效果更佳。Liao等[33]制備了一種多材料復(fù)合而成的新型支架材料，它是由甲基丙烯酸化硫酸軟骨素、聚(乙二醇)甲基醚ε己內(nèi)酯丙烯酰氯及石墨烯氧化物多種材料復(fù)合而成。通過檢測復(fù)合支架材料的孔徑、孔隙率、溶脹能力、壓縮模量、電導(dǎo)率及體外細(xì)胞增殖實(shí)驗(yàn)，得到最佳比例的支架。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)行新西蘭大白兔全層軟骨移植，分別于術(shù)后6，12，18周取兔關(guān)節(jié)制作標(biāo)本，并行CT及組織學(xué)切片染色。結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)組軟骨細(xì)胞形態(tài)、分布最好且形成連續(xù)的軟骨下骨，厚度適宜。實(shí)驗(yàn)表明，該復(fù)合多孔支架材料在軟骨組織工程應(yīng)用中潛力巨大，可應(yīng)用于其他組織工程研究。目前最常見的復(fù)合支架通常是由天然材料和人工材料復(fù)合而成，人工材料在力學(xué)性能及降解速率可控性上有明顯優(yōu)勢，但在生物相容性、細(xì)胞毒性等方面還有不足之處?，F(xiàn)有學(xué)者提出不同孔徑及孔隙率對(duì)細(xì)胞的黏附及增殖有較明顯影響[19]。將兩者按照一定比例混合，取長補(bǔ)短，可制備不同孔徑、孔隙率及匹配組織降解速率的復(fù)合材料。還有一些研究者模仿軟骨的層次，制備多層支架填于缺損處。這也是目前研究的方向。 納米材料 納米材料是指三維中有一維或多維處于納米級(jí)尺度，具有優(yōu)良組織相容性、機(jī)械性能的一種材料。納米支架材料與天然細(xì)胞外基質(zhì)的結(jié)構(gòu)最為相似，具有優(yōu)良的組織相容性及機(jī)械性能，在組織工程化支架結(jié)構(gòu)的研究及運(yùn)用中得到了重視[3435]，其目前主要的制備方法有靜電紡絲、自組裝技術(shù)和相分離技術(shù)等。Kon等[36]構(gòu)建骨軟骨納米仿生支架，它是一種多孔三維3層結(jié)構(gòu)的復(fù)合支架，分為軟骨層、中間層及骨層，并進(jìn)行了體內(nèi)試驗(yàn)。包括1例多發(fā)軟骨損傷合并前交叉韌帶損傷患者的病例報(bào)道，并且支架未復(fù)合種子細(xì)胞應(yīng)用于羊和馬的體內(nèi)[3738]，結(jié)果顯示缺損部位骨和軟骨有良好的修復(fù)和再生，患者手術(shù)后半年MRI顯示移植部位信號(hào)跟正常軟骨信號(hào)類似，術(shù)后1年隨訪提示