若干生物医用材料的设计、制备及性能研究

围绕国家重大需求和临床急需解决的重大科学问题,设计构建了系列胶原基引导组织再生(GTR)材料、组织工程支架材料、纳米药物载体、纳米金阵列和改性电极等生物医用材料,研究了材料组成和结构与生物学性能和效应等的相关性,为新型胶原基功能性GTR材料和组织工程支架材料的基础研究、临床应用,实现高效低毒肿瘤治疗及合理设计,制造纳米生物器件提供了科学依据,对于推动相关学科的发展意义重大,对于经济建设和社会发展产生了重要影响。     

角膜组织工程支架壳聚糖-胶原复合膜的性能

制备了壳聚糖-胶原角膜组织工程支架,考察了复合膜支架的光学性能、力学强度、结晶性、吸水率、亲水性、微观形貌及细胞亲和性,发现支架内胶原与壳聚糖两种分子间存在较强的相互作用,且具有良好的相容性,支架表面平滑均一,内部呈现层状有序结构．壳聚糖-胶原复合膜具有优异的透光率和适宜的湿态力学强度．细胞培养实验中,人角膜缘上皮细胞能在支架上较好地粘附和增殖分化,显示复合膜支架具有良好的细胞亲和性．结果表明壳聚糖-胶原复合膜有望成为一种性能良好的角膜组织工程支架．     

新型前交叉韧带支架材料的构建及其生物相容性的实验研究

探讨以聚羟基丁酸己酯/聚左旋乳酸(PHB/PLLA1∶1)胶原杂化支架作为前交叉韧带组织工程载体材料的可行性。制备"三明治"样结构PHB/PLLA共聚物并测量其孔隙率等指标。以I型胶原对制备的PHB/PLLA支架进行杂化,获得PHB/PLLA胶原杂化支架。扫描电镜观察其表面结构。将兔皮肤成纤维细胞(SF)接种于PHB/PLLA胶原杂化支架,共培养5d后,扫描电镜下观察其在材料上生长情况。PHB/PLLA支架杂化后胶原填充于纤维空隙,分布比较均匀。体外培养的皮肤成纤维细胞成功种植在支架材料上,在材料上粘附、生长良好。说明构建的支架材料具有良好的三维构型和生物相容性,有望为前交叉韧带损伤的修复提供了一种新型的支架材料。     

三维鱼类胶原支架的制备及其生物相容性研究

为了评价深海鱼类胶原蛋白用于制备组织工程角膜载体支架的可行性,首次利用鱼皮胶原蛋白进行了三维胶原支架的制备及其生物相容性研究。用源于太平洋鳕鱼(Gadus macrocephalus)的纯化鱼皮胶原蛋白,经冷冻干燥后选用1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺(EDC)/N-羟基丁二酰亚胺(NHS)交联剂制备出三维胶原支架,利用外观照相、光度计透光率、冰冻切片苏木紫-伊红(HE)染色及扫描电镜检测了其透明度和组织结构;在接种Di I(1,1'-dioctadecyl-3,3,3',3'-tetramethylindocarbocyanine perchlorate)荧光标记的非转染人角膜基质(HCS)细胞后,利用冰冻切片HE染色和荧光观察鉴定了细胞的迁入及在支架内的分布情况,生物相容性评价采用MTT(噻唑蓝)和免疫细胞荧光技术检测了支架对HCS细胞活力和标志蛋白及功能蛋白表达的影响。结果显示,所制备的三维胶原支架透明度极高,呈现出均匀的网格状结构,孔径大小为50~130μm;接种HCS细胞并体外培养3 d后,发现有大量细胞迁入支架内且分布较为均匀;支架抽提物对HCS细胞活力没有任何不良影响;且迁入支架内的细胞仍保持有其标志蛋白—波形蛋白,细胞连接形成蛋白—整联蛋白β1、E-钙黏蛋白和间隙连接蛋白-43,膜运输蛋白—钠钾泵,以及抗UV蛋白—乙醛脱氢酶的阳性表达。综上所述,利用太平洋鳕鱼皮胶原蛋白制备的三维胶原支架具有良好的透明度与组织结构,不仅适合HCS细胞的顺利迁入,而且对HCS细胞具有良好的生物相容性,有望作为载体支架用于组织工程角膜的体外构建研究。     

多孔丝素蛋白材料及其在生物医学领域研究新进展

丝素蛋白因其独特的机械性能和理化性质、良好的生物相容性和可调控的生物降解性,并且物美价廉,在组织工程领域得到越来越多的研究和应用。本文就丝素蛋白多孔材料作为一种优良的组织工程支架材料,在药物载体、人工皮肤、骨、软骨、人工肌腱和韧带等生物医学领域的最新研究进展做一综述。     

壳聚糖植入兔角膜的生物学反应

目的：探讨壳聚糖植入兔角膜的生物相容性，以评价其作为人组织工程角膜材料的可行性。方法：将壳聚糖材料制成的膜植入新西兰兔角膜的板层内，进行裂隙灯观察并进行组织病理学检查。结果：术后1周有结膜睫状充血，角膜水肿；2周后充血水肿逐渐消失。兔眼的情况稳定，术后2周角膜半透明；术后8周新生血管消退，材料与角膜的生物相容性好，材料部分吸收溶解，角膜透明。电镜超微结构检查可见兔角膜标本中材料内有角膜基质细胞长入，细胞胞浆较多，细胞器丰富，有大量的新生胶原。结论：壳聚糖与角膜组织具有良好的生物相容性，且能自然溶解吸收，可用作组织工程角膜的载体材料。     

一种新型脱细胞猪角膜基质载体支架的制备及其鉴定研究

为了获得基于异种角膜材料的理想组织工程角膜载体支架,首次建立了脱氧胆酸钠(SD)和原钒酸钠(SO)联合处理的技术方法,利用新鲜猪角膜进行了脱细胞角膜基质(aPCS)的制备及其鉴定研究。用角膜板层刀从新鲜猪角膜中切下厚度450μm的角膜片,分别选用SD联合SO、十二烷基磺酸钠(SDS)和Triton X-100的去细胞处理方法制备出SD-aPCS、SDS-aPCS和Triton-aPCS共3种支架,利用外观照相、分光光度计、石蜡切片苏木紫-伊红(HE)染色、冰冻切片DAPI和阿利新蓝染色检测了其理化性质和组织结构;对SD-aPCS进行扫描和透射电镜鉴定后,进而利用噻唑蓝(MTT)、石蜡切片HE染色、冰冻切片DiI荧光观察以及免疫荧光细胞化学染色评估了其对非转染人角膜基质(ntH CS)细胞的毒性与生物相容性。检测结果发现,3种aPCS的细胞脱除干净且在干重和含水量上没有显著差异;其中,SD-aPCS的透明性与糖胺聚糖(GAG)含量最高、SDS-aPCS次之、Triton-aPCS最低;除Triton-aPCS的组织结构出现了明显的紊乱外,SD-aPCS和SDS-aPCS的组织结构均排列规则。在电镜下,SD-aPCS的前弹力层表面平整、无裂痕,板层结构和胶原纤维超微结构正常;此外,SD-aPCS浸提液对ntH CS细胞没有毒性作用,注射接种到SD-aPCS支架内的ntH CS细胞与支架嵌合紧密,随体外培养时间的延长而逐渐伸展和迁移,且细胞仍保持有其固有标志蛋白—波形蛋白,细胞连接蛋白—间隙连接蛋白-43和整联蛋白,以及膜运输蛋白—钠钾泵的阳性表达。由此可见,利用SD联合SO的方法所制备SD-aPCS具有理想的理化性质、组织结构和生物相容性,可作为一种理想的载体支架用于组织工程角膜的体外构建及其相关应用研究。     

新型双层皮肤组织工程支架的构建

模拟天然皮肤的真、表皮结构,以胶原和壳聚糖为主要原料构建皮肤组织工程双层支架.将固含量0.8%(mass)的胶原-壳聚糖溶液冻干后压膜,经戊二醛交联后再冻干形成双层支架的底层,然后注入固含量0.2%(mass)的胶原-壳聚糖溶液,经冻干、交联、再冻干即得结构较稳定的双层复合海绵支架.在双层支架上培养的小鼠成纤维细胞贴壁生长正常.本研究构建的胶原-壳聚糖双层支架具有良好的结构稳定性和细胞相容性.     

组织工程真皮替代物的构建及在创伤修复中的作用

以双层胶原-壳聚糖海绵为支架构建组织工程真皮替代物并研究其在大鼠创伤愈合中的作用.将双层胶原-壳聚糖海绵支架埋植于SD大鼠皮下以考察其组织相容性;将SD大鼠皮肤中分离的成纤维细胞种植在支架上体外构建人工真皮替代物,并将该替代物移植到SD大鼠皮肤缺损处以修复创面.皮下埋植实验显示支架植入早期有炎症反应,但一周后炎症反应逐渐减轻,而且有成纤维细胞和毛细血管的侵入.皮肤移植实验结果显示:术后第7天和第14天实验组创面表皮再生和肉芽组织增生比对照组更快更明显;第14天和第21天实验组创面面积明显小于对照组(p<0.05).因此以双层胶原-壳聚糖海绵为支架构建的组织工程真皮替代物具有良好的生物相容性,并能促进皮肤创面的愈合,可以作为人工真皮替代物用于皮肤缺损的修复.     

皮肤组织工程支架材料与制备方法的研究进展

皮肤组织工程支架材料在人工皮肤的构建中起着关键作用,为种子细胞提供了黏附、生长、迁移、增殖、分化和代谢的环境,是皮肤组织工程的重要研究内容.对组织工程化皮肤支架近几年的材料、制备方法的进展进行了综述,并分析了皮肤组织工程支架材料的发展趋势.     

聚乙烯醇-透明质酸-胶原组织工程支架研究

以聚乙烯醇(PVA)、透明质酸(HA)和胶原蛋白(Col)为组分,构建组织工程三维多孔支架.将聚乙烯醇分别与不同质量的胶原和透明质酸复合,测定复合材料的含水率和膨胀率.扫描电镜观察材料横截面的表面形态.结果是不同分子质量的PVA与不同配比的Col和HA复合,得到的复合支架材料含水率为57.97%～81.26%,膨胀率为150.00%～459.20%.不同配比的复合支架材料具有不同的内部孔洞结构.结果表明,PVA-HA-Col复合支架材料具有较高的含水率和膨胀率,内部孔洞网络丰富,可作为组织工程支架材料.     

磷酸钙与胶原双相多级仿生骨组织工程支架研究

磷酸钙与胶原是天然骨组织的重要组成成分,介绍了一种仿生设计磷酸钙与胶原双相复合的多级仿生骨组织支架.采用双氧水发泡技术精确定制磷酸钙支架孔结构,结合真空灌注胶原以及仿生矿化技术,构建磷酸钙,胶原双相多级仿生骨组织支架,材料的孔结构及化学组分可实现定制设计.通过对支架材料测试表征,结果显示,这种无机/有机/无机多级仿生支架材有良好的力学性能.材料的体外细胞实验结果证实,这种多级仿生支架材料具有良好的生物相容性.     

胶原基骨组织工程支架材料实现人体组织的修复和替代

由中国医学科学院生物医学工程研究所承担的“胶原基骨组织工程支架材料的研究”项目通过了天津市科委组织的科技成果鉴定，达到同类项目的国际先进水平。     

胶原支架材料的制备与表征

分别采用真空高温脱水和化学交联剂1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)-碳化二亚胺处理经冷冻干燥后的胶原海绵材料,制备组织工程支架,讨论反应条件对胶原性能的影响,测定胶原支架的力学强度和降解特性.结果发现,不同的处理方法都能保持胶原海绵的三维多孔结构,孔隙率可达到90%;真空高温脱水获得的胶原海绵材料力学强度较小,但断裂伸长率略大;碳化二亚胺交联胶原海绵材料力学强度相对较高,抗张强度为380 kPa左右.胶原海绵交联后,降解速率显著小于未经交联的胶原材料.细胞培养试验表明成纤维细胞可以在支架材料上正常生长.两种交联方法处理胶原海绵,其细胞生长行为差异无显著性,适合于作为组织工程支架.     

细菌纤维素组织工程支架的仿生矿化研究

骨骼创伤已经成为当今影响人类健康的一大病症。因此,骨修复材料就成为研究的一大热点。骨组织工程支架作为重要的骨修复材料,可以诱导成骨细胞生长并为新骨生长提供条件。传统的骨组织工程支架包括合成高分子(如聚乳酸、聚乙醇酸等)和天然高分子(如胶原、壳聚糖等)。与传统支架材料相比,细菌纤维素(BC)具有良好的生物相容性、精细的纳米空间三维网络结构,有作为组织工程支架的潜能。通过仿生矿化处理,BC纳米纤维表面可以生长出羟基磷灰石(HA)的晶体颗粒,且HA颗粒均匀覆盖在纳米纤维表面。通过热分析得出,仿生矿化处理会使BC的热稳定性得到一定的提升。     

不同方法处理的角膜脱细胞基质组织学生物特性的比较

目的:比较不同的角膜脱细胞基质方法,旨在选择最适合的脱细胞基质方法,制备成为组织工程角膜支架材料和角膜替代物的脱细胞基质.方法:分别用胰酶-曲拉通法、SDS-戊二醛法、胰酶-冷冻法等方法对角膜进行脱细胞处理,并对脱细胞彻底的基质进行力学特性、透光率的分析.结果:用胰酶-冷冻法获得的兔角膜全层和分层基质脱细胞最彻底,基质的结构未见明显破坏,脱细胞基质在生物力学特性上与正常角膜接近,透光率低于新鲜角膜.结论:用胰酶-冷冻法获得的脱细胞基质与自然角膜接近,可作为组织工程角膜支架材料和角膜替代物.     

组织工程人角膜内皮的研究进展

从种子细胞的来源和载体支架的制备两个方面对组织工程人角膜内皮的研究进展及其前景进行综述。     

胶原修饰快速成形PLGA/TCP人工骨支架体外生物相容性研究

探讨经Ⅰ型胶原修饰的快速成型(RP)聚乳酸-羟基乙酸/磷酸三钙(PLGA/TCP)支架的生物相容性,为进一步体内实验提供研究基础.以经Ⅰ型胶原修饰改性的PLGA/TCP支架作为实验组,未经胶原修饰的原始支架作为对照组,检测两组支架材料的亲水性.BMSCs接种两组支架,分别测定细胞黏附率、细胞增殖率.扫描电镜(SEM)观察细胞黏附形态,以检验支架材料的细胞相容性.结果表明胶原改性支架具有较高的亲水性,实验组细胞黏附率在接种4、8和12 h者,明显优于对照组(P<0.05).实验组在培养2、4、6和8 d的细胞增殖率也明显高于对照组(P<0.05).扫描电镜可见骨髓基质细胞在实验组支架上的增殖数量多于对照组.说明Ⅰ型胶原改性的PLGA/TCP支架具有良好的细胞生物相容性,可作为骨组织工程支架应用于骨缺损的修复研究.     

厦大研制成功人体组织器官体外构建新技术

由厦门大学生物医学工程研究中心研发的“医用复合型组织工程支架材料”近期通过专家鉴定。这项新技术能将不同的细胞“种”到支架材料上，“种”出不同的器官，可以用来治疗皮肤烧伤、骨骼病缺损等人体组织器官的病缺损。目前，厦门大学生物医学工程研究中心已制备出了复合型组织工程化人工骨和组织化人工皮肤支架材料，在体外构建了组织工程化的组织器官，并在动物实验研究中取得了满意的结果。     

生物材料的发展现状与展望(综述)

概述了生物材料发展的三阶段,即惰性生物材料阶段（替代修复）、生物材料生物化阶段、组织工程支架材料阶段,指出目前组织工程的研究为生物材料提供了极大的发展机会：人们在可降解吸收生物材料研究方面取得了越来越多的成绩,认为天然可降解高分子材料是组织工程用支架材料的研究的重点,同时现阶段克隆技术等也为生物材料及组织工程的发展提出了挑战。