组织工程相关生物材料.ppt

组织工程相关生物材料 主要内容 基 本 概 念 支架设计及制备技术 生物材料的表面工程 展望与挑战 组织工程 应用工程学和生命科学的原理与方法,将在体外培养、扩增的功能相关的活细胞种植于多孔支架上,细胞在支架上增殖、分化,构建生物替代物,然后将之移植到组织病损部位,达到修复、维持或改善损伤组织功能一门科学 细胞外基质（ECM） 成分 胶原蛋白、蛋白多糖、糖胺聚糖、 层连蛋白和弹性蛋白等 作用 影响细胞形态 促进细胞迁移 调节细胞增殖和分化 组织工程支架的要求 符合生物安全性要求 合适的可生物降解吸收性 合适的孔尺寸、高孔隙率和相连的孔形态 特定的三维外形 高表面积和合适的表面理化性质 与植入部位组织力学性能相匹配的结构强度 支架设计及制备技术 支架材料 天然高分子材料 合成降解聚合物 生物陶瓷 生物复合材料 天然高分子材料 蛋白质支架 胶原 明胶 多糖支架 海藻酸盐 壳聚糖 透明质酸 蛋白质－多糖支架 冷冻干燥 浸没沉淀相转化 冷冻－凝胶 Ming-Hua Ho,et al. Preparation of porous scaffolds by using freeze-extraction and freeze-gelation methods. Biomaterials 2004;25:129–38 合成聚合物材料 聚丙烯酸及其衍生物 聚乙二醇及其共聚物 聚乙烯醇 聚交酯 聚乳酸（PLA） 聚（D,L-乳酸-co-乙醇酸）（PLGA） 聚乙交酯（PGA）等 致孔剂致孔 形成气体的盐致孔 水溶性致孔剂致孔 冰晶致孔 热致相分离（TIPS） 乳液冷冻干燥 超临界流体技术 超临界二氧化碳（SCCO2） 无残留溶剂 制备非晶相聚合物支架 参数：压差、减压速率 其它形态支架的制备技术 微球基质 静电液滴、乳化 纤维支架 静电纺丝 管状支架 无纺网粘合 溶剂流涎和挤塑 生物陶瓷 磷酸钙陶瓷 聚磷酸钙 羟基磷灰石 珊瑚（碳酸钙） 生物材料表面对细胞的影响 表面自由能 表面蛋白质吸附能力 表面亲水—疏水平衡 表面荷电性能 表面拓扑结构 表面生物活性 生物材料的表面工程 仿生表面工程（工程化生物材料表面引发特定的细胞生理响应，给细胞创造一个良好的人工ECM环境） 要求：良好的生物相容性；适宜的表面亲水－疏水平衡；具有较强的细胞识别功能；适宜的表面拓扑结构；可消除非特异性识别；易于加工和成型 生物材料的表面工程 生物大分子的表面固定化 生物材料表面拓扑结构化 生物大分子的表面固定化 生物大分子的表面固定化 生物活性大分子 ECM黏附蛋白（纤连蛋白、层连蛋白） ECM多糖及其类似物（透明质酸、壳聚糖） 细胞黏附多肽（RGD） 细胞活性因子 生物材料表面拓扑结构化 光刻蚀表面拓扑结构 生物材料表面图案化 物理－化学性能不同的图案化表面 刺激响应高分子图案化表面 多糖图案化表面 细胞黏附因子图案化表面 展望与挑战 * * * * 核 心：建立由细胞和生物材料构成的三维复合体 三要素：种子细胞、信号因子(细胞因子或生长因子) 支架材料 基本概念 支架材料 基本概念 支架设计及制备技术 材料表面 工程 基本概念 支架设计及制备技术 Lie Ma, et al.Collagen/chitosan porous scaffolds with improved biostability for skin tissue engineering.Biomaterials 2003;24: 4833–41 支架设计及制备技术 参数：溶液浓度、冷冻温度、冷冻时间和 冷冻速率等 碱性介质 壳聚糖溶液 上层（致密） 下层（多孔） Fwu-Long Mi,et al. Fabrication and characterization of a sponge-like asymmetric chitosan membrane as a wound dressing. Biomaterials 2001;22: 165-73 支架设计及制备技术 溶液 冷冻 凝胶 温度低于 溶液凝结点 支架设计及制备技术 Morphology of the chitosan and alginate scaffolds 支架设计及制备技术 Guoping Chen,et al. Development of biodegradable porous scaffolds for tissue engineering. Materials Science and Engineering,2001; C