壳聚糖在口腔组织工程的应用ppt课件

壳聚糖在 口腔组织工程的应用 2012年5月7日 壳聚糖的概论 壳聚糖在内科的应用 支架材料的概论 壳聚糖在颌面外科的应用 问题与展望 材料作为组织工程研究的人工细胞外基质，是组织 工程研究的一个重要的方面，它为细胞的停泊、生 长、繁殖、新陈代谢、新组织的形成提供支持。 在支架材料的构建方面主要包括以下几点： 1 不同组织工程与细胞功能发挥同步 2 细胞与支架材料的相互作用基质以及形成组织工 程化组织 3 支架材料的理化性能 目前该领域的发展趋势 1 两种或多种生物材料优势互补，制备复合型支架 3 材料加工工艺革新，仿生技术和计算机辅助设计与加工 替代了传统方法 2 各种新兴纳米材料问世 聚乳酸、聚羟基乙酸、聚乳酸 明胶-硫酸软骨素-透明质酸钠、壳聚糖- 明胶、羟基磷灰石-胶原-透明质酸 藻酸盐、纤维素、壳聚糖、胶原、硫酸 软骨素、明胶、纤维蛋白以及透明质酸 天然高分子 人工合成材料 复合材料 支架材料 理想的组织 工程支架 生物相容性 可降解性及合适的降解速率 合适的孔尺寸和高的孔隙率 高的表面积、合适理化性质和良 好的细胞界面关系 合适的机械性能 易加工为二维或三维结构 壳聚糖（Chitosan，CS）又名甲壳胺，化学名称为 （1，4）-2-氨基-2-脱氧-D-葡聚糖，是自然界中 唯一带正电荷的天然多糖。CS是甲壳素脱乙基后的 产物。甲壳素脱乙酰基后生成CS，一般把脱乙酰程 度大于70%的称为CS。 主要特性有： 1 不能完全溶于酸碱溶液中，但可溶于稀酸（PH6），溶 于稀酸呈粘稠状，生成相对分子质量较低的壳聚糖。 2 壳聚糖在溶液中是带正电荷多聚电解质，具有很强吸附性 。 3 壳聚糖的溶解性与脱乙酰度、相对分子质量、粘度有关， 脱乙酰度越高，相对分子质量越小，越易溶于水。 4 壳聚糖具有很强的吸附性、成膜性、通透性、成纤性、吸 湿性和保湿型。 壳聚糖理化特性 壳聚糖具有良好的生物学性质，能被人体吸 收，与人体的组织器官及细胞有良好的生物 相容性生物可降解低毒无免疫原性，是理想 的细胞外基质材料，从而使壳聚糖及其衍生 物被广泛应用于生物医学组织工程领域。 口腔内科 颌面外科 壳聚糖支 架的应用 组织相容性 生物安全性生物活性 屏障膜的特性 壳聚糖为天然的高分子材料,其降解产物为氨 基多糖,为机体代谢所需产物,不会产生不良组 织反应。材料表面具有润滑性,可减少组织的 粘附,降低细菌的附着,插入或植入时能极大减 少体内细胞和组织受损。 材料要有活性,可以激发正常 的组织活动,调节组织工程产 品中的细胞粘附、迁移、生长 、分化和凋亡 孙钦峰等首次将壳聚糖制备成屏障膜，并将其应用于 人工犬牙周组织再生实验。实验分为壳聚糖膜覆盖组 和空白对照组。光镜下可见，实验组有壳聚糖膜的残 余，牙骨质上结缔组织附着明显，胶原纤维排列较规 则，内有较多的血管，新生牙槽骨达到骨缺损标记上 方；对照组可见结合上皮根方增殖明显，新生牙槽骨 和牙骨质较少。 Park将壳聚糖膜用于 人工牙周一壁骨袋的缺损修复， 表明壳聚糖有效地抑制了牙龈上皮根方的增殖，并且 促进了牙骨质、牙槽骨以及牙周韧带结构的再生。 王亚红等制备犬慢性牙周炎模型,将患牙分为2个实验 组，翻瓣术后分别放置磷酸化壳聚糖膜、载药磷酸化 壳聚糖膜,对照组仅给予翻瓣术。发现磷酸化壳聚糖膜 可以有效促进牙周组织再生与修复明显。有学者将骨 形成蛋白和氯己定同时载入壳聚糖，载入抗菌药物后 ，不仅显著减少牙周组织炎症的发生，而且具有显著 促进牙周组织再生的功能。 张毅等将CS制成牙周引导组织再生膜进行实验，结果显示 CS无毒性和刺激性，生物相容性良好，可作为牙周干细胞 移植的生物支架，同时又是很好的缓释系统，如能辅以生 长因子将获得更好的治疗效果。 壳聚糖牙周骨组织工程支架 矿物质与壳聚糖共混制备成复合物，这样可以利用 矿物质所具有的硬度、强度和壳聚糖的弹性、韧性 ，并利用矿物质在降解时所释放的钙、磷酸根等离 子，作为新生骨质钙化的原料。 牙周骨质再生的关键在于提供修复基点，以供各种 牙槽骨成骨前体细胞附着、分化和理想的分泌。壳 聚糖支架具有的微孔，能够形成毛细血管生长管腔 ，供给成骨细胞营养支持，成骨细胞进行钙化，形 成相互连通的骨小梁结构。 Feng等采用“阶段分离法”制备的羟基磷灰石壳 聚糖凝胶支架，通过改变固体成分和原始共混 物的组成因素形成与人类天然骨质相仿的的三 维结构，接种于支架上的人颅骨成骨细胞附着 于多孔的表面并开始繁殖。三周后，成骨细胞 大量增殖，壳聚糖之间开始部分分解，成骨细 胞包埋在骨样组织内，有相互交错的纤维网格 在细胞周围形成。 口腔中特殊的化学环境和唾液的机械冲刷作用,提 高口腔内药效的关键就在提高药物在牙周袋和口 腔粘膜上的停留时间，可采用生物附着性良好的 材料作为药物载体。 Needleman等通过流变学实验认为壳聚糖凝胶状 态有利于材料对抗机体中和粘膜表面存在的剪切 力,且凝胶融胀后药物得以释放,其速率与材料的溶 胀率成正比。壳聚糖凝胶凝胶在PH6.8-8.5时,可有 效吸胀和收缩。此外，它的抗酸和抗溃疡性使它 在口服持续释放体系应用上很有潜力. 口腔药物载体 在口腔外科领域的应用 骨组织工程 材料在体内仍会引起一些炎性反应与免疫反应 材料的机械强度很难与降解速率相匹配 2 材料的表面活性差，影响种子细胞的粘附、分布和功能发挥 3 4 支架材料的降解率与成骨速度不协调 1 修复骨缺损 壳聚糖有较好的组织相容性, 可促进成骨细胞的的 增长和功能表达。壳聚糖作为碱性多糖,这些正电荷 和细胞表面的负电荷相互作用有利于成骨细胞的生 长和分布。 Lee等成功地将成骨细胞接种于壳聚糖一聚三磷酸钙 膜上并在体外获得骨样组织。骨形成蛋白具有很强 的诱导骨形成促进骨修复的作用,但在单独应用时存 在外形恢复及易受周围组织干扰等不足,从而导致治 疗失败。若将膜技术与骨形成蛋白结合,就可加速骨 的愈合,并能恢复良好的外形。 张利等制备的羟基磷灰石-壳聚糖复合材料抗压强度可达 120MPa, 机械强度较单一壳聚糖有较大提高,可用于承重骨 组织修复。研究证实, 纳米羟基磷灰石/壳聚糖/羧甲基纤维素 支架用于骨组织工程, 可以保持良好的结构形态。支架植入 肌肉后4周局部无明显炎性反应。表明该支架良好的机械性 能、生物相容性和生物可降解性。 有学者研究了壳聚糖- 胶原支架结合骨形态发生蛋白27(bone marphogenicprotein27,BMP27)、血小板衍生生长因子 B(platelet2derivedgrowthfactorB, PDGF2B)在体外对人牙周 膜细胞向成骨细胞增殖和分化的影响,发现结合PDGF2B的支 架中细胞增殖率较高,而结合BMP27的支架中细胞向成骨细 胞分化增强,在后期体内试验中,将各支架植入有骨缺损的狗 下颌骨,均显示出骨形成的显著增加。 修复软骨缺损 SUH等将软骨细胞接种到壳聚糖硫酸软骨素-4（ CSA）复合水凝 胶表面。电子显微镜观察结果表明，壳聚糖 -CSA复合基质能够 维持软骨细胞表型免疫组化结果显示，壳聚糖复合基质上的软骨 细胞主要表达型胶原，即特异性的软骨胶原.。 Nettles等将猪软骨细胞接种于冷冻干燥法制备的壳聚糖多孔支架 中, 于旋转生物反应器中培养, 经甲苯胺蓝及免疫组织化学检测, 发现软骨细胞保持球形, 并有大量蛋白聚糖和型胶原分泌。大 量的研究应用壳聚糖与其它生物材料复合, 进一步提高了所制备 支架的生物学及力学性能。 神经修复 颌面部外伤及血管瘤、淋巴管瘤或恶性肿瘤等疾病的 手术治疗,常不可避免地造成神经损伤。在神经损伤修 复过程中,断端神经胶质及结缔组织的增生会形成瘢痕 组织,阻碍再生神经纤维向前生长,使再生的神经纤维达 不到原位而失去功能。有研究表明结合有骨形态发生 蛋白22(bone marphogenicprotein22,BMP22)的壳聚 糖神经支架复合体能有效引导兔面神经再生并恢复其 功能。 皮肤组织工程 这类支架材料除了有良好的生物相容性和可降解性外， 还要求良好的弹性和透气性，能够防止水分和体液流失 ，能吸收创面渗出液，防止感染以及促进愈合。壳聚糖 不仅具有上述的特性而且还有促进伤口愈合和抗菌作用 ， MI等采用浸入沉淀相转化法来制备一种新型的非对 称壳聚糖膜。这种新型的壳聚糖创伤敷料上层为皮肤样 膜，下层为多孔支架。作为创伤敷料，这种膜既能够止 血又可以促进伤口愈合，组织学检验也证实使用这种敷 料，上皮生成速率提高，真皮处的胶原沉积井然有序。 问题与展望 研究中面临的难点有3方面:一是分子量和脱乙酰度 对