组织工程相关生物材料

组织工程相关生物材料,马莉华生物医学材料工程组2020/6/6,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,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,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,基本概念,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,材料表面工程,基本概念,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,支架设计及制备技术,冷冻干燥,LieMa,etal.Collagen/chitosanporousscaffoldswithimprovedbiostabilityforskintissueengineering.Biomaterials2003;24:483341,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,浸没沉淀相转化,上层（致密）,Fwu-LongMi,etal.Fabricationandcharacterizationofasponge-likeasymmetricchitosanmembraneasawounddressing.Biomaterials2001;22:165-73,支架设计及制备技术,冷冻凝胶,Ming-HuaHo,etal.Preparationofporousscaffoldsbyusingfreeze-extractionandfreeze-gelationmethods.Biomaterials2004;25:12938,温度低于溶液凝结点,支架设计及制备技术,Morphologyofthechitosanandalginatescaffolds,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,支架设计及制备技术,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,GuopingChen,etal.Developmentofbiodegradableporousscaffoldsfortissueengineering.MaterialsScienceandEngineering,2001;C17:639,Morphologyofcross-sectionsofPLLAsponges,支架设计及制备技术,热致相分离（TIPS）,支架设计及制备技术,均向聚合物溶液：高温低温淬火热力学状态参数：聚合物浓度、溶剂/非溶剂组成、淬火过程及添加剂,Fig.2.SEMimagesofthecrosssectionofmorphousPLGAfoamsasafunctionofcoarseningtime.Thefoamswerepreparedbycoarsening9%(w/v)polymersolutionat43Cfor0min(a),2min(b),10min(c),andthenquenchingbyliquidnitrogen.,乳液冷冻干燥,WhangK,etal.Anovelmethodtofabricatebioabsorbablescaffolds.Polymer1995,36:837-42,支架设计及制备技术,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,超临界流体技术,支架设计及制备技术,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,支架设计及制备技术,支架设计及制备技术,表：三维支架制备技术,生物陶瓷,磷酸钙陶瓷聚磷酸钙羟基磷灰石珊瑚（碳酸钙）,支架设计及制备技术,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,将具有生物活性的大分子通过物理吸附、包埋或化学键合的方法固定在材料的表面,生物材料的表面工程,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,生物大分子的表面固定化,生物材料的表面工程,生物大分子的表面固定化,生物材料的表面工程,引发特异性生物反应的表面抗非特异性吸附的表面,生物大分子的表面固定化,生物材料的表面工程,Giemsastainingofhumanchondrocytesafter1hattachmentonsurfacewithout(a),with0.1mm(b)orwith1000mm(c)cyclicthiolRGD-peptide.,BrigitteJeschke,et,al.RGD-peptidesfortissueengineeringofarticularcart