可调控脂肪来源干细胞成骨分化的生物支架材料,医学工程论文

可调控脂肪来源干细胞成骨分化的生物支架材料,医学工程论文摘要：背景：脂肪来源干细胞获取便捷且具有显着的成骨分化能力，被以为是骨缺损修复的理想种子细胞。然而骨组织工程学的研究进展揭示，生物支架材料改性能够直接调控干细胞的成骨分化。目的：综述能够调控脂肪来源干细胞成骨分化效果的各种生物支架材料。方式方法：由。结果与结论：用于骨组织工程的支架材料分为无机材料、天然高分子材料、合成高分子材料3类，无机材料包括羟基磷灰石、磷酸三钙、生物活性玻璃、钛金属、镁金属，天然高分子材料包括胶原、丝素蛋白、壳聚糖，合成高分子材料包括聚己内酯、聚乳酸、聚乙醇酸及其共聚物-聚乳酸-羟基乙酸共聚物。设计能与细胞互相作用以指导其生物反响和骨分化的材料研究一直层出不穷，但怎样营造更安全、更合理、更贴近生物体内的细胞的生长微环境仍然面临着很多困难。对生物支架材料的改性能够直接调控干细胞的成骨分化，同时成骨诱导之外的血管化及植入后的感染也是需要关注的问题。本文关键词语：脂肪来源干细胞;支架材料;成骨分化;骨组织工程;羟基磷灰石;磷酸三钙;胶原;3D打印;Abstract：BACKGROUND:Adipose-derivedstemcellsareeasytoaccessandhavestrongproliferativecapacity,whichareconsideredasidealseedcellsforbonedefectrepair.Thebonetissueengineeringresearchprogressrevealsthatbioscaffoldmaterialmodificationcandirectlyregulatetheosteogenicdifferentiationofstemcells.OBJECTIVE:Toreviewvariousbiologicalscaffoldmaterialsthatcanregulatetheosteogenicdifferentiationofadipose-derivedstemcells.METHODS:ThefirstauthorsearchedthearticlesinCNKI,WanFang,VIP,PubMed,EmbaseandWebofSciencedatabasespublishedfromJanuary2021toMay2022.Thesearchtermswereadiposederivedstemcells,scaffold,osteogenic,metal,TiinChineseandEnglish,respectively.Finally62eligiblearticleswereselected.RESULTSANDCONCLUSION:Scaffoldmaterialsforbonetissueengineeringareclassifiedintoinorganicmaterials(hydroxyapatite,tricalciumphosphate,bioglass,titanium,andmagnesium),naturalpolymermaterials(collagen,silkfibroin,andchitosan)andsyntheticpolymermaterials(polycaprolactone,polylacticacid,polyglycolicacidandpoly(lactic-co-glycolicacid)).Thestudiesonmaterialsthatinteractwithcellstoguidetheirbiologicalresponseandbonedifferentiationareincreasing.Buthowtocreateasafe,rational,andclosetothemicro-environmentofcellgrowthinvivoisachallenge.Modificationofbioscaffoldmaterialscandirectlyregulateosteogenicdifferentiationofstemcells.Moreover,vascularizationandpost-implantationinfectionsareissuesofconcern.Keyword：adipose-derivedstemcells;scaffoldmaterials;osteogenicdifferentiation;bonetissueengineering;hydroxyapatite;tricalciumphosphate;collagen;three-dimensionalprinting;文章快速阅读：文章特点(1)种子细胞和支架材料的选择是骨组织工程的核心问题；(2)脂肪来源干细胞因其获取便捷和显着的成骨分化能力等优势，被以为是骨缺损修复的理想种子细胞；(3)文章具体综述了能够调控脂肪来源干细胞成骨分化效果的各种生物支架材料，旨在为新型生物支架材料的研发和临床转化提供理论支持。文题释义：脂肪干细胞的优势：脂肪来源干细胞具有下面特点：高增殖能力和分泌活性；兼具多向分化潜能；通过其免疫调节能力，能够提高移植后的愈合效果；来源丰富，可在自体或异体上迅速提取，以上优势使其成为骨组织工程的理想种子细胞。骨组织工程支架材料的分类：主要分为3类，无机材料、天然高分子材料、合成高分子材料，无机材料包括羟基磷灰石、磷酸三钙、生物活性玻璃、钛金属、镁金属，天然高分子材料包括胶原、丝素蛋白、壳聚糖，合成高分子材料包括聚己内酯、聚乳酸、聚乙醇酸及其共聚物-聚乳酸-羟基乙酸共聚物。0.引言Introduction由于肿瘤、损伤、炎症、先天性畸形等导致的骨组织缺损，严重影响了患者生活质量，临床常用的修复技术主要是自体和同种异体骨移植，但均存在移植骨形态匹配度差、感染及免疫排挤等问题。骨组织工程技术的飞速发展为解决这一问题提供了新的方向。种子细胞和支架材料的选择是骨组织工程的核心问题。脂肪来源干细胞具有高增殖能力和分泌活性；兼具多向分化潜能；通过其免疫调节能力，能够提高移植后的愈合效果；来源丰富，可在自体或异体上迅速提取[1]，因而是骨组织工程的理想种子细胞。理想的骨修复支架材料应该具备下面特性：良好的生物相容性及生物安全性；与骨构成速度相匹配的生物降解率；具有足够的孔隙，以保证细胞长入和营养物质运输，并在支架内部进行血管化经过；能实现形态重塑，以保证临床不同病例所需的外部形态；良好的成骨诱导性；良好的机械性能和理化特性。为了创设性能优越的支架材料，研究者进行了诸多的相关研究。用于骨组织工程的支架材料分为3类：无机材料、天然高分子材料、合成高分子材料，见表1。文章重点就不同支架材料对脂肪来源干细胞诱导成骨的研究进行综述。表1支架材料的分类和特点1、资料和方式方法Dataandmethods1.1、资料来源以脂肪干细胞，支架材料，成骨，金属，钛；Adiposederivedstemcells,scaffold,osteogenic,metal,Ti为本文关键词语，在中国知网、万方、维普、PubMed、Embase和WebofScience数据库搜索2021年1月至2022年5月发表的相关文献。1.2、纳入与排除标准纳入标准：关于支架材料改性促进脂肪干细胞成骨分化的研究；关于脂肪干细胞联合支架材料修复骨缺损的研究。排除标准：研究中支架材料只承当支架作用而无成骨诱导作用的研究；重复性研究。1.3、数据提取共检索到文献319篇，华而不实中文文献127篇、英文文献192篇，排除与研究目的相关性差及内容陈旧、重复的文献257篇，纳入62篇符合标准的文献进行综述，见图1。图1文献检索流程1.4、质量评价符合纳入标准的62篇文献中，文献[1]讨论了脂肪干细胞在骨组织工程的优势；文献[2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31]讨论了改性无机材料对脂肪干细胞成骨分化的研究进展；文献[32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49,50]讨论了改性天然高分子材料对脂肪干细胞成骨分化的研究进展；文献[51,52,53,54,55,56,57,58,59,60]讨论了改性合成高分子材料对脂肪干细胞成骨分化的研究进展；文献[61,62]讨论了材料空间构造的研究进展。2、结果Results2.1、无机材料无机材料具有良好的生物相容性，机械强度较高，但柔韧性和亲水性较差、材料较脆，并且在机体里降解速度缓慢。因而，无机材料只能充当填充材料，而不能独立作为骨组织工程支架材料用于负重成骨的研究。2.1.1、羟基磷灰石羟基磷灰石是最常见的生物活性材料，其化学式为Ca10(PO4)6(OH)2，是骨缺损修复及相关替代材料的主要研究方向。羟基磷灰石的主要优点是具有较好的生物相容性、骨传导性、可降解性，缺点为脆性大、拉伸性较差。羟基磷灰石能够通过其骨传导性能和良好生物相容性特性诱导骨再生。纳米构造羟基磷灰石具有更大潜力，由于其能够释放Ca2+和PO43-以诱导干细胞成骨分化[2]。然而由于脆性特征，该材料的应用遭到限制。聚合物材料能够通过增加韧性和弹性对羟基磷灰石进行改性。WANG等[3]研发了多孔纳米羟基磷灰石和马来酸酐接枝的聚(甘油癸二酸酯)复合支架，支架平均孔径150-300m，接种人脂肪来源干细胞后的RUNX2、骨钙素、骨胶原1A1等成骨相关因子表示出显着增高，证明该材料能诱导脂肪来源干细胞成骨分化。SATTARY等[4]构建聚已内酯/胶原/纳米羟基磷灰石/维生素D3支架，碱性磷酸酶活性及茜素红染色及成骨基因骨胶原1、碱性磷酸酶、RUNX2高表示出，证实该支架可加强脂肪来源干细胞成骨分化的能力。AMJADIAN等[5]将脂肪来源干细胞接种到左旋聚乳酸/纳米羟基磷灰石/地塞米松/明胶复合支架上，能够刺激碱性磷酸酶活性及成骨基因碱性磷酸酶、骨形态发生蛋白2、RUNX2成骨基因的表示出，进而促进脂肪来源干细胞成骨分化。由于纳米构造羟基磷灰石具有良好的细胞相容性，会使大多数细胞黏附在其外表，最终导致软硬组织粘连。为避免此情况，MA等[6]构建了羟基磷灰石纳米带/聚乳酸Janus膜，在没有生长因子的条件下能够促进碱性磷酸酶活性，增加RUNX2、骨桥素、骨钙素成骨基因表示出，进而促使脂肪来源干细胞的成骨分化，体内实验显示聚乳酸可发挥屏障作用，避免骨与邻近软组织的术后粘连。对羟基磷灰石支架用化学元素进行外表修饰，可促进脂肪来源干细胞成骨分化。GAO等[7]制备了锶-羟基磷灰石-接枝-聚(-苄基-L-谷氨酸)纳米复合材料，通过双重喷射法制备具有高度互相连接的大孔的微载体，体外实验显示碱性磷酸酶、RUNX2、骨胶原1、骨钙素呈现高表示出，体内实验8周micro-CT显示小鼠骨缺损模型中新构成骨体积和骨密度均显着提高。BOSTANCIOGLU等[8]将人脂肪来源干细胞接种在金属离子(Zn、Ag和Cu)掺杂的羟基磷灰石纳米涂层外表，脂肪来源干细胞能够保持较高的细胞数量和细胞活力，羟基磷灰石-ZnAg支架最为显着，在无外源性成骨刺激下，脂肪来源干细胞能够在羟基磷灰石-Com(对照)、羟基磷灰石-Ag、羟基磷灰石-ZnAg和羟基磷灰石-ZnAgCu外表分化为成骨细胞，华而不实羟基磷灰石-Ag支架成骨能力最强。2.1.2、磷酸三钙磷酸三钙的化学式为Ca3(PO4)2，按构造分为高温相(-磷酸三钙)和低温相(-磷酸三钙)。-磷酸三钙具有良好的生物相容性、骨引导作用和可降解性能，在骨缺损修复中应用广泛。-磷酸三钙可通过释放钙磷促进组织矿化，显着加强新骨构成和钙化，是骨组织工程的潜力材料。羟基磷灰石/-磷酸三钙构成的复合材料应用广泛，其具有良好的生物相容性、可降解性、骨传导性、适宜的孔隙率及骨诱导能力。CANCIANI等[9]以30%羟基磷灰石和70%-磷酸三钙制备双向磷酸钙支架，结果显示碱性磷酸酶活性升高和钙沉积物增加，证明提高了脂肪来源干细胞的成骨分化程度。-磷酸三钙/胶原支架材料是一种较为常见的复合材料，其从仿生学角度模拟了骨组织成分。LI等[10]制备了羟基磷灰石/-磷酸三钙复合支架，荧光显微镜显示复合支架上的细胞于24h开场显示具有典型成骨细胞样形态，成骨相关基因碱性磷酸酶、骨形态发生蛋白2、骨钙素、骨桥素、骨胶原1A1等表示出上调，证实含有-磷酸三钙的支架能更好地促进脂肪来源干细胞的成骨分化。传统支架在制作经过中很难完全符合骨缺损形状，获得均匀一致的孔径及孔隙率，因而很多学者开场尝试用3D打印技术制作支架。PARK等[11]制作3D打印的聚已内酯/-磷酸三钙支架，碱性磷酸酶活性、vonKossa染色及骨胶原1、骨钙素、RUNX2等成骨基因表示出结果显示，3D打印的聚已内酯/-磷酸三钙支架显着提升了人脂肪来源干细胞的成骨能力。LEE等[12]使用3D打印技术制作聚已内酯/磷酸三钙支架，体外实验显示成骨相关基因骨胶原1、骨钙素、RUNX2表示出增高，体内实验通过CT及组织学检查显示小猎犬上颌骨缺损有较好成骨效果，证实3D打印聚已内酯/磷酸三钙可促进脂肪来源干细胞的成骨分化。KURZYK等[13]将人脂肪来源干细胞接种到覆盖有磷酸三钙的聚已内酯(聚已内酯+5%磷酸三钙)3D打印支架上，茜素红染色、碱性磷酸酶活性测定结果显示聚已内酯/磷酸三钙支架对脂肪来源干细胞成骨分化有促进作用。支架内初始血管的构成及其与宿主脉管系统的关系，可更好地确保骨组织修复。缺氧诱导因子1信号传导被以为是血管构成的关键因子，促进干细胞成骨活性。二甲基乙二酰基甘氨酸可在正常氧条件上调缺氧诱导因子1蛋白的表示出水平，选择二甲基乙二酰基甘氨酸输送的新型载体能够提升脂肪来源干细胞成骨水平。JAHANGIR等[14]制备递送二甲基乙二酰基甘氨酸的-磷酸三钙-藻酸盐-明胶支架并培养脂肪来源干细胞，体外实验证实碱性磷酸酶活性增高，钙沉积增加，成骨相关基因碱性磷酸酶、骨钙素上调，证实促进了脂肪来源干细胞的成骨分化，体内实验苏木精-伊红染色、马松染色及CT结果显示鼠颅骨临界骨缺损获得了更好的成骨效果。2.1.3、生物活性玻璃生物活性玻璃是一种拥有良好生物相容性、可降解性能的骨组织修复材料，通过释放不同离子如硅(Si)、钙(Ca)上调成骨相关基因，促进干细胞的成骨分化。固然生物活性玻璃具有良好的生物相容性和生物活性，但是脆性大，而高分子材料具有良好的抗弯及抗拉强度，将两者复合后可综合2种不同体系的优点。MAHDAVI等[15]采用静电纺丝技术成功制备了聚-L-乳酸支架，在这里支架涂覆纳米生物活性玻璃，将马脂肪来源干细胞在纳米生物活性玻璃包被的聚-L-乳酸纳米纤维支架上培养，结果显示纳米生物活性玻璃-聚-L-乳酸支架可促进成骨相关基因RUNX2、骨胶原1、碱性磷酸酶的表示出，加强碱性磷酸酶活性，进而促进脂肪来源干细胞的成骨分化。DU等[16]通过改性溶胶-凝胶和颗粒加强技术构建介孔生物活性玻璃支架，其有高度互联的大孔隙(200-500m)，可为血管及骨骼生长提供营养物质并为废物运输提供条件；通过接种内皮诱导的脂肪来源干细胞对支架进行预血管化，以修复大鼠股骨临界尺寸的骨缺损，证实携带内皮诱导的脂肪来源干细胞预血管化介孔生物活性玻璃支架能够产生快速血管生成和骨再生。JING等[17]将脂肪来源干细胞接种到淫羊藿苷掺杂的45S5生物活性玻璃，体外实验显示血管内皮生长因子蛋白分泌水平升高，体内植入12周通过Micro-CT、组织学和免疫组织化学染色显示可显着促进大鼠颅骨骨缺损修复，证明淫羊藿苷/45S5生物玻璃接种脂肪来源干细胞可明显促进成骨和血管生成。2.1.4、钛金属当前临床最为常用的金属植入材料为钛及其合金。钛材料机械强度高，耐腐蚀，抗疲惫性好，价格经济，主要用于承力骨、关节和牙等硬组织的修复和替换，夹板、缝合针、骨螺钉等植入器件，心血管和软组织修复中的支架材料。钛支架材料不同的孔径和孔隙率能够影响脂肪来源干细胞的成骨分化。LONGWEI等[18]采用阳极氧化工艺制备二氧化钛纳米管，研究发现直径为70nm的纳米管能够通过抑制RBP2表示出上调成骨相关基因区域H3K4的甲基化水平，进而促进成骨效果。MALEC等[19]采用阳极氧化工艺制备纳米多孔阳极二氧化钛膜，构成高度有序的纳米外表构造，华而不实108nm孔径材料不仅提高了脂肪来源干细胞的增殖能力，碱性磷酸酶、骨形态发生蛋白2、RUNX2等成骨相关因子表示出也相应增加。随着细胞外基质环境在纳米尺度的揭示，针对植入材料外表的研究开场走向基于仿生的微纳米多级构造建立及生物性能分析。微米构造可增加骨-植入体之间的机械嵌合力，促进细胞的增殖与黏附；纳米构造能够通过调控细胞内信号分子通路进而影响细胞行为。微纳米多级构造对细胞黏附、增殖和分化的显着促进作用，已被很多研究者所证实。MOON等[20]利用靶离子诱导等离子体溅射在微米Ti-6Al-4V外表制备分层微纳米构造，并验证了其对前成骨细胞MC3T3-E1的黏附和增殖有显着促进作用，犬下颌骨体内实验显示骨与种植体的接触面积和新骨体积显着改善。JIANG等[21]采用喷砂/酸蚀和阳极氧化在钛外表制作分层微纳米构造，其外表培养MC3T3-E1细胞的碱性磷酸酶活性升高，细胞矿化显着增高，RUNX2、骨胶原1、骨钙素成骨基因表示出显着上调，证实微纳构造钛对MC3T3-E1细胞的成骨有促进作用。微纳米多级构造对干细胞的成骨诱导性也得到了相关验证。LI等[22]利用微弧氧化在钛外表制备了一种新型的皮质样微/纳米双尺度构造二氧化钛涂层，体外实验证实皮质样构造对骨髓间充质干细胞的黏附、扩散和分化有显着促进作用，体内实验皮质样构造表现出更突出的细胞相容性和骨整合。ZHOU等[23]制作了掺杂有锶、钴和氟的微孔二氧化钛/磷酸钙涂层钛，其具有分级的微/纳米构造。二氧化钛/磷酸钙涂层钛可抑制革兰阳性及阴性细菌的定植和生长，刺激大鼠骨髓干细胞中关键血管生成因子血管内皮生长因子、缺氧诱导因子1a的表示出，以及成骨相关基因碱性磷酸酶、骨桥素、骨胶原1、骨钙素的表示出。体内动物实验显示，二氧化钛/磷酸钙涂层钛可诱导更多新骨和更严密的骨结合。这些都提示微纳米多级构造钛有望成为诱导脂肪干细胞成骨分化的新型材料。对钛材料进行外表化学修饰，可通过改变脂肪来源干细胞成骨微环境进而促进其成骨分化。KIM等[24]将Sr修饰于钛材料外表，证明Sr的释放能够主动诱导脂肪来源干细胞在纳米钛材料外表的黏附相关因子vincu-lin、talin、RHOA呈高表示出，同时碱性磷酸酶、骨唾液酸蛋白、骨钙素、骨保卫素、RANKL等成骨相关因子的表示出也相应增加。MARYCZ等[25]使用溶胶-凝胶法将2种不同剂量的生物活性鞘脂S1P融入二氧化钛涂层，降低其外表粗糙度，二氧化钛/S1P(80?g/L)上脂肪来源干细胞生成骨结节数量最多，骨桥素、骨形态发生蛋白2表示出也显着增加，S1P能够通过激活S1PR1/JAK/STAT信号通路介入该经过。HEO等[26]将金纳米颗粒(GNP)均匀地固定在二氧化钛外表制成二氧化钛-金纳米颗粒，以此材料为培养基底诱导人脂肪来源干细胞成骨分化，其成骨标志物骨胶原1、RUN2、骨钙素、骨唾液酸蛋白均表示出上调，碱性磷酸酶活性和钙沉积测定呈现高水平。金属外表进行适当处理后能够构成具有缓释促成骨药物的构造。YUNSONG等[27]在钛材料外表构建具有缓释作用的磷酸钙涂层，分别负载甲硝唑和辛伐他汀后培养脂肪来源干细胞，证明辛伐他汀缓释支架上脂肪来源干细胞的RUNX2、骨钙素等成骨相关因子表示出增高并向成骨分化。2.1.5、镁金属镁(Mg)及其合金具有良好的生物学、力学相容性和可降解性，其密度和弹性模量与人体骨极为类似，可有效减少应力屏蔽效应，是一种极有前景的骨组织工程支架材料，缺点为机械性能差和在生理环境中易被氧化腐蚀。镁支架材料对脂肪来源干细胞作用的研究当前尚处于镁对脂肪来源干细胞毒性、活力、增殖及耐腐蚀方面的探寻求索。FAZELANVARI-YAZDI等[28]评估Mg-2Zn和Mg-2Zn-xCa(x=1%,2%,3%)合金对脂肪来源干细胞的影响，MTT测定检查显示所有合金在24h对细胞活力并无显着不利影响，动电位极化分析证实合金元素Zn和Ca的参加提高了镁的耐腐蚀性。HOU等[29]应用超声波纳米晶体外表改性对AZ31B-镁材料进行外表处理后，合金硬度、委屈服从应力和耐磨性均得到显着改善，但其耐腐蚀性没有变化，处理前后脂肪来源干细胞与AZ31B-Mg的生物相容性良好，该材料有着潜在诱导脂肪来源干细胞成骨分化的潜能。羟基磷灰石、-磷酸三钙、生物活性玻璃均有良好的生物相容性、骨诱导作用，对成骨分化起到积极作用，普遍存在的弱点为材料较脆，需对其进行增韧处理。当前的主要研究趋势为通过将羟基磷灰石、-磷酸三钙、生物活性玻璃与聚合物等软质材料混合，在孔隙率、机械强度、生物活性等方面进行综合调控，以弥补研究缺乏[30]。此类改性措施对提高材料机械性能起到了积极作用，但对知足临床承重部位的植入要求仍然存在距离。同时羟基磷灰石、-磷酸三钙、生物活性玻璃的成骨性能已得到广泛肯定，但对成骨之外的血管化问题研究相对较少，仍然存在一定的空白。钛材料具有良好的生物相容性，是骨科和牙科领域的首选植入物，临床存在的一些主要问题为钛的生物惰性所致与周围骨组织结合差且弹性模量较高，容易出现周围骨质吸收及材料松动，通过改性提高钛材料-骨结合有重要意义。当前较为有前景的研究趋势为阳极氧化制备二氧化钛纳米管，其具有优越的生物相容性和力学性能，不同纳米尺度对成骨调控方面的研究仍然有必要进一步开展，且仍需在不同条件下使用不同动物模型加强二氧化钛纳米管的体内研究[31]。镁金属由于与骨组织更接近的弹性模量及潜在成骨性能，是一种有前途的骨组织工程材料，在怎样提高骨再生和提升耐腐蚀性方面，镁合金仍然有很大的研发空间。2.2、天然高分子材料天然高分子材料的生物相容性好，包括胶原、明胶、丝素蛋白、壳聚糖、琼脂糖、透明质酸、纤维素、纤维蛋白原、硫酸软骨素、藻酸盐、氨基葡萄糖、脂质体和细胞外基质等，有利于促进细胞的各项生理功能。2.2.1、胶原胶原是构成骨组织的重要成分，具有良好的生物相容性，抗原性小，有利于干细胞的黏附、分化、增殖，由其制备的人工皮肤已应用于临床。单一胶原支架具有降解速率高、机械性能差的缺点，能够结合羟基磷灰石等陶瓷材料制成矿化胶原支架(骨胶原/羟基磷灰石)，以改善其机械性能、生物相容性、骨传导性、骨诱导性和生物降解性。骨胶原/羟基磷灰石可进一步与其他材料复合并进行外表改性，进而促进干细胞的成骨分化。DEWEY等[32]将聚乳酸与微米级孔隙度的骨胶原/羟基磷灰石整合制作了多尺度骨胶原/羟基磷灰石/聚乳酸复合材料，此材料具有优良的机械性能并便于塑型，在缺乏成骨诱导的情况下仍然能够促使脂肪来源干细胞向成骨细胞分化。TIFFANY等[33]将硫酸锌包裹在胶原-黏多糖上构成锌功能化支架，脂肪来源干细胞在该材料上培养后成骨相关基因骨胶原A2、骨形态发生蛋白2、RUNX2等表示出上调，micro-CT显示矿物质构成显着增加。CALABRESE等[34]将镁载入骨胶原/羟基磷灰石培养脂肪来源干细胞，茜素红染色显示钙沉积物增加，RUNX2、骨胶原1A1、碱性磷酸酶成骨相关因子表示出上调，显示其促进脂肪来源干细胞成骨分化的能力。胶原可以通过与不同高分子材料复合来增加其机械性能和改善成骨分化能力。TOOSI等[35]用胶原结合聚乙醇酸制备骨胶原/聚乙醇酸支架，脂肪来源干细胞接种到支架上并修复兔颅骨缺损，骨胶原聚乙醇酸/脂肪来源干细胞与骨胶原/聚乙醇酸组碱性磷酸酶等成骨相关基因表示出均显着性上调，CT示两组均能显着修复颅骨缺损，且两者并无显着差异，这也许与移植细胞数量较少或观察时间短有一定相关性。MAISANI等[36]构建由Ⅰ型骨胶原和糖基-核苷-氟化组成的糖基-核苷-氟化-骨胶原复合水凝胶，物理水凝胶的参加防止了胶原的收缩和脂肪来源干细胞从凝胶中扩散出来，其机械性能、弹性模量和生物学特性均得以改善，碱性磷酸酶活性升高，茜素红染色和茜素红染色显示钙沉积物显着增加，证实糖基-核苷-氟化-骨胶原复合水凝胶促进人脂肪来源干细胞成骨分化的作用。NEDJARi等[37]基于聚(L-丙交酯ε-己内酯)和纤维蛋白原组成的电纺混合纳米纤维，制作出了一种3D蜂窝构造支架培养人脂肪来源干细胞，结果显示碱性磷酸酶活性升高，钙沉积增加，成骨基因碱性磷酸酶、RUNX2表示出上调，证明该支架对人脂肪来源干细胞成骨分化有显着促进作用。CHEN等[38]制备出负载Sr的氧化石墨烯Sr-GO-Col纳米复合材料，此支架将可长期释放Sr离子，具有更高层次的保水性和机械性能，能够通过分泌血管内皮生长因子、骨形态发生蛋白2等血管生成因子经MAPK信号传导途径来刺激内皮细胞构成，进而促进脂肪来源干细胞的体外成骨分化，体内研究中将Sr-GO-Col复合材料移植到大鼠颅骨缺损中，12周时也能够表现出更好的骨再生和血管生成效果。对胶原支架进行外表化学修饰能够改变其理化性质，为脂肪来源干细胞成骨分化提供特定的微环境，进而促进脂肪来源干细胞的成骨分化。SASAYAMA等[39]将表没食子儿茶素没食子酸酯修饰于明胶海绵支架，其亲水性加强，促进了脂肪来源干细胞的黏附能力，可有效诱导脂肪来源干细胞的成骨分化。GURUMURTHY等[40]将弹性蛋白样多肽修饰于胶原复合材料，18g/L弹性蛋白样多肽和6g/L骨胶原配比的弹性蛋白样多肽-骨胶原复合物具有更大的拉伸强度和弹性模量，培养的人脂肪来源干细胞上碱性磷酸酶活性增加，茜素红染色显示钙沉积物增加，骨钙素蛋白定量增高，显示弹性蛋白样多肽-骨胶原复合物具有更高层次的促进脂肪来源干细胞成骨分化能力。2.2.2、丝素蛋白丝素蛋白主要来自蚕丝，容易获得且价格低廉，作为一种天然生物材料具有良好的生物相容性、缓慢的生物降解速率和低炎症反响等特征，在骨组织工程中应用广泛。由于单一丝素蛋白制备的支架力学性能降低、韧性减小，很难承受应力，骨细胞附着能力不佳，骨诱导能力有限，很难同时知足实际应用中对各种不同性质的要求。因而，丝素蛋白通常与其他材料相结合来制备丝素蛋白复合材料支架，通过组分和制备工艺来调节其各方面的性质，以知足骨组织工程的不同需求。丝素蛋白支架最常用到的形态是丝素蛋白静电纺丝纤维，该支架及其改进产物被证实可加强骨缺损模型中干细胞的成骨分化和骨构成。KO等[41]应用静电纺丝技术制备制成丝素蛋白/羟基磷灰石支架，然后用聚多巴胺修饰丝素蛋白/羟基磷灰石支架的外表，以构成黏合剂层，最后羟基磷灰石沉积产生丝素蛋白/羟基磷灰石支架的开放获取文章，根据(知识分享许可协议〕署名-非商业性使用-一样方式分享4.0条款，在合理引用的情况下，允许别人以非商业性目的基于原文内容编辑、调整和扩展，同时允许任何用户阅读、下载、拷贝、传递、打印、检索、超级链接该文献，并为之建立索引，用作软件的输入数据或其它任何合法用处。以下为参考文献[1]ULLAHI,SUBBARAORB,RHOGJ.Humanmesenchymalstemcells-currenttrendsandfutureprospective.BiosciRep.2021;35:1-18.[2]DINGZZ,FANZH,HUANGXW,etal.Bioactivenaturalproteinhydroxyapatitenanocarriersforoptimizingosteogenicdifferentiationofmesenchymalstemcells.JMaterChemB.2021;B4:3555-3561.[3]WANGY,SUNN,ZHANGY,etal.Enhancedosteogenicproliferationanddifferentiationofhumanadipose-derivedstemcellsonaporousn-HA/PGS-Mcompositescaffold.SciRep.2022;9(1):1-10.[4]SATTARYM,RAFIENIAM,KAZEMIM,etal.PromotingeffectofnanohydroxyapatiteandvitaminD3ontheosteogenicdifferentiationofhumanadipose-derivedstemcellsinpolycaprolactone/gelatinscaffoldforbonetissueengineering.MaterSciEngCMaterBiolAppl.2022;97:141-155.[5]AMJADIANS,SEYEDJAFARIE,ZEYNALIB,etal.Thesynergisticeffectofnano-hydroxyapatiteanddexamethasoneinthefibrousdeliverysystemofgelatinandpoly(l-lactide)ontheosteogenesisofmesenchymalstemcells.IntJPharm.2021;507(1-2):1-11.[6]MAB,HANJ,ZHANGS,etal.Hydroxyapatitenanobelt/polylacticacidJanusmembranewithosteoinduction/barrierdualfunctionsforprecisebonedefectrepair.ActaBiomater.2021;71:108-117.[7]GAOL,HUANGZ,YANS,etal.Sr-HA-graft-Poly(-benzyl-l-glutamate)NanocompositeMicrocarriers:ControllableSr2+ReleaseforAcceleratingOsteogenenisisandBonyNonunionRepair.Biomacromolecules.2021;18(11):3742-3752.[8]BOSTANCIOGLURB,GURBUZM,AKYUREKLIAG,etal.Adhesionprofileanddifferentiationcapacityofhumanadiposetissuederivedmesenchymalstemcellsgrownonmetalion(Zn,AgandCu)dopedhydroxyapatitenano-coatedsurfaces.ColloidsSurfB.2021;155:415-428.[9]CANCIANIE,DELLAVIAC,FERREIRALM,etal.HumanAdipose-DerivedStemCellsonRapidPrototypedThree-DimensionalHydroxyapatite/Beta-TricalciumPhosphateScaffold.JCraniofacSurg.2021;27(3):727-32.[10]LIQ,WANGT,ZHANGGF,etal.AComparativeEvaluationoftheMechanicalPropertiesofTwoCalciumPhosphate/CollagenCompositeMaterialsandTheirOsteogenicEffectsonAdipose-DerivedStemCells.StemCellsInt.2021;2021:1-12.[11]PARKH,KIMJS,OHEJ,etal.Effectsofthree-dimensionallyprintedpolycaprolactone/-tricalciumphosphatescaffoldonosteogenicdifferentiationofadiposetissue-andbonemarrow-derivedstemcells.ArchCraniofacSurg.2021;19(3):181-189.[12]LEEJW,CHUSG,KIMHT,etal.OsteogenesisofAdipose-DerivedandBoneMarrowStemCellswithPolycaprolactone/TricalciumPhosphateandThree-DimensionalPrintingTechnologyinaDogModelofMaxillaryBoneDefects.Polymers.2021;9(9):1-16.[13]KURZYKA,OSTROWSKAB,?WI?SZKOWSKIW,etal.CharacterizationandOptimizationoftheSeedingProcessofAdiposeStemCellsonthePolycaprolactoneScaffolds.StemCellsInt.2022;13:373-384.[14]JAHANGIRS,HOSSEINIS,MOSTAFAEIF,etal.3D-porous-tricalciumphosphate-alginate-gelatinscaffoldwithDMOGdeliverypromotesangiogenesisandboneformationinratcalvarialdefects.JMaterSciMaterMed.2021;30(1):1-14.[15]MAHDAVIFS,SALEHIA,SEYEDJAFARIE,etal.Bioactiveglassceramicnanoparticles-coatedpoly(L-lacticacid)scaffoldimprovedosteogenicdifferentiationofadiposestemcellsinequine.TissueCell.2021;49(5):565-572.[16]DUJ,XIEP,LINS,etal.Time-phaseSequentialUtilizationofADSCsonMesoporousBioactiveGlassforRestorationofCriticalSizeBoneDefects.ACSApplMaterInterfaces.2021;10(34):28340-28350.[17]JINGX,YINW,TIANH,etal.Icariindopedbioactiveglassesseededwithratadipose-derivedstemcellstopromotebonerepairviaenhancedosteogenicandangiogenicactivities.LifeSci.2021;202:52-60.[18]LONGWEILV,YUNSONGL,PINGZ,etal.ThenanoscalegeometryofTiO2nanotubesinfluencestheosteogenicdifferentiationofhumanadipose-derivedstemcellsbymodulatingH3K4trimethylation.Biomaterials.2021;39:193-205.[19]MALECK,G?RALSKAJ,HUBALEWSKA-MAZGAJM,etal.Effectsofnanoporousanodictitaniumoxideonhumanadiposederivedstemcells.IntJNanomedicine.2021;14(11):5349-5360.[20]MOONBS,KIMS,KIMHE,etal.Hierarchicalmicro-nanostructuredTi6Al4Vsurfacetopographyviatwo-step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