高分子支架材料

软骨损伤在临床上十分常见，但由于软骨修复再生能力较差。组织工程技术的发展为软骨修复再生提供了新途径。软骨组织工程研究主要包括种子细胞、支架材料和细胞因子，其中支架材料扮演了重要角色。理想的支架材料应具有良好的生物相容性、可控的生物降解速率、良好的力学性能及可塑性,高度多孔的三维立体结构有利于细胞黏附与生长，从而为种子细胞提供良好的生长环境，促进细胞分化、代谢。天然高分子材料、人工合成高分子材料和复合材料是重要的软骨组织工程支架材料。天然高分子材料构成软骨组织工程支架的天然高分子材料包括纤维蛋白、胶原、藻酸盐、壳聚糖(CTS)、硫酸软骨素、羟基磷灰石及透明质酸等。天然高分子材料的优点是生物相容性较好，降解产物可被机体代谢吸收，利于细胞生长及增殖。但相应的缺点是大部分材料降解速率较难控制，力学强度较低。人工合成高分子材料常用于软骨组织工程研究的人工合成高分子材料有聚己酸内酯(PCL)、聚乳酸(PLA)、聚羟基乙酸(PGA)、PLA-PGA共聚物(PLGA)、聚氨酯（PU）等。人工合成高分子材料优点是具有良好的生物相容性和力学强度，降解速率可控，塑形效果好，可通过调整聚合物比例、相对分子质量满足不同需求，缺点是该类材料亲水性差，对细胞亲和力弱。复合材料结合生物相容性良好、利于细胞增殖和黏附、亲水性好的天然高分子材料及力学强度好、降解速率可控、易塑形、孔隙率高的人工合成高分子材料制得的复合材料,可起到优势互补的作用,使软骨组织工程支架材料特性更理想。以聚氨酯材料对一种易损伤软骨组织——半月板的移植应用为例a.用于内侧或外侧半月板移植的Actifit聚氨酯支架;b.聚氨酯支架电镜下多孔结构应用于膝关节半月板材料现状目前已经应用于临床的半月板移植材料为CMI，来源于1.型牛胶原基质，但由于力学强度较低，手术适应症较窄。在人工合成聚合物中，除聚氨酯外其他材料均处在基础研究阶段。聚氨基甲酸酯(polyurethane，PU)简称聚氨酯。聚氨酯是一种主链上含有重复氨基甲酸酯基团(-NHCO00-)的极性高分子聚合物，具有软/硬段交替存在的结构，通过改变软/硬链段结构成分及比例，可以灵活地调控聚氨酯材料性能，制备具有优异机械性能和生物相容性的医用聚氨酯。脂肪族聚氨酯具有安全可降解的性质，可被巨噬细胞等吞噬降解，细胞及细胞外基质最终填充替代降解的聚氨酯支架。动物实验表明，通过优选的聚氨酯材料支架及支架功能化重建从而恢复半月板结构和功能可以有效促进半月板再生，保护关节软骨从而延缓骨关节炎的发展。聚氨酯支架简要合成过程及结构式基于聚氨酯材料良好的生物相容性，化学稳定性，优异的力学性能和可生物降解，使用多孔可生物降解的聚氨酯材料作为半月板缺损之间的连接移植物，是目前临床上一种具有良好应用潜力的半月板重建方法。Nusurface永久型全半月板假体大体观以聚氨酯为材料基础的Actifit半月板支架，是目前正式应用于临床的人工合成材料半月板植入物，用于半月板部分缺损的修复。该半月板支架具有良好力学性能和孔隙结构，可为细胞粘附增殖提供适合的微环境。ActiveImplants公司2010年研制出一种永久型聚碳酸酯型聚氨酯半月板替代物Nusurface，此为第一个正在进行临床试验的永久型全半月板移植假体。其设计为盘状，是一种非锚定式的股骨契合的植入物，可通过微创膝关节镜切口在不破坏骨、软骨和关节主要结构的情况下植入股骨和胫骨软骨面之间的内侧间室以替代半月板，该类型移植物不具有降解再生作用，具有优良的力学性能，是一种永久性半月板替代物。结语高分子支架材料发展迅速,但仍面临很多挑战。多种材料组合形成的复合材料兼具不同材料特性，结合天然高分子与人工合成高分子的优点，根据实际需要对不同材料进行组合和比例搭配，可构成孔隙率合适、抗原性更低、可控降解、组织相容性好的支架材料。材料的生物功能化修饰如生长因子、种子细胞、力学刺激等为软骨组织再生提供了积极因素，今后的研究应明确这些因素发挥作用的最优条件和各影响因素之间的相互关系