中国组织工程研究 第18卷 第30期 2014–07–16出版 Chinese Journal of Tissue Engineering Research July 16, 2014 Vol.18, No.30

ISSN 2095-4344 CN 21-1581/R CODEN: ZLKHAH

4895www.CRTER.org 马新芳，女，1993年生，河南省项城市人，汉族，大连大学本科在读，主要从事骨组织工程研究。 通讯作者：张静莹，讲师，大连大学医学部，辽宁省大连市 116622 doi:10.3969/j.issn.2095-4344. 2014.30.022 [http://www.crter.org] 中图分类号:R318 文献标识码:A 文章编号:2095-4344 (2014)30-04895-05 稿件接受：2014-06-10 Ma Xin-fang, Medical School of Dalian University, Dalian 116622, Liaoning Province, China Corresponding author: Zhang Jing-ying, Lecturer, Medical School of Dalian University, Dalian 116622, Liaoning Province, China Accepted: 2014-06-10 骨组织工程支架材料的研究现状与应用前景 马新芳，张静莹(大连大学医学部，辽宁省大连市 116622) 文章亮点： 1 此问题已知的信息：在骨组织工程的研究中，发现组织工程骨血管化能够提供细胞生长的氧气和营养物质，并起到促进机体代谢的作用，因此血管化的形成是骨组织工程能否成功的关键问题之一。 2 文章增加的新信息：①明确了骨组织工程血管化的形成很大程度上依赖于具有合适性能的支架材料。②根据骨组织工程支架材料目前的发展现状做出分类。③着重介绍新型复合支架材料的研究现状。 3 临床应用的意义：合适的支架材料能够最大程度的实现骨组织工程的血管化，从而实现新骨的形成以修复骨缺损。而目前各种支架材料的缺陷限制着骨组织工程的发展和临床应用，但随着新型支架材料的出现和人们不断地研究，骨组织工程的难题定能得到突破，并实现在临床上的应用。 关键词： 生物材料；骨生物材料；骨组织工程；支架材料；复合支架；血管化 主题词： 组织工程；支架；综述 基金资助： 中国博士后科学基金面上项目(2014M551097)；辽宁省教育厅基金(2013481)；辽宁省博士启动基金 (20141198)；大连市科技计划项目(2013E11SF057) 摘要 背景：目前组织工程骨修复骨缺损在临床应用中较为关键的问题是建立血管网，为新骨的形成提供氧气及营养物质，并为机体提供代谢途径。 目的：综述近年组织工程骨支架材料的特点，并着重介绍复合支架材料的研究现状。 方法：以“骨组织工程，血管化，支架材料，复合支架材料”为中文检索词，以“bone tissue engineering， vascularization，scaffold，composite scaffold”英文检索词，应用计算机在中国期刊全文数据库和PubMed数据库检索2001年1月至2014年1月的相关文章，将所有文章进行初步筛选后，对保留的文章进一步详细分析、归纳并总结。 结果与结论：按照组织工程骨支架材料的来源不同，可将其分为人工合成材料、天然衍生材料和复合支架材料，单一支架材料难以作为最理想的材料修复骨缺损，复合支架材料能在不同程度上弥补单一支架材料的缺陷，因此近年来组织工程支架材料的发展由单一材料发展为复合材料，并呈现人工合成材料与天然材料有机结合的趋势。但复合支架材料在临床应用中仍然有许多尚待解决的问题，主要有控制复合材料比例，使材料降解速率与组织细胞的生长速率相适应，保持复合材料的多孔隙和高机械强度。 马新芳，张静莹.骨组织工程支架材料的研究现状与应用前景[J].中国组织工程研究，2014，18(30):4895-4899. Development of bone tissue engineering scaffold materials Ma Xin-fang, Zhang Jing-ying (Medical School of Dalian University, Dalian 116622, Liaoning Province, China) Abstract BACKGROUND: Bone tissue engineering is the most promising way to treat bone defects at present. The key problem is to construct vascular networks which can provide oxygen and nutrients for new bone, and thereby provide a way for the body metabolism. OBJECTIVE: To review the characteristics of bone tissue engineering scaffold materials and to introduce the development of composite scaffold materials. METHODS: With the key words of “bone tissue engineering, scaffold, vascularization, composite scaffold” in Chinese and in English, respectively, a computer-based search was performed for articles published in CNKI and PubMed databases from January 2001 to January 2014. After the initial screening, the reserved articles were further detailed, summarized and concluded. RESULTS AND CONCLUSION: According to the different sources, the bone tissue engineering scaffold materials can be divided into artificial materials, natural derivatives and composite scaffold materials. Single scaffold is difficult to be the most ideal material for repair of bone defects, while composite scaffold can make up for the defects of the single scaffold to different degrees. Therefore, in recent years, the bone tissue engineering scaffolds have developed from single to composite scaffolds and there is the trend of organic combination of artificial materials and natural derivatives. However, composite scaffolds have many problems to be solved in the clinical 马新芳，等. 骨组织工程支架材料的研究现状与应用前景

P.O. Box 10002, Shenyang 110180 www.CRTER.org 4896 www.CRTER.org application. The main aspect is to control the proportion of the composite scaffold so that the degradation of materials can be matched with growth of tissues and cells. The other one is to keep the porous and high mechanical strength of the composite scaffold. Subject headings: tissue engineering; stents; review Funding: the China Postdoctoral Science Foundation, No. 2014M551097; the Fund of Liaoning Education Bureau, No. 2013481; the Doctoral Initial Fund of Liaoning Province, No. 20141198; the Science and Technology Plan of Dalian City, No. 2013E11SF057 Ma XF, Zhang JY. Development of bone tissue engineering scaffold materials. Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu. 2014;18(30):4895-4899. 0 引言 Introduction 骨组织工程在治疗临床骨缺损的应用中具有显著优势，近年来受到国内外学者的广泛关注。骨组织工程的3个基本要素是种子细胞、信号因子和支架材料，其过程是指将体外培养良好的种子细胞移植到合适的支架材料上继续培养，一段时间后形成新骨，且支架材料被降解，最终达到修复骨缺损的目的。该过程中组织工程骨血管化能够提供细胞生长的氧气和营养物质，起到促进机体代谢的作用，故血管化的形成是骨组织工程能否成功的关键问题之一。而血管化的形成则很大程度上依赖于具有合适性能的支架材料。支架材料作为骨组织工程的重要组成部分，每一种支架材料都有其优缺点，其中复合支架材料因其显著优势在骨组织工程中的研究越来越多。 理想的骨组织工程支架材料应具备的条件：①生物相容性和表面活性：有利于细胞的黏附，无毒，不致畸，不引起炎症反应，为细胞的生长提供良好的微环境，能安全用于人体。②骨传导性和骨诱导性[1]：具有良好骨传导性的材料可以更好地控制材料的降解速度，具有良好骨诱导性的支架材料植入人体后有诱导骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化并促进其增殖的潜能[2]。③生物可降解性：在组织形成过程中逐渐分解，并且速度与组织细胞的生长速度相一致，降解时间应能调控[3]。④合适的孔径和孔隙 率[4]：理想的支架材料孔径最好与正常骨单位的大小相近 (人骨单位的平均大小约为223 μm)[5]，在维持一定的外形和机械强度的前提下，通常要求骨组织工程支架材料的孔隙率应尽可能高，同时孔间具备连通孔隙，这样有利于细胞的黏附和生长[6]，促进新骨向材料内部的长入，利于营养成分的运输和代谢产物的排出[4]。⑤机械强度和可塑性：材料可被加工成所需的形状，并且在植入体内后的一定时间内仍可保持其形状。 文章按照支架材料的来源不同，将其分为人工合成材料、天然衍生材料和复合支架材料，并以上述骨组织工程支架材料应具备的条件为依据，综述每种支架材料的优势与缺点，着重介绍复合支架材料的研究现状。 1 资料和方法 Data and methods 1.1 资料来源 以“骨组织工程、血管化、支架材料、复合支架材料”为中文检索词，以“bone tissue engineering， vascularization，scaffold，composite scaffold materials”为英文检索词，应用计算机在中国期刊全文数据库和PubMed数据库检索2001年1月至2014年1月与骨组织工程相关文章，将所有文章进行初步筛选后，对保留的文章进一步详细分析、归纳并总结。 1.2 纳入与排除标准 纳入标准：文章所述内容与骨组织工程密切相关；文章涉及骨组织工程支架材料方面的研究。 排除标准：文章与本文相关性不强，参考价值不高；发表时间过早，不是最新研究或已有更新的研究结果。 1.3 数据提取 共检索到文献150篇，其中中文文献100篇，英文文献50篇，排除与研究目的相关性差及内容陈旧、重复的文献119篇，纳入31篇符合标准的文献进行综述。 1.4 质量评价 符合纳入标准的31篇文献中，文献[1-6]简单概述骨组织工程支架材料，文献[7-19]简要概述单一支架材料，文献[20-31]阐明目前不同种类复合支架材料的发展现状和发展方向。 2 结果 Results 2.1 人工合成材料 2.1.1 无机材料 应用于骨组织工程的无机材料有生物陶瓷(氧化铝陶瓷、羟基磷灰石、磷酸三钙)，多孔金属(不锈钢、钴基合金、记忆合金)，钛及钛合金，磷酸钙水泥，其中以羟基磷灰石和磷酸三钙的研究较多。羟基磷灰石材料的优点是生物相容性好[7]，可与人体自然骨形成牢固的化学键合，有一定生物力学强度；缺点主要为降解性较差、塑形困难，不利于新生骨的改建，同时其材料孔的相互连通程度及连通大小对骨传导性能有较大影响[8]。磷酸三钙材料的优点是生物相容性高，但缺点是体内降解过快[9]。林柳兰等[10]采用冷冻干燥技术制备的β-磷酸三钙骨支架具有较高的纯度、高孔隙率、孔隙结构均匀、连通性好，但支架的结构受浆料浓度与预冻温度影响，调整浆料浓度和预冻温度可以制备多孔结构完整性好和连通性好的β-磷酸三钙骨支架。 2.1.2 有机材料 应用于骨组织工程的有机高分子材料有聚丁酸、聚偶磷氮、聚酸酐、聚乙二醇、聚尿烷、聚乳酸，聚羟基乙酸及其共聚物，其中以聚乳酸、聚羟基乙酸及聚乳酸-聚羟基乙酸共聚物的研究最为广泛。这类材料