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皮肤组织工程支架材料的研究现状及其发展

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  • 日期: 2013-09-21
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标签: 皮肤组织工程支架材料的研究现状及其发展

支架材料在人工皮肤的构建中起关键作用,按化学性质可分为合成类和生物类。前者主要研究通过表面仿生技术开发具有生物活性的聚酯类支架材料;后者主要研究用交联或与聚合物膜复合的方法来提高胶原的力学性能,用化学方法对壳聚糖进行改性,提高脱细胞真皮基质的渗透性和血管化速度。新的研究重点为:支架材料表面与细胞的相互作用机理、制备结构仿生支架材料及复合型支架材料。关键词:皮肤组织工程;支架材料;聚酯;壳聚糖;胶原随着组织工程二十几年的发展,第三代生物材料的设计已经逐渐成为研究主流,即从分子水平上控制材料与细胞间的相互作用,从而引发特异性细胞反应[1]。皮肤组织工程支架材料的研究及其优选是人工皮肤的重要研究内容之一,按化学性质可将其分为合成类与生物类,它们各有优缺点,现分别综述其研究现状及其发展并提出其新的研究重点。2 合成类皮肤组织工程支架材料目前,合成类支架材料中主要是聚交酯、聚内酯、聚羟基烷酸酯、聚碳酸酯类等聚酯类支架材料,其中聚乳酸(PLA)、聚L乳酸(PLLA)、聚羟基乙酸(PGA)、乳酸和乙醇酸的共聚物(PLGA)是研究的热点,并已被美国FDA批准用于人工皮肤中[2]。Nam等人以碳酸氢铵为致孔剂制备出了高孔隙率的PLLA多孔海绵支架,其内部的贯穿孔平均尺寸约为200μm左右。他们还以二噁烷/水溶剂体系调控热诱发相分离的各种参数制备出不同孔径的PLLA、PLGA、PDLLA等支架材料[3]。美国Advanced Tissue Science公司以聚乳酸为支架材料,在其中培养新生儿包皮分离的成纤维细胞形成活性人工真皮TransCyte,并已经FDA批准用于2~3度烧伤[4]。国内,王新文等人在多孔聚乳酸海绵中接种皮肤成纤维细胞构建组织工程真皮,观察细胞在材料上的生长、增殖及分泌情况,实验证明聚乳酸能支持皮肤成纤维细胞正常的生理代谢和分泌[5]。王身国等人通过分子设计,采用一定比例的乳酸(或丙交酯)与乙交酯、已内酯进行无规或嵌段共聚,合成了聚乙交酯-丙交酯(PLGA)、聚丙交酯-已内酯-聚乙二醇(PCLE)等聚酯类支架材料,经本体和表面改性后其细胞亲和性明显提高[6]。合成支架材料抗张强度高、降解速率和微结构容易在合成过程中控制,而且容易大规模生产,但其最大的缺点是缺乏细胞识别信号,不利于细胞粘附及特异基因的激活。随着人们对细胞与细胞外基质相互作用的认识,人们已经认识到整连蛋白在细胞与支架材料的粘附与迁移、细胞的生死和形貌等方面中起重要作用[7]。合成类支架材料新的研究方向是通过生物材料的表面仿生工程技术实现增强其细胞表面活性。如用一定的方法将细胞膜表面受体的特异识别位点(甘氨酸-精氨酸-天冬氨酸序列)即RGD序列接枝到合成材料表面,以增加合成支架材料表面的细胞生物活性[8]。3 生物类皮肤组织工程支架材料胶原凝胶和胶原海绵是经典的人工皮肤支架材料,但它们的缺点就是力学性能差。美国Integra Life Science公司开发的人工皮肤产品Integra 的下层是2mm厚的牛胶原和氨基多糖多孔膜,上层是0.22mm厚的有机硅橡胶膜。这种产品已经在3度或更重的烧伤治疗中得到广泛的临床试验,它能够明显缩短创面的愈合时间[9]。Organogenesis 公司研制的人工皮肤Apligraf是以牛肌腱胶原提取的胶原蛋白为支架材料,其中培养了成纤维细胞,它是具有双层结构的人工皮肤,但缺点是力学性能差,不易于手术操作[10]。国内,杨珺等人用新鲜猪皮提取的胶原与硫酸软骨素混合,经真空干燥方法制备胶原海绵膜片,并以此为支架材料进行了表皮细胞的体外培养实验,结果显示人表皮细胞可以在此种胶原海绵支架材料上生长、增殖和融合成片[11]。人们对胶原膜的研究重点主要在用交联或与聚合物膜复合的方法来提高它的力学性能,最近Sang Bong Lee等制备了含β-葡聚糖的胶原海绵,用1-乙基-3-(3-二甲氨基丙基)碳二亚胺交联,并研究了它对成纤维细胞与表皮细胞生长情况的影响[12]。S.Suzuki等人将一层硅胶附在一层胶原海绵上制备的人工皮肤,厚度只有0.2mm就能达到较高的机械强度,且手术后引起的皮肤收缩较小。

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