可降解聚合物在骨组织工程中的应用进展论文

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1、可降解聚合物在骨组织工程中的应用进展论文关键词：可降解聚合物骨组织工程细胞外基质材料摘要目的探讨理想的骨组织工程细胞外基质材料的选择和制备。方法广泛查阅了近期有关可降解聚合物用作成骨细胞培养支架的文献，总结了各种可降解聚合物在骨组织工程研究中作为细胞外基质材料的优缺点。结果理想的骨组织工程细胞外基质材料应由无机类材料、人工合成聚合物类材料和天然聚合物类材料组成，并含有最佳的生长因子缓释系统的多孔三维立体泡沫。结论复合型细胞外基质材料的研制是骨组织工程研究中十分重要而迫切的任务。器官和组织中的细胞，其行为不仅取决于细胞内在的基因序列，还在很大程度上受到外界环

2、境因素的影响，包括细胞与细胞外基质(extracellularmatrix,ECM)的相互作用。ECM不仅为细胞生长提供支持和保护，更重要的是细胞与ECM的相互作用调节细胞的形态发生过程，影响细胞生存、迁移、增殖和功能代谢。因此.freelides)］、聚羟丁酯(polyhydroxyrate,PHB)及其共聚物等。下面介绍几种生物可降解合成聚合物在骨组织工程中的应用情况。1.1聚乳酸、聚乙醇酸及其共聚物PLA、PGA均属α-聚酯类。PLA有三种异构体(PDLA、PLLA、PDLLA)，在体内降解生成乳酸，是糖的代谢产物；PGA在体内降解为羟基乙酸，易于参

3、加体内代谢。聚合物中酯键易于水解，属非酶性水解。共聚物的降解时间可通过改变两者的比例来调控，约为几周到几年。这类聚合物属热塑性塑料，可通过模塑、挤压、溶剂浇铸等技术加工成各种结构形状。因其降解产物无毒及良好的生物相容性，PLA、PGA已被美国食品与药品管理局(FDA)批准广泛用作医用缝线、暂时性支架和药物控释载体。Vacanti等［3］首先将PGA、PLA用作软骨细胞体外培养基质材料，通过组织工程方法获得新生软骨成功。此后，PLA、PGA及其共聚物被广泛用于组织工程各类组织细胞外的基质材料，如软骨、骨、肌腱、小肠、气管、心瓣膜等，取得了初步成功。PLA、P

4、GA及其共聚物在组织工程中应用的主要结构形式有纤维支架、多孔泡沫以及管状结构等。这些结构形式在骨组织工程实验研究中都显示出良好的成骨效应。Breitbart等［4］将PGA无纺纤维支架制成直径15mm、厚2mm的圆盘状，复合体外培养的兔骨膜成骨细胞，植入修复兔颅骨直径为15mm的全层骨缺损。4周后缺损区有骨岛形成，12周后缺损区大量骨生成，完全修复骨缺损。Ishaug等［5］将大鼠骨髓基质细胞种植于PLGA泡沫，再将复合物移植于大鼠肠系膜观察其成骨能力。组织学检查发现7天后复合物中即可见矿化骨组织，7周后，孔径为150～300μm的泡沫复合物中矿化骨组织厚

5、度达(370±160)μm。另外，PLA、PGA及其共聚物亦被制成管状结构用于小肠、尿道等管状器官的组织工程细胞外基质材料。尽管目前PLA、PGA及其共聚物是应用最为广泛的组织工程细胞外基质材料，但在应用过程中发现不少缺点。下面就其不足之处和改善方法作一简单介绍。1.1.1亲水性差，细胞吸附力较弱以PLA包埋的PGA无纺纤维支架亲水性差、细胞吸附力弱的问题一直困扰着组织工程学家，人们一直在寻找解决这一问题的方法。Mikos等［6］通过乙醇和水两步预湿的方法，有效地对支架进行预湿，增强了亲水性，促进了细胞在支架表面均匀分布，并将有利于体内移植后纤维血管的长入

6、。刘彦春等［7］选择卵磷脂和多聚赖氨酸共同包埋PGA+PLA，也显著提高了支架的亲水性和细胞吸附力。Hubble［8］指出，聚乙醇是一种水溶性、非离子聚合物，可减少生物材料对蛋白的吸附作用。将聚乙醇与聚酯形成共聚物，可提高材料的亲水性，同时也加速了聚合物的降解。1.1.2引起无菌性炎症临床上PLA、PGA的应用过程中发现患者出现非特异性无菌性炎症反应率较高，约为8%［9］。Lam等［10］的实验中提出中分子量降解产物可增加非感染炎性反应，PLA平均分子量低于20ku(1Da=0.9921u)时，无菌性炎症发生率较高，使用高分子量PLA可延迟但不能消除这一反

7、应。目前认为出现无菌性炎症的原因可能与聚合物降解过程中酸性降解产物引起局部pH值下降有关［11］。因此，有学者将碱性物质，如碳酸钙、碳酸氢钠、钙羟基磷灰石引入聚合物中，可代偿聚合物降解引起的pH值下降，有助于防止无菌性炎症的发生［12］。另外，将聚酯-聚乙二醇共聚物作为前体物质合成水凝胶，这种水凝胶中聚酯在聚己二醇末端以低聚体形式存在，含量较低，在体内降解过程中不会引起炎症反应［8］。当然，无菌性炎症的根本解决办法是开发一种降解不释放或缓慢释放酸性降解产物的新型聚合物。1.1.3机械强度不足单纯编织成的PGA无纺纤维支架不具备一定的抗压强度，通过聚合物包埋

8、或热处理虽然可改善其机械强度，但仍然存在抗压强度不足的缺陷。Dev