骨科生物支架材料.ppt

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1、骨组织工程生物支架材料在医学中的应用——生物工程材料第三组LOGOLOGO章节名基本定义骨组织生物工程支架材料应用介绍参考文献1.1骨（BONE）由骨组织、骨膜、骨髓等构成的器官。可为适应机体受力的需要而进行更新和改建。1.基本定义骨祖细胞成骨细胞骨细胞破骨细胞骨组织的结构——四种细胞骨组织的结构——一种基质钙化的细胞间质：又称骨基质骨组织的结构骨基质:又名骨质。是钙化的细胞间质，是人体最大的Ca2+库。有机部分:由胶原纤维和基质构成，后者主要包括糖蛋白和蛋白多糖。有一定的弹性和韧性。无机部分：富含钙、磷的中性盐，主要为羟基磷灰石结晶。很

2、坚硬。骨板的结构组成骨板:骨基质各种成分共同构成的板层状结构。同一骨板内胶原纤维平行排列，相邻骨板间胶原纤维相互垂直。骨板内有骨陷窝，从骨陷窝放射状发出的骨小管连接相邻的骨陷窝。骨组织中的细胞骨祖细胞：位于骨膜内层。形态：细胞较小，呈梭形，细胞核椭圆形或扁圆形，胞质少，弱嗜碱性。功能：分化为成骨细胞。骨祖细胞骨组织中的细胞成骨细胞:来源于骨祖细胞形态：矮柱状或不规则形。核圆形。胞质嗜碱性。功能：分泌未钙化的骨质，称类骨质，将自身包埋，变为骨细胞。分泌多种细胞因子调节骨组织的形成和钙化。对生长激素等敏感。成骨细胞骨组织中的细胞骨细胞:位于骨

3、陷窝内。形状：不规则，骨细胞的突起位于骨小管内。相邻骨陷窝的骨小管相通，相邻突起间形成的缝隙连接。胞质弱嗜碱性。不再分泌类骨质。骨组织中的细胞破骨细胞:位于骨组织表面的凹陷处。由血液中的多个单核细胞融合而成。形态：体积最大，细胞不规则，细胞质嗜酸性，多核。功能：溶解、吸收骨组织，起破骨作用。支持，保护机体；集中了体内99%的钙，是维持血钙平衡的器官，适宜的血液钙浓度才能保证心脏正常工作；造血功能，骨髓中有大量骨髓干细胞，可诱导分化成各种血细胞进入血液。骨组织的作用1.2生物支架材料组织工程支架材料是指能与组织活体细胞结合并能植入生物体的不

4、同组织，并根据具体替代组织具备的功能的材料。为了使种子细胞增殖和分化，需要提供一个由生物材料所构成的细胞支架，支架材料相当于人工细胞外基质。组织工程支架材料包括：骨、软骨、血管、神经、皮肤和人工器官，如肝、脾、肾、膀胱等的组织支架材料。1.基本定义骨组织工程支架材料神经组织工程支架材料血管组织工程支架材料皮肤组织工程支架材料1.2生物支架材料分类骨组织生物工程支架材料背景介绍作用来源分类研究应用2.骨组织生物工程支架材料因创伤、肿瘤或骨病等原因造成的骨缺损、骨不连和骨髓炎患者越来越多需要骨移植材料的患者也越来越多。另外，由于外伤、肿瘤、炎

5、症、先天畸形等原因造成牙列缺损后，缺牙区牙槽骨常伴有过度吸收，致种植区骨量不足，临床医生须选择合适的骨替代品重建牙槽骨缺损。骨组织工程学为骨缺损的治疗提供了一种可供选择的新方法，骨组织工程支架材料是构建组织工程骨的主要组成部分，在体内，组织基质作为细胞的三维支架为细胞提供该组织所特有的微结构和微环境，并储备足量的水、营养物质、细胞因子和生长因子，以维持细胞的生存，发挥其功能。2.1应用背景1）种子细胞2）信号因子3）支架材料骨组织工程——三要素骨组织工程实施过程种子细胞支架材料新骨支架材料降解骨缺陷修复完成生物相容性和表面活性骨传导性和骨

6、诱导性合适的孔径和孔隙率机械强度和可塑性2.2性能要求2.2性能要求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。3)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。2.2性能要求4）合适的孔径和孔隙率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

7、约为223μm)，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，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。5）机械强度和可塑性材料可以被加工成所需要的形状，并且在植入体内一定时间后仍可保持其形状。1）人工合成材料2）天然衍生材料3)复合支架材料2.3分类1）人工合成材料无机材料：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

8、酸三钙的研究较多。有机材料：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。纳米材料：纳米材料是从原