胶原在软骨组织工程中的应用

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1、胶原在软骨组织工程中的应用【摘要】软骨组织工程的出现，为解决软骨修复这个临床难题提供了新的方法。然而寻找一种合适的生物载体材料是目前软骨组织工程的热点。胶原是一种天然支架材料，具有良好的生物相容性、可降解性和生物活性，可作为细胞三维生长支架，并且有维持种子细胞增殖、黏附和分化的能力。本文就胶原及其复合材料在软骨组织工程方面的应用状况与前景作一综述。【关键词】胶原;软骨修复;组织工程　　Abstract:Recently,tissue-engineeredchondrocytetransplantationha

2、sbeentriedtotreatfull-thicknesscartilagedefects.Ofthemanyscaffoldmaterialsbeinginvestigated,collagen,anyadvantageousfeaturesfortheproliferation,theattachmentandthedifferentiation.Thepresentarticlereviea等[4]用I型和II型胶原基质修复兔的全层关节软骨缺损时发现，I型胶原基质更利于软骨下区的细胞进入缺损区，而Ⅱ

3、型胶原基质虽然引导进入缺损区的细胞较少，但侵入的细胞能更快表现出软骨细胞样表型。Nehrer等[5]发现，I型胶原诱导成纤维细胞样形态和纤维性基质形成;而II型胶原诱导软骨细胞样形态和GAG基质形成。Stark等[6]将软骨细胞种植在不同的胶原基质上，结果显示软骨细胞在胶原基质上具有很高的活力，呈三维排列方式，软骨细胞特异性产物II型胶原大量表达。　　1.1I型胶原支架材料　　I型胶原除了具有胶原的优点，且由于其分布最广，易于提取，因而在组织工程软骨中广泛应用。主要有海绵和凝胶两种形式。　　ACl)，在I型胶

4、原膜支架上接种软骨细胞，并植入3mm软骨缺损的兔膝关节，结果细胞—支架复合物增殖分化形成健康软骨，12周时完全修复软骨缺损。　　SCs在I型胶原支架材料内贴附良好，分泌胞外基质。组织学检测术后12周为透明软骨样修复。　　1.2Ⅱ型胶原支架材料　　II型胶原主要由软骨细胞产生，具有促进软骨细胞分化的作用，并可为软骨细胞的黏附提供基础。在体外，II型胶原可刺激软骨的形成。　　李斯明等[12]应用II型胶原海绵植入兔膝关节软骨缺损处，结果表明实验组在2周即出现新生软骨细胞。且向缺损处迁移。12周后新生骨和软骨组织填

5、满缺损区并与周围组织整合。杨小红等[13]对II型胶原海绵修复软骨缺损进行组织学观察，结果表明，II型胶原具有较强的诱导软骨细胞生长的能力，其诱导生长的新生软骨具有正常透明软骨的表型和功能。　　Lee等[14]用自体软骨细胞种植于Ⅱ型胶原支架在体外培养4周后，修复犬的关节软骨缺损，发现缺损区形成的组织中纤维性组织明显减少，但修复组织的强度仅为正常关节软骨的1/20。AtsushiF等[15]采用II型胶原凝胶与兔软骨细胞混合后移植到兔右膝缺损处进行软骨修复。结果表明，移植12～24周后，有与周围软骨类似色泽且

6、整合良好的新生软骨。　　2胶原复合材料　　胶原可以作为软骨组织工程支架具有很多优越性，但胶原也存在加工性能差、缺乏柔韧性、抗拉强度低等缺点。为了改善胶原的力学性能，并根据仿生原理来模拟软骨组织成分，研究者制备胶原与其他材料(如壳聚糖、蛋白多糖等)的复合材料，以期得到理想的组织工程支架材料[16～26]。　　2.1胶原-透明质酸复合材料　　软骨的主要成分是胶原蛋白和糖胺多糖。其中透明质酸和硫酸软骨素均是糖胺多糖的主要成分。糖胺多糖可以键合和调节生长因子和细胞因子，抑制蛋白酶降解。并影响细胞黏附、迁移、增殖和分化

7、，并在组织发育和修复过程中发挥重要的作用。　　FlorinA等[16]制成胶原-透明质酸海绵材料，加入软骨细胞悬液培养后表明，低浓度的透明质酸与胶原蛋白共价结合可以促进软骨细胞合成蛋白多糖和硫酸软骨素、基质的聚集和特定软骨细胞基因表达。体外实验证明，胶原透明质酸复合材料对软骨形成有很好的相容性和再现性。吴炜等[17]制成胶原-透明质酸海绵材料，复合材料具有良好的三维空间结构和生物相容性，软骨细胞在材料上生长状况良好，且有基质分泌。　　2.2胶原-壳聚糖复合材料　　壳聚糖能促进透明质酸等糖胺多糖的分泌，使伤口愈

8、合加快，并能抑制成纤维细胞的生长，减轻瘢痕的形成。壳聚糖与胶原的结合除了可促进伤口愈合外，还可增强其力学性能。壳聚糖属多糖类，胶原属蛋白质类，蛋白质和糖类在一起可能存在氢键作用和静电作用，再加上交联作用，在胺基、羟基等之间相互交联，进一步提高其力学强度。　　Shi等[18]采用冻干法，将I型胶原和脱乙酰度88%壳聚糖制备成多孔海绵状三维支架，该支架具有良好的孔洞结构，并采用碳化二亚胺交联后力学强度得