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支架制备材料的研究进展概述

作者:未知

  【摘 要】支架的制備主要分为两种,一种是利用天然生物材料脱细胞后直接制备;另一种为利用生物大分子材料通过制备工艺,在模具上制作形态高度仿真,并结合交联技术制备在结构上高度仿真的载体支架。
  【关键词】支架材料;羊膜;蚕丝蛋白
  一、天然生物材料
  天然生物材料(Natural biomaterials)是指在生物界本身存在的天然材料,其包括天然纤维、生物体的组织纤维和结构蛋白等。天然生物材料和细胞外基质具有类似的结构、生物相容性良好等特点,广泛应用于组织工程中,在细胞培养支架材料中具有显著的优势。此外,任何器官的细胞外基质都是由一系列结构相似的生物大分子构成。
  二、脱细胞异种角膜基质
  脱细胞异种角膜基质具有多种优势,如来源较为丰富且组织结构相似,此外,角膜中还存在某些促进细胞生长、增殖和分化的生长因子。同时,较低的免疫原性可以使神经容易再生和角膜感觉的恢复有积极作用。综合来说,结合洗涤剂和酶处理提供最优异的效果,保留天然ECM组分(I型,II型,III型和IV型胶原,纤连蛋白)和维持生物力学/光学性能(Van den Bogerd, B et al.,2017)。在候选的物种中,由于猪和人类的遗传背景高度相似,所以猪是最理想的供体之一。
  三、羊膜
  羊膜是位于胎盘最内层、位于胎儿旁边的一层薄膜,它是一种半透明、无肌肉、无淋巴管、无血管、无血液供应的结构,可以作为移植物来促进角膜上皮和基质层的损伤修复(Jirsova K et al., 2017)。羊膜的厚度一般在0.02mm到0.5mm之间,主要分为三层:羊膜上皮细胞层、下层基底膜和基质层(Toda et al., 2007)。上皮层位于羊膜的最内层,直接接触于羊水,代谢活性比较强。羊膜上皮细胞有助于维持羊水的稳态,而细胞内液泡的存在提高了它的分泌活性,主要分泌一些胶原蛋白和糖蛋白,比如III型胶原、IV型胶原、层纤连蛋白、粘连蛋白和巢蛋白(Dua et al.,2004)。
  四、生物大分子材料
  薄膜形式的丝蛋白由于具有光学和机械性能以及多样的加工性,已经成功地在体外设计角膜上皮和基质层(Shang K et al.,2013)。此外,蚕丝膜已经在兔动物模型中被证明是用于构建角膜基质的合适材料(Wang L et al.,2014)。近期,Duan等将桑蚕丝蛋白加入再生柞蚕丝蛋白,然后通过醇诱导和冻融的方法将两种蚕丝蛋白进行有效的混合处理,制备出了不溶于水的柞蚕丝蛋白/桑蚕丝蛋白复合支架材料。研究者们将小鼠的成骨细胞和成纤维细胞接种在这种复合支架上,进行体外培养。数据显示,柞蚕丝蛋白/桑蚕丝蛋白复合支架除了拥有良好的生物相容性以外,还可能更适用于组织工程领域(段郁,2018)。
  五、胶原蛋白
  胶原蛋白是生物体内最重要的结构生物聚合物,一直是生物材料领域的研究大热门,他有着非常复杂的生物结构,也是构成结缔组织的重要成分。胶原蛋白在生物体内是十分常见的,它广泛存在于肌腱、皮肤、血管以及角膜之中。在通常情况下,脊椎动物体内胶原蛋白占总质量的30%左右,并构成了生物体的结构框架。由于其广泛的存在和无法替代的重要性,胶原蛋白被形象的称为“生物材料钢”。
  目前,胶原材料主要以三种形式应用于组织工程角膜构建:胶原支架、胶原水凝胶和胶原膜。使用于组织工程角膜的支架材料要具有一定的抗拉伸机械强度,但是胶原蛋白一般情况下机械性能比较差,很难进行动物移植等操作。为了解决这一难题,研究者通常会往胶原蛋白中加入某种添加剂等来增加其机械强度,然后再运用于组织工程角膜的构建。Merrett等使 I型与III型胶原混合重组制成胶原支架,经EDC/NHS交联后,通过穿透性角膜移植术移植到去除前板层的猪角膜,跟踪观察1年之后,取出角膜进行体外检测,发现实验眼的透明度与对照眼基本无差别,有着完整的角膜上皮层(Merrett et al., 2008),此外,神经纤维延伸探入移植的胶原基质板层中。
  【参考文献】
  1. Van d B B, Dhubhghaill S N, Koppen C, et al. A Review of the Evidence for in vivo Corneal Endothelial Regeneration[J]. Survey of Ophthalmology, 2017,
  2. Toda A, Okabe M, Yoshida T, Nikaido T. The potential of amniotic membrane/amnion-derived cells for regeneration of various tissues. J. Pharmacol Sci 2007; 105:215-28
  3. Jirsova K , Jones G L A . Amniotic membrane in ophthalmology: properties, preparation, storage and indications for grafting—a review[J]. Cell and Tissue Banking, 2017, 18(2):193-204.
  4.Dua HS, Gomes JA, King AJ, Maharajan VS (2004) The amniotic membrane in ophthalmology. Surv Ophthalmol 49:51–77.
  5.Shang K, Rnjak-Kovacina J, Lin Y, Hayden R, Tao H, Kaplan D. Accelerated in vitro degradation of optically clear low beta-sheet silk films by enzyme mediated pretreatment. Trans Vis Sci Tech. 2013; 2 (3):2.
  6. Wang L, Ma R, Du G, Guo H, Huang Y. Biocompatibility of helicoidal multilamellar arginineDglycineD aspartic acid-functionalized silk biomaterials in a rabbit corneal model. Journal of Biomedical Materials Research Part B: Applied Biomaterials. 2014:n/a±n/a .
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