生物材料学-组织工程支架材料

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1、第八章组织工程支架材料8.1概论8.2组织工程化组织简介8.3组织工程支架材料的基本要求8.4生物降解材料基础8.5天然组织支架材料8.6合成组织支架材料8.1概论相关背景基本概念深远意义组织工程四要素8.1.1相关背景自体移植:添新伤补旧伤异体移植:排斥/供给不足异种移植:排斥人工器官:排斥/功能不足8.1.2基本概念组织工程学:细胞生物学+工程学→生物活体组织→修复或重建组织器官的结构与功能组织工程的基本方法:体外培养高浓度组织细胞→扩增→人工细胞基质(三维的支架材料)→生长,分化→生物活体组织8.1.3深远意义新兴学科,带来一场医学革命:多学科

2、交叉,促进众多学科的交叉、渗透和发展:支撑学科:生物材料/细胞生物学/分子生物学/生物力学其他学科:信息/工程/机械/电子/物理/化学潜力巨大的高新产业:8.1.4组织工程四要素种子细胞干细胞组织细胞:可直接移植胚胎干细胞:最理想成体干细胞:便于将来临床应用8.1.4组织工程四要素支架材料概念:能与组织活体细胞结台并能植入生物体的材料功能:为细胞提供获取营养、气体交换、排泄废物和生长发育的场所,也是形成新的具有形态和功能的组织、器官的物质基础8.1.4组织工程四要素生长因子概念:对细胞生长、分化有一定的调节功能,能在细胞间传递信息的多肽物质。应用方式

3、:生长因子+支架材料→复合体支架材料上培养能分泌生长因子的细胞8.1.4组织工程四要素组织构建路线一:功能细胞+支架材料→体外培养→成熟生物组织→植入体内路线二:功能细胞+支架材料→体外短期培养→植入体内,逐渐发育成形8.2组织工程化组织简介软骨组织工程骨组织工程皮肤组织工程韧带组织工程肌腱组织工程神经组织工程其他组织工程8.2.1软骨组织工程软骨组织的特点基本结构简单,只有软骨细胞,无血管、和淋巴组织等软骨组织的现状可用的支架材料多,成果丰富8.2.2骨组织工程对支架材料的要求:既要有一定的强度,有要有一定的韧性支架材料的热点:陶瓷材料:成骨细胞与

4、支架材料的三维培养:材料的理化性能/表面微结构及微环境/新技术8.2.3皮肤组织工程人工表皮:人工真皮:人工复合8.2.4韧带组织工程典型的支架材料体系:聚羟基乙酸-涤纶复合物:碳素纤维-聚乳酸复合物:新型支架材料体系:蚕丝纤维8.2.5肌腱组织工程亚硝酸和戊二醛交联异体胶原纤维:胶原和黏多糖的交联:难点:手指腱损伤的修补8.2.6神经组织工程神经组织的类型、结构和功能:中枢神经系统/周围神经系统神经元/神经胶质细胞神经组织工程的关键问题:雪旺细胞的长期存活8.2.7其他组织工程肝组织工程:肾组织工程:角膜组织工程:胰腺组织工程:8.3工程支架材料的

5、基本要求良好的生物相容性良好的生物机械性能合适的生物降解性良好的可塑性可行的灭菌、消毒方法8.3.1良好的生物相容性材料组成无毒,化学结构稳定降解产物安全良好的血液相容性8.3.2良好的生物机械性能为体外接种细胞提供扩增和增殖场所阻碍周围组织的生长机械性能要与周围组织匹配8.3.3合适的生物降解性降解产物无毒降解速率可调降级过程中,材料与组织有较好的亲和性8.3.4良好的可塑性高孔隙率:一般>90%结构形状复杂8.3.5可行的灭菌、消毒方法灭菌、消毒不可少材料的结构和性能能够经受彻底灭菌过程的考验8.4生物降解材料基础降解的基本概念与类型降解机制与过

6、程降解与吸收的研究方法生物降解材料的安全评价8.4.1降解的基本概念与类型基本概念:降解:分子量变小的化学过程生物降解:在生物体内的体验、酶和细胞等多种因素的综合作用下,分子量变小的过程。8.4.1降解的基本概念与类型按降解机制分:生物降解/物理降解/化学降解/机械降解按降解方式和程度分:完全降解材料非完全降解材料天然材料合成材料8.4.2降解机制与过程热降解:解聚:链增长的逆反应无规断链:受热后,分子量迅速下降取代基的脱除:机械降解:外力作用引起的降解8.4.2降解机制与过程氧化降解:光解和光氧化:前提:光能>化学键的离解能有氧时,可按氧化机制降解

7、,即光降解8.4.2降解机制与过程化学降解:多指水解反应,即遇水发生水解反应生物降解:酶等作用下,发生的水解8.4.3降解与吸收的研究方法评价方法体外评价:外形、外观、力学性能、失重和失效等物理变化的程度植入动物体内特定部位评价降解机制的研究物理因素的影响化学因素的影响生物因素的影响8.4.3降解与吸收的研究方法材料在体内吸收和排泄研究组织和细胞生物学方法直观方法:光镜或电镜观察动力学方法:同位素标记8.4.3降解与吸收的研究方法降解速率的调控亲水性比表面积和多孔结构加工过程8.4.4生物降解材料的安全评价非植入性材料和制品化学性能/物理性能/生物学

8、性能植入性材料和制品组织学观察/致突实验/生物学老化实验血液接触性材料和制品体内外血液相容性实验降解和吸收过

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