發(fā)布時間：2021-12-11 04:18

　　背景:用于骨組織工程的仿生多孔支架要求具有類細胞外基質(zhì)納米纖維結(jié)構(gòu)和連通大孔結(jié)構(gòu),從而有效支持細胞植入、黏附、增殖等行為,促進組織再生。目的:結(jié)合最新相關(guān)研究動態(tài),綜述用于骨組織工程的納米纖維大孔支架制備技術(shù)研究進展。方法:由第一作者以"bone tissue engineering,nanofibrous,macroporous,scaffolds"為英文檢索詞,以"骨組織工程、納米纖維、大孔、支架"為中文檢索詞,使用計算機檢索Web of science、知網(wǎng)、百度學術(shù)數(shù)據(jù)庫中2000至2019年已發(fā)表的相關(guān)文獻,并進行篩選,歸納和總結(jié),最終納入58篇相關(guān)文獻進行綜述。結(jié)果與結(jié)論:目前構(gòu)建納米纖維結(jié)構(gòu)方法仍局限于靜電紡絲、熱致相分離和自組裝,單一方法制備的骨組織工程支架存在很多問題,其中最大的問題是:很難提供一個三維相互連通的大孔結(jié)構(gòu)來模擬體內(nèi)的微環(huán)境,誘導細胞的遷移、生長、分化、增殖,最終再生新的組織和器官。通過多技術(shù)手段的綜合運用開發(fā)制備大孔納米纖維支架是必要的,具有重要的科學與現(xiàn)實意義。三維打印對于結(jié)構(gòu)的調(diào)控十分精確,可以對支架內(nèi)部結(jié)構(gòu)及外部形狀進行定制,達到雙重調(diào)控,為骨組... 

【文章來源】：中國組織工程研究. 2020,24(28)北大核心

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

文獻檢索流程圖

除了以上方法之外，還有些研究者運用一些獨特的方法來制備納米纖維大孔支架，如激光切割、水凝膠涂層等。FULLER等[57]利用了靜電紡絲和激光切割壓縮技術(shù)來制備多層的納米纖維大孔支架，其中通過激光切割引入30%圓形孔隙率，從而進一步降低了機械完整性。NIVEDHITHA等[58]將有大孔結(jié)構(gòu)的凝膠涂在纖維支架上來制備微米纖維大孔支架，具有外覆蓋物構(gòu)建體上的蛋白質(zhì)吸附顯著降低，這可以延遲細胞與外層的黏附，并且構(gòu)建體顯示出良好的細胞附著和肌腱細胞的增殖。3 小結(jié)與展望Conclusion and prospects

熱致相分離是一種制備類似于天然細胞外基質(zhì)的聚合物納米纖維材料的方法。熱致相分離首先是將聚合物與高沸點、低分子質(zhì)量的液態(tài)或固態(tài)稀釋劑混合，在高溫時形成均相溶液，再將混合物溶液制成所需要的形狀，降低溫度使溶液發(fā)生相分離，然后用某些溶劑進行萃取除去稀釋劑，最后進行冷凍干燥得到孔結(jié)構(gòu)。鄭雄飛等[17]在不結(jié)合其他致孔劑方法的條件下，基于單一的熱致相分離方法制備出左旋聚乳酸納米纖維大孔支架(圖2)，即將一定量的左旋聚乳酸高溫溶解在一定比例的1,4-二氧六環(huán)和水的溶劑體系中，再倒入離心管中，然后進行熱致相分離和凝膠一段時間，隨后使用乙醇水溶液進行冷凍萃取除去1,4-二氧六環(huán)和水，最后在室溫下干燥除去乙醇，凍干后得到含有100μm以上的大孔納米纖維左旋聚乳酸支架。CHEN等[18]使用了濁點熱致相分離法在左旋聚乳酸/1,4-二氧六環(huán)/水三元體系中制備出超過300μm的大孔納米纖維左旋聚乳酸支架，然后再用殼聚糖溶液將左旋聚乳酸支架進行表面改性得到左旋聚乳酸/殼聚糖支架。相比于常規(guī)的熱致相分離，支架的孔徑會稍微小一點，但在孔壁上會形成血小板樣的微觀結(jié)構(gòu)。最后用大鼠顱蓋骨缺損模型來評估了支架在體內(nèi)的成骨性，結(jié)果顯示含有3%殼聚糖的復合支架顯著增強了骨骼的再生。WANG等[19]使用此方法來制備具有80μm大孔結(jié)構(gòu)的納米纖維支架-負載人骨形態(tài)發(fā)生蛋白2的聚乳酸-羥基乙酸共聚物微球/納米纖維(BMP-2@MS/NF)復合支架，人骨形態(tài)發(fā)生蛋白2在復合支架的體外釋放行為顯示可持續(xù)釋放超過5周。在這些載有人骨形態(tài)發(fā)生蛋白2復合支架上生長的小鼠原代成骨細胞具有更好的附著力和增殖能力。同樣，堿性磷酸酶活性和茜素紅S染色結(jié)果證明了這一點：載有人骨形態(tài)發(fā)生蛋白2復合支架顯示成骨細胞的體外成骨分化增強。另外，來自大鼠顱蓋缺損模型的體內(nèi)成骨潛能評估組織學結(jié)果表明，這些負載人骨形態(tài)發(fā)生蛋白2的復合支架具有高骨誘導性。這些結(jié)果表明，載有人骨形態(tài)發(fā)生蛋白2的復合支架材料有可能被用作骨植入物，其成骨能力因人骨形態(tài)發(fā)生蛋白2的延長釋放而得到增強。所以在使用單一的熱致相分離法來制備納米纖維大孔支架時，對熱致相分離參數(shù)(如溶液濃度,溶劑體系,凝膠溫度,凝膠時間等)、材料等要求比較高，并且產(chǎn)生的支架的孔隙也較小且不可控，連通性能也不好。粒子瀝濾法被廣泛地運用于孔結(jié)構(gòu)骨組織工程支架中。粒子瀝濾法是通過將骨組織工程材料和致孔劑粒子進行混合，再利用二者不同的溶解性和揮發(fā)性把致孔劑粒子除去，最后致孔劑粒子的原有空間就變成了孔隙。所得到聚合物支架的孔尺寸取決于致孔劑粒子的尺寸。將熱致相分離結(jié)合粒子瀝濾法可制備出一定尺寸大孔結(jié)構(gòu)的纖維支架。HAN等[20]使用此種復合方法制備由納米羥基磷灰石顆粒增強的仿生納米纖維大孔左旋聚乳酸支架，使用了300-450μm的石蠟微球作為致孔劑來得到300-450μm大孔的納米纖維支架。LIU等[21]也使用了相同的方法和不同直徑的石蠟微球(150-250,250-420,420-600μm)制備出不同大孔結(jié)構(gòu)的納米纖維明膠支架。LIU等[22]也使用了相同的方法并且用糖作為致孔劑來制備出幾百微米大孔的納米纖維聚己內(nèi)酯支架。SALERNO等[23]使用了200-400μm和400-600μm的明膠顆粒作為致孔劑來制備納米纖維大孔支架。WEI等[24-25]和GUOTE等[26]均使用了糖球模板作為致孔劑來制備具有互連大孔和納米纖維結(jié)構(gòu)的左旋聚乳酸支架。CHEN等[27]使用了石蠟球來產(chǎn)生具有高度互連的球形大孔結(jié)構(gòu)和納米纖維結(jié)構(gòu)支架�？梢酝ㄟ^改變石蠟球的熱處理時間來控制孔間連通性，并且可通過改變支架的孔隙率來控制力學性能。通過互連的大孔結(jié)構(gòu)促進整個支架孔隙中的細胞接種，以及合成的膠原樣基質(zhì)，這些新型基質(zhì)可能是骨組織工程的優(yōu)秀支架。ZHANG等[28]首先將水溶性聚合物材料制成所需大孔結(jié)構(gòu)的三維復制品，然后將聚合物溶液在模具中澆鑄到致孔劑組件上，并進行熱致相分離以形成納米纖維基質(zhì)，再用水浸出致孔劑材料，最終形成具有預(yù)先設(shè)計的大孔結(jié)構(gòu)的合成納米纖維細胞外基質(zhì)。該技術(shù)有利于通過致孔劑粒子來控制大孔形狀和尺寸，通過組裝條件(熱處理的時間和溫度)控制孔間連通性，通過相分離和后處理參數(shù)控制孔壁形態(tài)，以及通過聚合物濃度和交聯(lián)密度來控制力學性能。但是此方法很難將致孔劑除完，并且在除去致孔劑粒子后支架會在一定程度下產(chǎn)生萎縮，從而降低了支架的力學性能和孔與孔之間的連通性。


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