生物支架材料的来源和分类

组织工程中的生物支架材料是指具有良好的生物相容性，能与活细胞结合并能植入生物体内，起到修复组织或器官再生功能的一类材料，是工程化组织的最基本构架。支架材料作为组织工程研究的人工细胞外基质，为种子细胞的黏附、生长增殖、新陈代谢活动以及细胞外基质分泌活动提供空间场所与结构支持，并进一步引导组织再生。

（一）生物支架材料所具有的功能

（1）维持空间结构，防止周围组织对植入部位的影响。

（2）提供拟修复或替换组织的临时支撑结构。

（3）为细胞提供黏附、增殖、迁移及分化的基质。

（4）作为细胞的递送载体，促进细胞在新组织生长区域的保留和分布。

（5）提供血管化、新组织形成和重塑的空间。

（6）有效提供营养物质、生长因子，血管化和去除代谢废物。

（二）生物支架材料的基本要求

（1）良好的生物相容性：生物相容性是评判支架材料优劣的首要条件，决定支架材料能否得到有效应用。生物支架材料一般采用无毒、无致癌性、不致畸的材料，植入生物体内后对细胞和周围组织无刺激性，不引起溶血、凝血反应，不干扰机体的免疫系统，不引起免疫排斥反应等。

（2）具有良好的生物可降解性：组织工程的目的是通过支架材料植入体内后替代病变或损伤的组织器官，逐步促进组织的新生与再生。因此，支架材料必须具有可降解性。组织修复再生过程中，降解和新生是同时发生的，因此支架材料的降解速率应与组织新生速率相匹配，同时支架材料降解产物亦必须无毒，对细胞的增殖、分化不产生影响。

（3）具有与植入部位相适应的力学特性：理想情况下，支架应与植入部位具有一致的力学特性。比如，用作负荷性工程化组织（如软骨、骨、肌腱等）的支架材料，必须具备足够的强度、弹性以及黏性等，以便能更有效地发挥组织功能。(www.xing528.com)

（4）具有适宜的表面特性，使细胞能黏附、生长、增殖和分化，有利于细胞外基质的形成。

（5）具有最佳结构性质：合适的孔径、孔隙率有利于细胞的生长迁移、细胞外基质的形成、氧气和营养物质的输送、代谢废物的排出以及血管和神经的生长。细胞的生长迁移与生物支架孔隙关系密切，大于100 μm的生物支架孔隙利于细胞生长和迁移。

（6）具有合适的三维立体结构。

（三）生物支架材料分类

生物支架材料根据构建工程化组织需要的不同，可分为皮肤组织工程材料、骨和软骨组织工程材料、血管组织工程材料、肌腱组织工程材料、角膜组织工程材料等。

按照材料的化学特性不同，生物支架材料可以分为有机高分子材料、无机材料以及复合材料。按照来源不同，生物支架材料又可分为天然材料、合成材料以及生物衍生材料。

（1）有机高分子材料：按其生物稳定性可分为非生物降解型和可生物降解型两种有机高分子材料。非生物降解型有机高分子材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸酯、聚氨酯、聚硅氧烷等。此类材料可长期保持良好的力学性能和化学稳定性，不发生降解、交联或物理磨损等，无毒，可标准化生产，可用于制作人工食管、人造血管、人工瓣膜、工程化肌腱等的支架材料。可生物降解型有机高分子材料的特点是在体内一定时间内不断降解，常用作暂时支架材料，主要包括天然可降解型的胶原、纤维素、透明质酸、壳聚糖等。人工合成的可生物降解型有机高分子材料有聚乳酸、聚羟基丁酸酯、聚羟基乙酸、聚酸酐等；此类材料具有较好的组织相容性，可以有效控制其机械性能、降解率和微结构，易构建高孔隙率三维支架并能按设计要求进行大规模生产。

（2）无机材料：包括羟基磷灰石、磷酸钙、偏磷酸钙玻璃陶瓷、陶瓷、生物陶瓷、生物玻璃等。此类材料具有较高的压缩强度、耐磨性和化学稳定性，并可在生物体内发生降解，被新生骨组织吸收和替代，是骨组织支架常使用的材料。但此类材料存在多孔体、强度较差、加工困难、形成的支架孔隙率低、脆性大等缺点，临床上常与有机高分子材料复合应用。

（3）复合材料：为了充分发挥各类材料的优势性能，以获得更合适的生物支架材料，可以将两种或两种以上不同类型的材料优化组合形成复合材料。例如，将聚乳酸（poly（lactic acid），PLA）与聚羟基乙酸（poly（glycolic acid），PGA）共聚形成聚乳酸-羟基乙酸共聚物（poly（lactic-co-glycolic acid），PLGA），其体内降解速率可调控，并具有一定的柔韧性；支架材料表面结合生物活性物质如肝素、酶、激素等，既保留支架材料的力学强度，又赋予材料良好的生物相容性以及一定的生物活性，可达到更好的治疗效果；支架材料还可与细胞复合，如成纤维细胞、内皮细胞、脂肪细胞以及干细胞等，提高支架移植成功率，以达到良好的促进组织修复与再生能力。

（4）生物衍生材料：经过特殊处理的天然生物组织形成的生物再生医用材料。根据来源不同，这类材料又分为天然生物衍生材料以及人工提纯生物衍生材料。其中，天然生物衍生材料是将取自同种或异种动物体的组织经过固定、灭菌和消除抗原性等较轻微处理所得到的支架材料，该支架材料可维持组织原有构型。例如经过冻干处理所得的骨片、羊膜、猪皮、肌腱等，经过脱细胞处理获得的皮肤、肌腱、脱钙骨、脱细胞猪小肠黏膜、脱细胞膀胱黏膜下层等。而人工提纯生物衍生材料是对动物组织进行生物化学处理，以拆散原有组织构型，重建新的物理形态。例如再生胶原、弹性蛋白、透明质酸、硫酸软骨素、壳聚糖等蛋白或多糖重新构建所得的膜、海绵体、纤维等新形态。再生胶原可制成胶原膜、海绵和胶原无纺布，用于制作人工皮肤、缝线、人工血管及药物载体等；纤维素则可制成各种医用膜，比如血液透析膜。人工提纯生物衍生材料由于经过处理已失去生命活力，但仍具有类似自然组织的构型与功能，在组织替代与修复中仍然得到了广泛的应用。

脱细胞细胞外基质是一种特殊的天然生物衍生材料，通过物理或化学方式去除生物原组织中的实质细胞而得，主要成分有胶原蛋白、糖蛋白和蛋白多糖，此外还包含各种生物因子和细胞因子，对于调节细胞在材料上的黏附、生长和增殖分化具有重要作用。此类材料生物相容性良好，具有天然的孔隙结构和细胞识别信号，利于细胞黏附、增殖和分化。但缺点在于力学性能差，缺乏足够的物理强度。例如脱细胞猪小肠黏膜下层经去抗原性处理后具有良好的组织相容性以及低免疫性，它含有成纤维细胞生长因子2、转化生长因子β、血管内皮生长因子等多种生物活性因子，可诱导组织再生，在组织工程皮肤、肌性管道、肌腱和软骨等研究与应用上表现出很大的优势。大量研究及临床应用证明脱细胞、去抗原性处理的同种异体或异种骨，在骨组织内有诱导骨再生的作用，作为支架材料构建组织工程骨临床已有多例成功应用的报道。