納米纖維大孔支架製備技術在骨組織工程研究中的應用與意義

2020-09-14 中國組織工程研究雜誌

摘要：

文題釋義：

熱致相分離：是一種特殊的製備類似於天然細胞外基質的聚合物納米纖維材料的方法，首先是將聚合物與高沸點、低分子質量的液態或固態稀釋劑混合，在高溫時形成均相溶液，再將混合物溶液製成所需要的形狀，降低溫度使溶液發生相分離，然後用某些溶劑進行萃取除去稀釋劑，最後進行冷凍乾燥得到孔結構。

納米纖維：是指直徑為納米尺度而長度較大的具有一定長徑比的線狀材料，此外，將納米顆粒填充到普通纖維中對其進行改性的纖維也稱為納米纖維。狹義上講，納米纖維的直徑介於1-100 nm之間；廣義上講，纖維直徑低於1 000 nm的纖維均稱為納米纖維。

背景：用於骨組織工程的仿生多孔支架要求具有類細胞外基質納米纖維結構和連通大孔結構，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：結合最新相關研究動態，綜述用於骨組織工程的納米纖維大孔支架製備技術研究進展。

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、百度學術資料庫中2000至2019年已發表的相關文獻，並進行篩選，歸納和總結，最終納入58篇相關文獻進行綜述。

結果與結論：目前構建納米纖維結構方法仍局限於靜電紡絲、熱致相分離和自組裝，單一方法製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構來模擬體內的微環境，誘導細胞的遷移、生長、分化、增殖，最終再生新的組織和器官。通過多技術手段的綜合運用開發製備大孔納米纖維支架是必要的，具有重要的科學與現實意義。三維列印對於結構的調控十分精確，可以對支架內部結構及外部形狀進行定製，達到雙重調控，為骨組織工程的將來帶來了發展。

ORCID: 0000-0002-3530-7374(張偉忠)

中國組織工程研究雜誌出版內容重點：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 納米材料; 緩釋材料; 材料相容性；組織工程

關鍵詞: 骨組織工程, 納米纖維, 大孔, 支架, 熱致相分離, 靜電紡絲, 製備方法, 細胞外基質

文章來源：張偉忠, 李 磊, 何 賀, 何 鑫. 納米纖維大孔支架製備技術在骨組織工程研究中的應用與意義[J]. 中國組織工程研究, 2020, 24(28): 4437-4444.

閱讀更多請登錄《中國組織工程研究》雜誌官網

相關焦點

  • 原位聚合的聚吡咯納米顆粒固定化聚己內酯導電支架用於骨組織工程
    C：原位聚合的聚吡咯納米顆粒固定化聚己內酯電紡導電支架用於骨組織工程DOI:10.1016/j.msec.2020.111056儘管進行了大量嘗試以製備聚吡咯納米顆粒（PPy-NPs）摻雜的納米纖維支架，但仍需尋求一種低成本的簡便策略。在本文中，研究者開發了一種新型PPy-NPs原位聚合策略，並一步將其固定到PCL聚合物基質中。
  • CJTER雜誌：組織工程中的生物材料研究領域最新熱點文章23篇
    《中國組織工程研究》第 24 卷 第 28期納米纖維大孔支架製備技術在骨組織工程研究中的應用與意義 張偉忠，李 磊，何 賀，何 鑫 支架材料在牙髓再生和血運重建中的應用陳樂怡，呂曉琳，徐穩安 緩釋阿託伐他汀鈣納米纖維支架對細胞黏附增殖的影響 王 樂，惠 敏，董西玲，周 晗，董洪亮，張曉明
  • 東華大學研發成功新型無機納米纖維彈性材料—新聞—科學網
    從「無機硬漢」變身為「彈力寶寶」
  • 用於三維細胞培養蓬鬆深度互連的羥基磷灰石纖維支架
    ：是一種特殊的纖維製造工藝，聚合物溶液或熔體在強電場中進行噴射紡絲，在電場作用下，針頭處的液滴會由球形變為圓錐形，並從圓錐尖端延展得到纖維細絲，這種方式可以生產出納米級直徑的聚合物細絲。三維支架生物材料：含有多孔結構，可以為細胞提供豐富的分布空間並有利於氧氣和營養物質的輸送；三維生物材料在一定程度上模擬了細胞外基質的拓撲結構和生物功能，從而誘導骨的修復和再生。背景：目前生物支架材料緻密的微觀結構和局限細胞生長微環境是限制其在骨組織修復應用上的兩大難點。
  • 基於軟骨衍生細胞外雜化納米纖維支架的製備及在軟骨組織中的應用
    ：基於軟骨衍生的細胞外基質cECM/PCL雜化納米纖維支架的製備及其在軟骨組織中的應用DOI:10.1016/j.matdes.2020.108773衍生自脫細胞組織和器官的細胞外基質（ECM）已在各種臨床前和臨床應用中用作生物支架。但是，缺乏機械性能和形狀可控性是一個缺點。相比之下，合成聚合物可以很容易地設計出具有良好機械性能的支架，但它們的生物功能有限。
  • 東華大學張彥中團隊在纖維生物材料與組織工程研究領域獲重要進展
    近日，東華大學化學化工與生物工程學院張彥中教授課題組在纖維生物材料與組織工程研究領域取得重要進展，相關成果以《PHBV改性的PLLA電紡纖維膜的形狀記憶和成骨能力》為題，在線發表於組織工程與再生醫學（TERM）領域國際最具影響力的學術期刊《組織工程》（Tissue Engineering）上。
  • Nature子刊|Mikos院士萬字長文詳論:骨組織工程材料設計策略
    作者描述了在骨組織工程中使用生物材料（特別是聚合物、生物陶瓷、金屬和複合材料）的目標和要求，重點介紹了它們在人類治療和疾病建模中的應用。還討論了材料設計路徑中的關鍵考慮和決策，並概述了最有前途的製造技術，即3D 列印和電場輔助技術。 最後，我們強調了在開發理想的骨組織再生材料方面未滿足的需求和挑戰。
  • 納米技術與納米材料在纖維中的應用研究
    摘要：        本文介紹了納米技術在化學纖維中的應用方式，並闡述了納米技術在功能性纖維和其他特種纖維中的應用情況，以及納米材料在應用中存在的問題及解決方法，最後展望了納米技術的應用前景。
  • CJTER雜誌組織工程中的生物材料研究領域最新熱點文章25篇
    《中國組織工程研究》第 24 卷 第 22期研究與報告退火處理不同管徑 TiO2 納米管表面成纖維細胞的生物學行為 李紅彩，馬 壯，郭有玲 11. 不同分散介質研磨所得納米珍珠粉的比較毛秋華，徐 普，程亞楠，廖 軍，陳 靈，李木元口腔生物材料12.
  • 韓國研究人員製備出超高性能碳納米管纖維
    韓國研究人員製備出超高性能碳納米管纖維 發表時間：2019/7/23
  • 技術研究:靜電紡絲技術製備碳納米纖維
    由於碳纖維具有導電性，其作為複合材料和電極中的增強材料應用於很多方面，將其尺寸縮小至納米級可能會提高其性能並開闢新的應用[Mao等2013]。靜電紡絲是紡絲聚合物溶液形成納米纖維的簡單方法，由於碳纖維通常由碳化聚合物製備，因此，靜電紡絲是製備用於碳化的聚合物納米纖維的有效方法。
  • 東華大學俞建勇院士和丁彬教授:二維網狀納米纖維材料製備新技術
    近年來，二維納米網絡結構材料在環境防護、電子器件、生物工程等領域具有廣闊的應用前景。在此基礎上，通過改進技術，該團隊利用新型溼度誘導「靜電紡/噴」技術，以高偶極矩聚合物聚丙烯腈為原料，製備出了直徑細、孔徑小、孔隙率高且具有蓬鬆雙網結構的納米蛛網/纖維高效低阻空氣過濾材料。
  • 3D列印技術在骨科的研究及應用進展
    作為一種新型的快速成型及快速製造技術，越來越為人們所關注，同時也受到醫學領域學者的青睞。3D列印技術在醫學領域已獲得應用，它主要包含以下幾點:(1)1∶1的實體模型；(2)無生物活性的材料；(3)具有生物活性的組織細胞及完整生命功能的器官。3D列印技術在骨科的應用走在前列，骨科領域中第1、2點已得到廣泛應用，並且在第3點應用也有相關報導。
  • 《中國組織工程研究》雜誌近期在線出版的生物材料新進展綜述：讀後定會有收穫
    在軟骨組織工程中，親和肽通過黏附細胞、募集因子和分子等作用增強組織工程的修復效果。在許多仿生軟骨多層支架策略中，與特定分子相互作用的親和肽對於模擬正常軟骨環境有著重要作用，同時隨著軟骨組織工程技術的發展尤其是計算機輔助技術的應用，為親和肽的使用提供了新的策略，但親和肽在體內實驗的停留時間、降解率、降解途徑等還需要進一步的了解。
  • 過程工程所在卷式靜電紡絲納米纖維膜研究方面取得進展
    靜電紡絲是一種製備納米纖維的重要手段，在空氣淨化、電池隔膜和生物醫學方面有重要應用。
  • CJTER雜誌：組織工程中的生物材料研究領域最新熱點文章25篇
    《中國組織工程研究》24 卷 第34期製備細胞外基質材料組織脫細胞方法的研究與熱點 何納米複合水凝膠在骨組織工程中的應用 餘幸鴿，林開利 玉米殼纖維增強殼聚糖基水凝膠應用於軟骨組織工程支架的潛力 方妤露，易兵成，沈炎冰，唐 寒，張彥中
  • 陳根：研究開發再生骨骼新材料，磁性納米粒子幫助骨骼快速生長
    在這項工作中，研究小組開發了一種新的複合材料，可以用於組織工程，特別是再生骨組織。這些細胞隨著時間的推移而繁殖，而支架同時溶解。最後，剩下的只是新長出的骨頭，在植入物的形狀和位置上。而在該研究團隊的研究中，開發的新材料含有磁性納米粒子，分散在一種稱為絲素的生物相容性絲源蛋白的三維基質中。
  • 中科院科學家3D列印生物陶瓷支架:可用於骨腫瘤治療
    如何製備出兼具治療骨腫瘤和修復骨缺損的生物材料是一項很大的挑戰。近期，中國科學院上海矽酸鹽研究所研究員吳成鐵與常江帶領的研究小組首次提出將骨組織工程與光熱治療相結合的思想，在製備用於治療與修復骨腫瘤缺損的光熱功能化的生物活性陶瓷支架的研究中取得了新進展。
  • 新型納米支架對神經幹細胞生物行為及相關基因表達的影響
    背景：利用納米技術製備的支架可形成與天然生物體內基底膜結構相似的表面結構，對種子細胞的行為進行有效調節。目的：觀察平行與交錯排列納米纖維膜對神經幹細胞增殖及分化等生物學行為的影響。方法：以Ⅰ型膠原為材料，利用靜電紡織技術製備平行排列納米纖維膜與交錯排列的納米纖維膜。
  • 「創新達人」劉燕:以微納米技術為基 探究骨再生奧秘
    前沿科技，引領健康理念作為當前國際生物技術領域的前沿和熱點技術，納米生物技術已經發展成為融合物理學、化學、量子學、材料學、電子學、生物學、醫學等眾多領域的綜合性交叉學科，尤其是在醫藥衛生領域顯現出了廣泛的應用前景和明確的產業化前景，很多國家甚至已經將納米生物技術作為21世紀的科研優先項目予以重點發展。