脂肪組織工程支架材料的研究進(jìn)展

1、脂肪組織工程支架材料的研究進(jìn)展    脂肪組織工程支架材料的研究進(jìn)展脂肪組織工程支架材料的研究進(jìn)展 組織工程的核心是建立由種子細(xì)胞和生物材料支架構(gòu)成的三維空間結(jié)構(gòu)復(fù)合體，生物材料是組織工程發(fā)展的關(guān)鍵，隨著材料科學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)的發(fā)展，各種適合細(xì)胞生長(zhǎng)、繁殖和分化的天然和合成的可降解材料被用來(lái)制作組織工程支架。要成功構(gòu)     脂肪組織工程支架材料的研究進(jìn)展組織工程的核心是建立由種子細(xì)胞和生物材料支架構(gòu)成的三維空間結(jié)構(gòu)復(fù)合體，生物材料是組織工程發(fā)展的關(guān)鍵，隨著材料科學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)的發(fā)展，各種適合細(xì)胞生長(zhǎng)、繁殖和分化

2、的天然和合成的可降解材料被用來(lái)制作組織工程支架。要成功構(gòu)建工程化的脂肪組織，選擇適當(dāng)?shù)闹Ъ懿牧鲜潜夭豢缮俚?。支架材料為種子細(xì)胞提供貼服場(chǎng)所，而且決定最終構(gòu)建的脂肪組織形狀，因此，支架材料的理化特性是需要考慮的非常重要的因素。本文就脂肪組織工程支架材料的研究進(jìn)展做一綜述。1 概述脂肪組織工程旨在把獲得的種子細(xì)胞種植在三維結(jié)構(gòu)支架材料上，在合適的微環(huán)境及細(xì)胞因子的作用下，發(fā)育為成熟的脂肪組織。支架材料作為人工細(xì)胞外基質(zhì)，為種子細(xì)胞提供了適合其遷移、粘附、生長(zhǎng)、繁殖的生物學(xué)空間，促進(jìn)合成新的細(xì)胞外基質(zhì)成分，支持新陳代謝 1。前脂肪細(xì)胞只有貼附于合適的支架上，才能進(jìn)行分化、增殖。支架材料和人體組織直接

3、接觸，所以對(duì)其生物學(xué)特性和理化性質(zhì)有較高的要求。理想的用于脂肪組織工程的支架材料應(yīng)具備的條件為：足夠的機(jī)械強(qiáng)度和柔韌性；良好的生物相容性；生物活性和生物降解性；具有適合的三維空間多孔結(jié)構(gòu)；能提供明確的生物學(xué)上的刺激因素，促進(jìn)血管形成；具有可加工性、可消毒性及抗凝血性；來(lái)源充足，易于重復(fù)制作、加工成型。 2 支架材料來(lái)源目前，用于構(gòu)建脂肪組織工程的支架材料包括天然和人工合成材料。常用的天然高分子生物材料主要分為多糖類和蛋白質(zhì)類兩大類，包括殼聚糖、藻朊酸鹽、膠原蛋白、絲素蛋白、透明質(zhì)酸及其衍生物等，這類材料自身包含的生物信息能夠刺激細(xì)胞產(chǎn)生或維持各種功能，所含的一些天然結(jié)構(gòu)有利于細(xì)胞的附著或保持分

4、化，而且它們具有良好的生物相容性和化學(xué)多樣性，可以促進(jìn)細(xì)胞間的相互作用，降解過(guò)程受細(xì)胞控制2。但這類材料在大規(guī)模生產(chǎn)過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)質(zhì)量難以控制、性能變化與結(jié)構(gòu)變化不成比例等，而且來(lái)源有限，價(jià)格較為昂貴，使其應(yīng)用受到一定程度限制3。在臨床應(yīng)用中，為了盡可能降低機(jī)體產(chǎn)生免疫反應(yīng)的可能性，確保支架長(zhǎng)期穩(wěn)定，天然材料通常要在應(yīng)用前進(jìn)行一些預(yù)處理。人工合成材料包括PGA，PLA，PLGA，PEGDA（聚乙二醇二丙烯酸酯）等，機(jī)械性能良好，設(shè)計(jì)制造過(guò)程中能對(duì)材料的許多性能進(jìn)行控制，易加工成不同的形狀，可以被制作成凝膠、海綿、纖維網(wǎng)織物和納米纖維4，被廣泛用作生物材料。3 構(gòu)建組織工程脂肪支架材料3.1 膠

5、原蛋白：膠原蛋白是一種由三條肽鏈組成的纖維狀蛋白質(zhì)，廣泛存在于細(xì)胞外基質(zhì)和結(jié)締組織中，是目前組織工程研究中最常用的天然生物材料。膠原蛋白有著良好的機(jī)械性能及生物相容性，可被膠原蛋白酶和基質(zhì)金屬酶生物降解5，免疫原性較低，細(xì)胞對(duì)其適應(yīng)性強(qiáng)，可承載多種細(xì)胞，具有三維多孔結(jié)構(gòu)，能釋放生物活性因子，可促進(jìn)細(xì)胞增殖和分化，促進(jìn)脂肪組織形成，可塑性良好，制備方便，是一種較理想的脂肪組織工程支架材料。膠原蛋白以I、型最為多見，其中I型膠原由于性能優(yōu)良且含量豐富，已被廣泛用于構(gòu)建組織工程人工皮膚。I型膠原凝膠支架具有半固體、半液態(tài)的特點(diǎn)，能夠相對(duì)容易地實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的均勻分布，而且能夠通過(guò)物理性捕獲效應(yīng)將大量細(xì)胞限

6、制于其中，同時(shí)解決了細(xì)胞與材料的復(fù)合問(wèn)題及接種過(guò)程中細(xì)胞的丟失問(wèn)題 6。型膠原海綿孔隙率較高，具有較大的空間和比表面積，可以為脂肪干細(xì)胞的生長(zhǎng)和增殖提供更為廣闊的空間，孔徑較適合細(xì)胞粘附生長(zhǎng)，對(duì)脂肪干細(xì)胞的吸附率較高。將人成纖維細(xì)胞接種在天然膠原蛋白材料上，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞可以在膠原海綿支架周圍粘附、生長(zhǎng)、增殖分化，隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)細(xì)胞長(zhǎng)入孔隙內(nèi)，分泌細(xì)胞外基質(zhì)，細(xì)胞連接成片，表明這種材料對(duì)細(xì)胞有粘附作用7。大量研究表明膠原海綿可以支持多種細(xì)胞來(lái)源的脂肪組織生成8，將人及兔脂肪干細(xì)胞在型膠原蛋白支架上進(jìn)行體外培養(yǎng)，結(jié)果顯示脂肪干細(xì)胞在支架上粘附、生長(zhǎng)和增殖良好，表明I型膠原蛋白支架材料具有良好的細(xì)胞

7、相容性和親和力，有促進(jìn)細(xì)胞粘附和誘導(dǎo)生長(zhǎng)分化的作用。細(xì)胞-膠原蛋白復(fù)合物能形成有效的微環(huán)境網(wǎng)，提供豐富的血供，有利于新的脂肪組織的持續(xù)生成9。在體內(nèi)，膠原蛋白能促進(jìn)多數(shù)細(xì)胞生長(zhǎng)、分化、增殖和代謝，支持粘附種植更多的細(xì)胞，積聚更大量的脂質(zhì)。在膠原凝膠中添加短膠原纖維可以增強(qiáng)體內(nèi)細(xì)胞的生存力和脂肪積聚。含有封裝了成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子-2（FGF-2）明膠微球的膠原凝膠被證明在體內(nèi)可以促進(jìn)血管化的脂肪組織發(fā)育10。 在應(yīng)用中，膠原蛋白降解產(chǎn)物可被細(xì)胞利用合成新的基質(zhì)，不影響內(nèi)環(huán)境pH 值，而且可參與組織修復(fù)。另一方面，膠原蛋白降解速度過(guò)快在體內(nèi)4周后已完全降解，目前，解決這一問(wèn)題的主要方法是通過(guò)干熱、戊二醛或紫外輻照等方法交聯(lián)，可以在調(diào)節(jié)降解速度的同時(shí)，提高其綜合使用性能。此外，膠原蛋白價(jià)格較高。膠原材料由于獨(dú)特的生物學(xué)特性，在燒傷、創(chuàng)傷、美容等領(lǐng)域研究中已取得了可喜成果，但作為組織工程載體材料的研究還處于起步階段。3.2 絲素蛋白：絲素蛋白來(lái)源于天然蠶絲或蛛絲，是一種無(wú)生理活性的天然結(jié)構(gòu)蛋白。結(jié)構(gòu)上含有疏水區(qū)和親水區(qū)，疏水區(qū)為高度保守的重復(fù)序列，親水區(qū)由更復(fù)雜的序列構(gòu)成11。絲素蛋白具