支架制備材料的研究進展概述

王垚

【摘 要】支架的制備主要分為兩種，一種是利用天然生物材料脫細胞后直接制備；另一種為利用生物大分子材料通過制備工藝，在模具上制作形態(tài)高度仿真，并結(jié)合交聯(lián)技術制備在結(jié)構(gòu)上高度仿真的載體支架。

【關鍵詞】支架材料；羊膜；蠶絲蛋白

一、天然生物材料

天然生物材料（Natural biomaterials）是指在生物界本身存在的天然材料，其包括天然纖維、生物體的組織纖維和結(jié)構(gòu)蛋白等。天然生物材料和細胞外基質(zhì)具有類似的結(jié)構(gòu)、生物相容性良好等特點，廣泛應用于組織工程中，在細胞培養(yǎng)支架材料中具有顯著的優(yōu)勢。此外，任何器官的細胞外基質(zhì)都是由一系列結(jié)構(gòu)相似的生物大分子構(gòu)成。

二、脫細胞異種角膜基質(zhì)

脫細胞異種角膜基質(zhì)具有多種優(yōu)勢，如來源較為豐富且組織結(jié)構(gòu)相似，此外，角膜中還存在某些促進細胞生長、增殖和分化的生長因子。同時，較低的免疫原性可以使神經(jīng)容易再生和角膜感覺的恢復有積極作用。綜合來說，結(jié)合洗滌劑和酶處理提供最優(yōu)異的效果，保留天然ECM組分（I型，II型，III型和IV型膠原，纖連蛋白）和維持生物力學/光學性能（Van den Bogerd， B et al.，2017）。在候選的物種中，由于豬和人類的遺傳背景高度相似，所以豬是最理想的供體之一。

三、羊膜

羊膜是位于胎盤最內(nèi)層、位于胎兒旁邊的一層薄膜，它是一種半透明、無肌肉、無淋巴管、無血管、無血液供應的結(jié)構(gòu)，可以作為移植物來促進角膜上皮和基質(zhì)層的損傷修復（Jirsova K et al.， 2017）。羊膜的厚度一般在0.02mm到0.5mm之間，主要分為三層：羊膜上皮細胞層、下層基底膜和基質(zhì)層（Toda et al.， 2007）。上皮層位于羊膜的最內(nèi)層，直接接觸于羊水，代謝活性比較強。羊膜上皮細胞有助于維持羊水的穩(wěn)態(tài)，而細胞內(nèi)液泡的存在提高了它的分泌活性，主要分泌一些膠原蛋白和糖蛋白，比如III型膠原、IV型膠原、層纖連蛋白、粘連蛋白和巢蛋白（Dua et al.，2004）。

四、生物大分子材料

薄膜形式的絲蛋白由于具有光學和機械性能以及多樣的加工性，已經(jīng)成功地在體外設計角膜上皮和基質(zhì)層（Shang K et al.，2013）。此外，蠶絲膜已經(jīng)在兔動物模型中被證明是用于構(gòu)建角膜基質(zhì)的合適材料（Wang L et al.，2014）。近期，Duan等將桑蠶絲蛋白加入再生柞蠶絲蛋白，然后通過醇誘導和凍融的方法將兩種蠶絲蛋白進行有效的混合處理，制備出了不溶于水的柞蠶絲蛋白/桑蠶絲蛋白復合支架材料。研究者們將小鼠的成骨細胞和成纖維細胞接種在這種復合支架上，進行體外培養(yǎng)。數(shù)據(jù)顯示，柞蠶絲蛋白/桑蠶絲蛋白復合支架除了擁有良好的生物相容性以外，還可能更適用于組織工程領域（段郁，2018）。

五、膠原蛋白

膠原蛋白是生物體內(nèi)最重要的結(jié)構(gòu)生物聚合物，一直是生物材料領域的研究大熱門，他有著非常復雜的生物結(jié)構(gòu)，也是構(gòu)成結(jié)締組織的重要成分。膠原蛋白在生物體內(nèi)是十分常見的，它廣泛存在于肌腱、皮膚、血管以及角膜之中。在通常情況下，脊椎動物體內(nèi)膠原蛋白占總質(zhì)量的30%左右，并構(gòu)成了生物體的結(jié)構(gòu)框架。由于其廣泛的存在和無法替代的重要性，膠原蛋白被形象的稱為“生物材料鋼”。

目前，膠原材料主要以三種形式應用于組織工程角膜構(gòu)建：膠原支架、膠原水凝膠和膠原膜。使用于組織工程角膜的支架材料要具有一定的抗拉伸機械強度，但是膠原蛋白一般情況下機械性能比較差，很難進行動物移植等操作。為了解決這一難題，研究者通常會往膠原蛋白中加入某種添加劑等來增加其機械強度，然后再運用于組織工程角膜的構(gòu)建。Merrett等使 I型與III型膠原混合重組制成膠原支架，經(jīng)EDC/NHS交聯(lián)后，通過穿透性角膜移植術移植到去除前板層的豬角膜，跟蹤觀察1年之后，取出角膜進行體外檢測，發(fā)現(xiàn)實驗眼的透明度與對照眼基本無差別，有著完整的角膜上皮層（Merrett et al.， 2008），此外，神經(jīng)纖維延伸探入移植的膠原基質(zhì)板層中。

【參考文獻】

1. Van d B B， Dhubhghaill S N， Koppen C， et al. A Review of the Evidence for in vivo Corneal Endothelial Regeneration[J]. Survey of Ophthalmology， 2017，

2. Toda A， Okabe M， Yoshida T， Nikaido T. The potential of amniotic membrane/amnion-derived cells for regeneration of various tissues. J. Pharmacol Sci 2007； 105：215-28

3. Jirsova K ， Jones G L A . Amniotic membrane in ophthalmology： properties， preparation， storage and indications for grafting—a review[J]. Cell and Tissue Banking， 2017， 18（2）：193-204.

4.Dua HS， Gomes JA， King AJ， Maharajan VS （2004） The amniotic membrane in ophthalmology. Surv Ophthalmol 49：51–77.

5.Shang K， Rnjak-Kovacina J， Lin Y， Hayden R， Tao H， Kaplan D. Accelerated in vitro degradation of optically clear low beta-sheet silk films by enzyme mediated pretreatment. Trans Vis Sci Tech. 2013； 2 （3）：2.

6. Wang L， Ma R， Du G， Guo H， Huang Y. Biocompatibility of helicoidal multilamellar arginineDglycineD aspartic acid-functionalized silk biomaterials in a rabbit corneal model. Journal of Biomedical Materials Research Part B： Applied Biomaterials. 2014：n/a±n/a .