组织工程与支架的设计与挑战

2023-06-15 历史故事版权反馈

【摘要】：由于疾病或其他一些破坏因素，人的组织和器官会发生衰竭或功能丧失。这些方法的共同问题是，难以对支架孔洞的几何形状和大小、孔洞之间的相互连接、孔洞的空间分布形态等进行有效的精确控制，不能满足组织工程对支架的复杂要求，不能使不同的细胞在支架的空间结构中准确定位。

由于疾病或其他一些破坏因素，人的组织和器官会发生衰竭或功能丧失。目前，这类损伤的修复方法一般有三种：自体移植、异体移植和组织代用品，但他们各有弊端：①自体移植要以牺牲患者自身正常器官组织为代价，这种办法不仅会增加患者痛苦，还因有的器官独一无二，而无法做移植手术；②异体移植最难解决的是免疫排斥反应问题，失败率很高，加之人的异体器官来源有限，供不应求，难以实施。如果移植动物的器官，同样存在排斥反应，而且还要冒着将动物特有的一些病毒传给人类的危险；③组织代用品（如硅橡胶、不锈钢、金属合金等）的致命弱点是与人体相容性差，不能长久使用，且易引起感染。因此这些方法都难以真正达到修复或长期替代的结果。

为解决上述问题出现了组织工程（Tissue Engineering）的概念，其基本原理和方法是（见图5-1）：首先在体外制作一种模仿组织器官形状的支架（scaffold），使从供体组织中分离出来的种子细胞吸附于支架中，再使细胞在支架中培养成长，形成复合物，这种支架有优良的细胞相容性，用可以被机体降解吸收的生物材料构成，然后，将细胞—支架复合物植入人体组织器官的病损部位，在支架逐渐被机体降解吸收的同时，细胞不断增殖、分化，形成新的组织器官，并且其形态、功能方面与相应组织器官一致，从而达到修复创伤和重建功能的目的，上述方法称为基于

图5-1 组织工程原理图

支架的组织工程方法（scaffold-based ap-proaches）。

组织工程用支架是一种多孔隙三维结构体，它必须有足够小的孔隙（尺寸为200～500μm）和较高的孔隙率，并且孔与孔之间应相互连通，只有这样细胞植入后才能进入支架的内部，细胞所需的水分、无机盐以及其他营养物质易于渗透，细胞能很好地生长、繁殖，使形成的组织有较好的性能。

支架的制备方法有许多种，例如，纤维编织／纤维粘接法、溶液浇注／颗粒沥取法、气体发泡法、液—液相分离法等。这些方法的共同问题是，难以对支架孔洞的几何形状和大小、孔洞之间的相互连接、孔洞的空间分布形态等进行有效的精确控制，不能满足组织工程对支架的复杂要求，不能使不同的细胞在支架的空间结构中准确定位。为克服上述问题，出现了支架CAD／CAM一体化自由成形技术，其过程如图5-2所示。

图5-2 支架CAD／CAM一体化自由成形过程

组织工程与支架的设计与挑战

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