修飾生物材料促進(jìn)骨組織工程血管化研究進(jìn)展

李 婧，王懷明

(解放軍第八九醫(yī)院骨科實(shí)驗(yàn)室，山東 濰坊 261021)

創(chuàng)傷或疾病導(dǎo)致的大段骨缺損仍是矯形外科面臨的重要難題之一。骨組織工程技術(shù)是促進(jìn)骨再生、修復(fù)骨缺損的重要方法，也是攻克這一難題的希望。骨組織工程血管化在骨再生和骨缺損修復(fù)中的重要性一直都是研究熱點(diǎn)[1-2]。血管系統(tǒng)在骨發(fā)育、再生和重塑中不可或缺。骨再生的關(guān)鍵在于快速恢復(fù)血管系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)合適的血液供應(yīng)，從而促進(jìn)骨整合和骨缺損的修復(fù)[3-5]。骨組織工程技術(shù)一般由生物材料支架、生物活性因子及移植細(xì)胞3個(gè)基本單元組成，其中生物材料支架是核心，為骨缺損部位提供機(jī)械穩(wěn)定性，還可作為生物活性因子及移植細(xì)胞的轉(zhuǎn)運(yùn)載體，是實(shí)現(xiàn)生物活性因子時(shí)空調(diào)控和動(dòng)態(tài)影響血管重新生成的關(guān)鍵組分。從材料組成、表面功能化、機(jī)械性能及裝配技術(shù)等方面構(gòu)建和修飾生物材料，可進(jìn)一步促進(jìn)生物材料與生物活性因子以及移植細(xì)胞的協(xié)同作用，有利于血管生成應(yīng)答的產(chǎn)生[6-8]?，F(xiàn)就近年來生物材料促進(jìn)骨組織工程血管化的研究進(jìn)展予以綜述。

1 改進(jìn)材料組分促進(jìn)血管生成

1.1生物活性玻璃(bioactive glasses,BGs) 可刺激血管化骨生長是生物材料支架完全替代骨移植的前提。BGs是較為理想的材料，其在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用已被廣泛研究[9-11]。BGs本身較脆，但具備骨組織工程所必需的重要特點(diǎn)。BGs具有骨傳導(dǎo)性，可比其他生物陶瓷更快地與宿主組織鍵合，并在交界處形成羥磷灰石樣表層，類似于骨的礦物質(zhì)成分，從而與活體骨和組織結(jié)合更加牢固。BGs降解后釋放的溶出產(chǎn)物能在遺傳水平刺激成骨祖細(xì)胞，促進(jìn)成骨作用[12]。此外，有研究顯示BGs能促進(jìn)血管生成，對(duì)骨再生中新血管形成和軟組織損傷愈合十分重要，可以替代昂貴的促血管生成因子的應(yīng)用。Lee等[13]將BGs納米顆粒融入磷酸鈣水泥中，發(fā)現(xiàn)隨著納米顆粒濃度的增加，細(xì)胞黏附、增殖和分化能力增強(qiáng)，并能激活一系列血管生成相關(guān)基因的表達(dá)，顯著影響內(nèi)皮細(xì)胞的遷移和血管形成。與磷酸鈣材料相比，BGs在燒結(jié)過程中發(fā)生結(jié)晶作用，不易制成多孔性結(jié)構(gòu)是限制其應(yīng)用于臨床的重要原因，而多孔性支架是促進(jìn)血管生成的重要因素。以往的研究主要是改進(jìn)機(jī)體對(duì)BGs的應(yīng)答，使其作用更廣泛。通過調(diào)整BGs組分可以預(yù)防結(jié)晶形成，可制備BGs與聚合材料的復(fù)合體或采用新型加工過程，使BGs材料更堅(jiān)硬，從而制備出不同機(jī)械性能的支架，用于不同負(fù)重骨的替代治療。Midha等[14]研制的由70%二氧化硅和30%氧化鈣組成的BGs多孔支架可被破骨細(xì)胞重塑；從該支架中釋放的可溶性二氧化硅和鈣離子能使成骨細(xì)胞數(shù)量增加，且材料表面能支持內(nèi)皮細(xì)胞生長和血管形成，具備致血管生成潛力。因硼酸鹽BGs降解速率可控，作為移植物可以更好地匹配新骨形成速率，故研究者也嘗試用硼酸鹽或硼硅酸鹽復(fù)合物代替硅酸鹽構(gòu)建新型BGs材料，提高新骨形成能力。此外，BGs中還可以摻入銅、鋅、鍶等微量元素，更有利于健康骨的生長；或者用2%或5%的鈷離子替代部分鈣離子，可制備出模擬低氧的BGs使接種的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(mesenchymal stem cells，MSCs)中低氧誘導(dǎo)因子和血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)基因表達(dá)增加，并且能分泌VEGF[15]。

1.2產(chǎn)氧生物材料 氧氣不足是工程化組織中細(xì)胞死亡或功能喪失的主要原因，不可避免地導(dǎo)致移植后血管生成延遲，故應(yīng)設(shè)法提高移植物中氧氣水平，尤其是早期移植階段和血管網(wǎng)絡(luò)形成之前，可同時(shí)維持細(xì)胞活力。生物材料本身具備理想的產(chǎn)生氧氣能力，無需多次手術(shù)，在移植后立即提供足夠的氧氣。例如無機(jī)過氧化物(如過碳酸鈉、過氧化鈣和過氧化鎂等)浸泡過的生物材料在體內(nèi)可通過水解作用直接產(chǎn)生氧氣[16]。Harrison等[17]合成了一種包含過碳酸鈉的乳酸羥乙酸多聚物(lactic-co-glycolic acid，PLGA)膜，將該膜移植到小鼠皮瓣上，1周內(nèi)組織壞死和細(xì)胞凋亡顯著減少。但PLGA膜可水解降解，無法調(diào)控氧氣產(chǎn)生速率且以過氧化氫作為媒介，而高濃度過氧化氫對(duì)細(xì)胞及周圍組織有害，故仍需補(bǔ)充過氧化氫酶來緩解細(xì)胞毒性，因此不能作為良好的對(duì)自由基敏感的細(xì)胞載體。Shiekh等[18]制備了含有過氧化鈣和抗氧化劑的聚氨酯支架，能持續(xù)釋放氧氣達(dá)10 d，并可減少自由基的產(chǎn)生，可維持細(xì)胞在低氧狀態(tài)下存活，防止組織壞死。Pedraza等[19]嘗試將固體過氧化鈣包埋在高度疏水性且穩(wěn)定的聚二甲基硅氧烷中，通過限制水進(jìn)入生物材料實(shí)現(xiàn)對(duì)氧氣產(chǎn)生的調(diào)節(jié)。聚二甲基硅氧烷的氧擴(kuò)散和滲透性極高，可保證氧氣有效地從材料中擴(kuò)散并進(jìn)入周圍環(huán)境中。體外研究顯示，該材料可顯著緩和低氧誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡和功能喪失，并限制細(xì)胞應(yīng)激通路的活化和無氧代謝的轉(zhuǎn)化，在未使用任何自由基清除劑或過氧化物清除劑的前提下，維持細(xì)胞存活達(dá)3周。

1.3生物材料表面功能化 生物材料表面直接與周圍環(huán)境接觸，材料的表面能量、電荷及粗糙度等性質(zhì)決定了兩者的相互作用。對(duì)生物材料表面進(jìn)行特定地修飾可賦予生物材料親水性、生物識(shí)別、細(xì)胞相容性等特質(zhì)，提高在生物環(huán)境中支架材料、生物活性因子和細(xì)胞的交叉作用效果，有利于組織再生。表面功能化的方法主要有以下幾種：①共價(jià)結(jié)合細(xì)胞黏附配體，通過配體與相應(yīng)受體之間特異的相互作用提高機(jī)體獲得有效應(yīng)答的能力。精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸寡肽序列是常用的黏附配體，既可提高細(xì)胞的黏附增殖，又可結(jié)合生物活性因子。②選擇特定的功能基團(tuán)或生物分子固定在材料表面，通過調(diào)節(jié)親水性/疏水性的平衡提高材料界面與周圍環(huán)境的趨近性。③表面磷酸化是表面功能化的有效方法，有利于骨鍵合，促進(jìn)新骨形成。羧基、磷酸基團(tuán)、氨基、羥基等陰離子功能團(tuán)對(duì)生物材料表面的修飾能誘導(dǎo)磷酸鈣相的成核作用和羥磷灰石的生長。隨著對(duì)細(xì)胞和材料間相互作用機(jī)制研究的進(jìn)一步深入，有學(xué)者提出了智能界面或智能支架等概念，通過多種途徑和方法精確合成生物材料，使其呈現(xiàn)高度特異空間分布的生物活性位點(diǎn)和理想的表面形態(tài)結(jié)構(gòu)，從而激發(fā)獨(dú)特的細(xì)胞應(yīng)答，比傳統(tǒng)材料更有利于原位誘導(dǎo)成骨細(xì)胞分化及促進(jìn)血管生成[20-22]。

2 調(diào)控促血管生成因子釋放

生物材料作為生物活性因子的載體，在行使轉(zhuǎn)運(yùn)功能的同時(shí)，可從時(shí)間和空間上調(diào)控生物活性因子在體內(nèi)的定位及活性，參與促血管生成作用和成骨作用，對(duì)獲得更好的治療效果十分重要。生物活性因子可通過物理包裹或化學(xué)固定的方式加載到生物材料上。生物材料可通過特定修飾適應(yīng)不同因子的需要，兼容不同釋放機(jī)制智能調(diào)控生物活性因子的體內(nèi)功能[23]。

2.1擴(kuò)散釋放 擴(kuò)散釋放一般采用物理包裹的方式轉(zhuǎn)運(yùn)生物活性因子。根據(jù)操作的難易程度分為濃度梯度釋放和序貫釋放。濃度梯度釋放易于操作，將生物材料支架在生物活性因子溶液中浸泡至飽和后立即植入生物體內(nèi)或?qū)⑸锘钚砸蜃影裨诓牧现?，移植后生物活性因子沿濃度梯度快速脫離支架，擴(kuò)散進(jìn)入周圍組織。其釋放動(dòng)力學(xué)取決于生物材料與生物活性因子之間的非特異性相互作用以及材料的孔隙大小、結(jié)構(gòu)和降解性。這些方法在早期報(bào)道的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中被證明可實(shí)現(xiàn)骨修復(fù)。通過調(diào)節(jié)孔徑大小等方式可更加精細(xì)地構(gòu)建材料支架，制備不同活性因子與材料的配對(duì)組合，實(shí)現(xiàn)特定生物活性因子的快速釋放，但釋放時(shí)間和空間定位方面難以調(diào)控。移植初期活性因子一次性突然釋放，難以實(shí)現(xiàn)大多數(shù)情況下需要生物活性因子持久釋放的目的，對(duì)于半衰期較短的生物活性因子，有時(shí)需要提高初始劑量，但會(huì)增加不良反應(yīng)的產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)。

血管形成是由一系列事件構(gòu)成的，成熟血管網(wǎng)絡(luò)形成需要許多促血管生成因子的精確調(diào)控才能實(shí)現(xiàn)。除了定向轉(zhuǎn)運(yùn)一種生物活性因子外，同時(shí)或序貫轉(zhuǎn)運(yùn)多種因子將會(huì)提高治療效果。有研究者嘗試將生物活性因子包裹在可降解微粒中，制成納米膠囊，來實(shí)現(xiàn)生物活性因子的序貫釋放。Perez等[24]以膠原蛋白為核心、藻酸鹽為外殼，設(shè)計(jì)了一種水凝膠纖維支架。將骨形態(tài)發(fā)生蛋白2(bone morphogenic protein 2，BMP-2)加載于核心層，鈷離子加載于外殼中，并且根據(jù)需要可以靈活調(diào)整鈷離子濃度。結(jié)果表明，在血管生成中發(fā)揮作用的鈷離子在1周內(nèi)快速釋放，為早期血管生成創(chuàng)造條件。而成骨因子BMP-2則可以在幾周至幾個(gè)月的時(shí)間內(nèi)持續(xù)釋放。Bai等[25]利用超臨界二氧化碳發(fā)泡技術(shù)制備了一種新型聚合物系統(tǒng)，可以序貫轉(zhuǎn)運(yùn)VEGF、成纖維生長因子2(fibroblast growth factor 2, FGF-2)和血小板衍生生長因子(platelet-derived growth factor，PDGF)三種參與血管形成的因子，可從劑量和速率方面調(diào)控 3種因子的釋放，并顯著增強(qiáng)內(nèi)皮細(xì)胞的致血管生成作用以及成熟血管網(wǎng)絡(luò)的快速形成。

2.2降解釋放 生物材料的降解動(dòng)力學(xué)直接決定了所轉(zhuǎn)運(yùn)生物活性因子的釋放動(dòng)力學(xué)。水解和酶解是生理?xiàng)l件下兩種主要降解方式。生物材料的分子量、聚合物的濃度和疏水性、交聯(lián)度、膨脹度、pH變化、機(jī)械壓力或拉伸作用等因素均能影響材料的降解。水解作用能以相同速率在機(jī)體不同部位發(fā)生，故難以實(shí)現(xiàn)時(shí)空上的精確調(diào)控。利用細(xì)胞分泌酶的活性可實(shí)現(xiàn)生物活性因子的特定釋放。在生理?xiàng)l件下，血管損傷后血小板、中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞迅速到達(dá)損傷部位，形成富含纖維蛋白的臨時(shí)基質(zhì)，其中包埋著生長因子。當(dāng)基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMPs)發(fā)揮作用降解臨時(shí)基質(zhì)時(shí)，結(jié)合在細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)上的生長因子即被釋放，用來調(diào)控周圍細(xì)胞的切口愈合和局部血管的重新形成。酶的局部濃度決定了酶解的結(jié)果，在時(shí)空上調(diào)節(jié)ECM的降解和存在，從而調(diào)控周圍環(huán)境中生長因子的濃度。根據(jù)這一生物激活策略構(gòu)建模擬ECM的生物材料支架，通過對(duì)局部環(huán)境信號(hào)或外源性刺激產(chǎn)生應(yīng)答，能夠適當(dāng)控制促血管生長因子在骨缺損部位的存在，實(shí)現(xiàn)按需釋放。有研究顯示，MMPs敏感性水凝膠可顯著提高BMP-2修復(fù)大鼠顱骨缺損的效果[26-27]。合成的MMPs敏感性水凝膠較目前臨床上使用的可吸收膠原海綿在加載BMP-2修復(fù)臨界大小骨缺損方面的效果更好。用MMPs配體功能化生物材料偶聯(lián)促血管生成因子，可按需釋放因子，誘導(dǎo)血管生成[28-29]。

2.3延緩釋放 在許多組織再生應(yīng)用中，再生區(qū)域細(xì)胞持續(xù)暴露于含有特定可溶性活性因子的微環(huán)境并發(fā)生特定的細(xì)胞行為或形態(tài)發(fā)生事件，導(dǎo)致生物活性因子的持續(xù)呈遞，促進(jìn)新組織生長。生物活性因子以一定速率的持久釋放，既可減少初始劑量、降低不良反應(yīng)發(fā)生率，又可保證生物活性因子在整個(gè)修復(fù)過程中始終以適當(dāng)濃度發(fā)揮作用。主要方式：①依靠親和力和非共價(jià)結(jié)合力(靜電作用、氫鍵、范德華力或疏水性作用等)，實(shí)現(xiàn)因子的持久釋放。用于骨組織再生的常用生物活性因子(BMP-2、FGF-2和VEGF)在生理pH條件下帶正電荷，可以與帶負(fù)電荷的生物材料形成多離子復(fù)合物。這種靜電作用可延緩生物活性分子的擴(kuò)散，成為建立可調(diào)控轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。同樣，在生理pH下帶負(fù)電荷的DNA常與陽離子復(fù)合物結(jié)合形成帶正電荷的顆粒，從而延緩DNA從帶電荷生物材料基質(zhì)中釋放。②利用生物活性因子與肝素及其衍生物的親和作用構(gòu)建延緩釋放系統(tǒng)。存在于ECM中的肝素是富含負(fù)電荷的硫酸化分子，能結(jié)合多種促血管生成因子和成骨生長因子(如BMP-2、PDGF、FGF-2和VEGF)。利用工程技術(shù)將肝素結(jié)合域共價(jià)結(jié)合在支架材料上，通過親和作用調(diào)控生物活性因子的釋放和活性[30-31]。故可對(duì)某些生物材料進(jìn)行硫酸化修飾，賦予其結(jié)合生物活性因子的能力，使其具有與肝素相同或更高的親和力，增強(qiáng)生物活性因子介導(dǎo)的體內(nèi)血管生成作用。Janse van Rensburg等[32]利用肝素共價(jià)修飾聚乙二醇凝膠可持續(xù)釋放肝素，其血管形成能力優(yōu)于不含肝素和非共價(jià)結(jié)合肝素的聚乙二醇凝膠，并能顯著增強(qiáng)生長因子的血管形成能力。Freeman等[33]研究硫酸化修飾對(duì)藻酸鹽支架轉(zhuǎn)運(yùn)的促血管生成因子作用的影響，結(jié)果表明，硫酸化藻酸鹽支架組的血管密度和成熟血管比例較對(duì)照組高3倍以上。

3 調(diào)節(jié)材料強(qiáng)度促進(jìn)細(xì)胞定向分化

干細(xì)胞具有多能性，是骨組織工程中常用的移植細(xì)胞。除生化信號(hào)外，干細(xì)胞的維持和分化也受到微環(huán)境中生物物理因素的調(diào)節(jié)，包括機(jī)械負(fù)載和材料性質(zhì)等[34-35]。隨著生物模擬材料的發(fā)展，出現(xiàn)了更多有關(guān)ECM機(jī)械強(qiáng)度影響干細(xì)胞自我更新和行為的證據(jù)。通常用彈性模量表示ECM強(qiáng)度，不同彈性模量的材料指導(dǎo)干細(xì)胞分化成不同種類的細(xì)胞。Zouani等[36]對(duì)不同強(qiáng)度支架上BMP-2對(duì)干細(xì)胞調(diào)節(jié)的研究發(fā)現(xiàn)，MSCs對(duì)不同強(qiáng)度水凝膠的應(yīng)答存在差異，導(dǎo)致細(xì)胞分化方向不同。同時(shí)，生長因子的存在可調(diào)節(jié)機(jī)械信號(hào)對(duì)干細(xì)胞的作用。

目前認(rèn)為，ECM與干細(xì)胞相互作用的媒介可能與整合蛋白有關(guān)。整合蛋白是由α和β亞基組成的異二聚體，每種亞基又分為多種類型。這些亞基對(duì)各種ECM蛋白的親和力和特異性存在差異，故在調(diào)節(jié)干細(xì)胞對(duì)微環(huán)境機(jī)械性質(zhì)的應(yīng)答中也發(fā)揮不同的作用[27,37-39]。整合蛋白作為干細(xì)胞感知材料強(qiáng)度的開端，在機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中尤為重要，既可將細(xì)胞外環(huán)境信號(hào)轉(zhuǎn)入細(xì)胞內(nèi)，又可將細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞外，使得材料強(qiáng)度引發(fā)的多種信號(hào)之間的交叉作用影響基因表達(dá)并決定細(xì)胞命運(yùn)[40]。因此，可以工程構(gòu)建生物材料并通過活化整合蛋白的途徑實(shí)現(xiàn)血管生成。Lin等[41]在特定培養(yǎng)基中對(duì)通過改變各組分濃度制備的不同強(qiáng)度和孔隙度的明膠-異丁烯酸水凝膠接種MSCs并誘導(dǎo)內(nèi)皮分化的研究發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)度較低的凝膠(7.5%和10%)上MSCs內(nèi)皮細(xì)胞標(biāo)志物信使RNA表達(dá)顯著高于強(qiáng)度較高的凝膠(15%)；組分濃度為10%的凝膠上MSCs成骨標(biāo)志物信使RNA表達(dá)水平最高，可為MSCs形成毛細(xì)血管樣結(jié)構(gòu)提供最佳條件，表明材料的機(jī)械性質(zhì)能影響MSCs的內(nèi)皮分化和成骨分化以及隨后的毛細(xì)血管樣結(jié)構(gòu)形成。

4 顯微裝配技術(shù)

支架材料的顯微結(jié)構(gòu)在血管形成中發(fā)揮重要作用，如更高孔隙度和更大孔徑允許體內(nèi)骨長入和血管形成，支架的平均孔徑與物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)及細(xì)胞黏附相關(guān)。因此，構(gòu)建含有不同孔徑大小的微孔支架有利于骨形成和血管形成。天然組織基質(zhì)是由孔、纖維、脊、溝、凹等納米特征構(gòu)成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。研究證明，ECM的表面特征能顯著影響細(xì)胞的黏附、增殖、排列、遷移和分化，其中微米級(jí)表面特征可以控制細(xì)胞形狀和定位，納米級(jí)表面特征以纖維直徑、長度和交聯(lián)樣式及表面不規(guī)則性等方式為細(xì)胞提供幾何學(xué)刺激信號(hào)，從而調(diào)節(jié)細(xì)胞與基質(zhì)間的相互作用[42]。納米結(jié)構(gòu)催生納米技術(shù)成為組織工程和再生醫(yī)學(xué)的重要研究領(lǐng)域。應(yīng)用顯微納米裝配技術(shù)可制備出更加精細(xì)復(fù)雜的支架材料，更好地模擬天然ECM的功能[43]。

4.1電噴技術(shù) 電噴技術(shù)是一種從聚合物溶液中獲得納米纖維的新技術(shù)。用于組織工程的優(yōu)勢主要有：①表面積與體積的比值高。②結(jié)構(gòu)、功能和形態(tài)類似膠原纖維，但無導(dǎo)致生物污染的風(fēng)險(xiǎn)?？扇藶檎{(diào)控獲得不同結(jié)構(gòu)和形狀的納米纖維，效仿天然ECM，為細(xì)胞長入和骨再生提供更有利的微環(huán)境。不足之處是在構(gòu)建結(jié)構(gòu)更復(fù)雜的支架方面仍欠缺靈活性。Lü等[44]在PLGA電噴支架表面用肝素固定VEGF，實(shí)現(xiàn)VEGF的持續(xù)釋放，且與血管內(nèi)皮細(xì)胞一起增強(qiáng)MSCs的血管生成。Jundzi等[45]利用電噴技術(shù)構(gòu)建管形合成聚合物支架的動(dòng)物體內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，植入腹膜后有更多更大的血管形成并遷移進(jìn)入支架內(nèi)，無炎癥反應(yīng)發(fā)生，支架與宿主組織整合更好。

4.2逐層裝配技術(shù)(layer-by-layer assembly，LBL) 為了滿足生物材料同時(shí)具有誘導(dǎo)血管生成和成骨作用的需要，研究者提出了構(gòu)建分層支架的概念[46]。分層支架使每層轉(zhuǎn)運(yùn)不同信號(hào)，在不同區(qū)域分別遞呈不同生物活性因子，相較于簡單混合各種生物活性因子的方式，能更好地評(píng)估不同生化信號(hào)的作用。LBL是一種制備基于膜組分互補(bǔ)作用的多層膜的自我裝配技術(shù)。相較于其他表面設(shè)計(jì)技術(shù)，LBL以簡單、多用途及納米結(jié)構(gòu)調(diào)控的優(yōu)勢引起廣泛關(guān)注。Wang等[47]采用基于LBL技術(shù)的從頭合成策略，制備出一種仿生骨膜。骨修復(fù)和重建實(shí)驗(yàn)顯示該仿生骨膜重現(xiàn)了骨膜骨修復(fù)的全過程，為進(jìn)一步研制多組分和多功能人工骨膜提供了技術(shù)平臺(tái)。Gentile等[48]利用LBL裝配技術(shù)分別將增強(qiáng)細(xì)胞黏附和增殖、指導(dǎo)干細(xì)胞分化和提高礦物質(zhì)基質(zhì)形成的肽片段融合到支架材料中，誘導(dǎo)產(chǎn)生良好的體內(nèi)應(yīng)答。

4.3模塊裝配技術(shù) 模塊裝配技術(shù)通過模擬復(fù)雜組織的顯微結(jié)構(gòu)特征，為制備更大和更多的復(fù)雜組織構(gòu)建物提供可行的途徑。一般先制備不同生物材料組分、細(xì)胞類型和(或)生物活性因子的亞單元，然后組裝成能模擬天然組織空間變化的多元工程復(fù)合體，其顯著優(yōu)點(diǎn)是能制備結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜的生物材料。不同模塊發(fā)揮各自的功能，通過加入促血管生成亞單元可以改進(jìn)工程構(gòu)建物的血管生成，常被用于提高組織工程構(gòu)建物的血管化，包括血管化骨[49-50]。目前該策略還只作為了解和檢查細(xì)胞應(yīng)答的體外研究工具。臨床轉(zhuǎn)化中仍需大量體內(nèi)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究確定如何保持提高信號(hào)可控性與裝配復(fù)雜程度之間的平衡，達(dá)到降低復(fù)雜裝配步驟導(dǎo)致較高治療成本的目的。

5 小 結(jié)

生物材料作為成骨細(xì)胞生長和血管系統(tǒng)建立的模板，其類型選擇和功能修飾是骨組織工程技術(shù)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。近年來，骨組織工程血管化研究方面已取得長足進(jìn)步，但是由于骨組織工程的特殊性和復(fù)雜性，距離完全替代天然骨的目標(biāo)仍任重道遠(yuǎn)。隨著細(xì)胞生物學(xué)、材料學(xué)和生物醫(yī)學(xué)工程的發(fā)展，聯(lián)合多學(xué)科技術(shù)優(yōu)勢共同攻克骨組織工程血管化難題將是未來的發(fā)展趨勢。