双网络水凝胶软骨修复材料的制备与研究(2)

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1.1 研究背景及选题意义

当今，软骨损伤和软骨相关疾病已经成为了导致残疾的一项重要因素，尤其是在中老年人群当中，这一现象更为明显。预计，到2030年，随着人口老龄化的现象以及肥胖病发病率是升高，全球的关节炎发病率会将升至25%。[1]由于软骨损伤的自发修复能力差，届时，对于软骨修复技术的要求将会达到一个空前的高度。因此，对于软骨修复材料的研究势在必行。

水凝胶的结构和天然软骨的细胞外基质相似,并可通过微创注射等方法来实现组织修复,因此是用于软骨修复和再生的一类非常重要的材料。设计和制备符合生物材料要求的力学和生物学性能的新型水凝胶将促进人工生物软组织材料的开发。自愈合水凝胶有望解决组织工程中难以用人工方法修复植入生物体的软材料的区域性损伤, 以及延长植入水凝胶材料的工作寿命和提高其安全性等问题。

1.2 关节软骨组织及软骨损伤

关节软骨表面光滑, 属于透明软骨，是一种叫做致密结缔组织的特殊的胶原纤维构成的基本框架。框架呈现半圆形，类似拱形球门，其低端紧紧附着在下面的骨质上，上端朝向关节面，这种结构使关节软骨紧紧与骨结合在一起，当受压时还能起到缓冲作用。软骨基质由胶原纤维、蛋白聚糖和水构成，占软骨组织的99%，其中胶原纤维约占15-20%，蛋白聚糖约占2-10%，水分约占70-75%。且组织越深，水分含量越高，从而才能保证软骨抵抗压缩所需的溶胀压。[2]

关节软骨覆盖在股骨和胫骨骨节的表面，位于骨头末端的凸起处。它像垫子一样，通过能力的吸收和外力的转移，起到了保护骨头的作用。同时，也为骨头提供了一个光滑的表面，从而减小了运动中的摩擦。两块月牙形的半月板介于股骨髁与胫骨平台之间，就象是缓冲器，保护了二者关节面，吸收向下传达的震荡，尤其是在过度屈曲或伸直时，此作用更明显。[3]

人体膝关节结构

图1.1 人体膝关节结构

关节软骨没有神经支配，也没有血管分布，其营养成分必须从关节液中得到，而代谢废物也必须排至关节液中，这种营养代谢必须在关节软骨不断受到压力刺激下进行，所以关节运动对于维持关节的结构很重要。

关节部位软骨骨复合组织缺损在临床医学上很常见，可有外伤。手术切除、感染、痛风和退变等引起，如受力过度、力学损伤或是正常损耗导致的缺陷或裂隙。软骨损伤通常通常还伴随着关节机械应力改变，导致退行性关节炎发生，致使患者功能障碍、生活质量下降。这种非全层缺损，因为缺少血管、淋巴管以及神经组织，其再生能力有限，并不能够自行愈合，从而最终会形成更大的缺陷。而那些扩展到有供血的部位的关节软骨并软骨下骨的全层缺损，由于骨髓中的间充质肝细胞等可以迁至软骨损伤部位，从而自发形成修复性的纤维软骨组织，但是其力学性能远不及健康软骨。

1．3 软骨损伤修复方法

基于关节软骨的解剖结构，当收到损伤时，其自我修复能力很差，需要人工修复。目前针对软骨组织损伤的修复方法多半主要为软骨微创、自体及异体骨软骨移植及组织工程手术，具体有一下几种：

（一）关节清理术，通常包括软骨微创，软骨下骨和关节清洗。通过这些方法，可以使软骨缺损扩大至骨髓部分，从而刺激骨髓中的修复性干细胞，使其分化形成软骨细胞，以纤维软骨组织的形式填充到软骨缺陷之中[4]。但是由于这些修复方法具有一定的危险性，并且恢复时间很长，因而不能得到与健康软骨在生物或功能方面等效的组织。所以，这些治疗手段只是暂时缓解了病人的痛苦，而并不能完全的修复已经损伤的软骨组织。