双网络水凝胶软骨修复材料的制备与研究(3)

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（二）软骨移植修复，主要是把软骨细胞或者软骨组织移植到软骨缺损区域，从而实现修复。相比之前单纯刺激骨髓细胞的修复方法而言，这种方法的又是在于起修复组织更接近健康软骨。具体又分为自体骨软骨移植术、异体骨软骨移植术和自体软骨细胞移植术三类。顾名思义，自体骨软骨移植术是从自体关节非负重区域取出多个圆柱状的骨软骨移植物，再将这些移植物以压配的方式嵌入修整后的软骨缺损处，但是其主要局限之处在于供区损伤，移植物取材区域、数量有限，供区与受区软骨在方位、厚度、生物力学性能方面存在差异等。[5]异体骨软骨移植术相对于前者则适用于面积较大的软骨缺损，通过一整块活性异体骨软骨移植物来实现修复，并且无供区损伤，供区选择位置更多变，其主要缺点在于收到不同病因、移植物保存时间、异体免疫原性、操作技术等方面的制约。传统的自体软骨细胞移植术通常是先获取自体非负重区域的正常关节软骨组织，将软骨组织中的软骨细胞进行体外培养增殖，然后把增殖的软骨细胞注入缺损处，并用自体骨膜或胶原膜固定覆盖。这一方法的主要缺陷在于整个流程需要进行两次手术操作，术后康复时间较长，操作技术要求较高骨膜供体区域损伤等。[6]

（三）组织工程方法，是指将种子细胞经体外培养增殖后，先植入一种组织相容性较好的可降解的三维生物支架上，将细胞生物支架复合体植入软骨缺损部位，随着时间推移，生物材料逐渐降解，植入细胞不断增殖，从而形成了新的软骨组织。但软骨细胞在体外培养过程中扩增能力有限，且软骨细胞取材会造成再损伤[7]。因此，源于自体软骨组织的种子细胞目前难以满足构建组织工程软骨的需要。除此之外，细胞粘附、增殖、分化等功能的发挥依赖于细胞外基质，因此对支架材料的选择也至关重要。理想的支架材料必须具备以下优点：良好的生物相容性；适应的生物降解性；良好的结构相容性；一定的强度和可塑性。

目前支架材料总体上分为天然材料和人工合成材料两种。常用的天然材料有胶原、明胶、纤维蛋白和藻酸盐等，因为这些有机物天然的存在于软骨细胞外基质当中，它们具有很好的细胞粘附性和增殖性，并且能够与周围组织很好的融合。[8]然而，修复后组织的力学性能要低于正常水平，使得膝盖不能承担原来所能够承受的负载。人工合成材料主要包括羟基乙酸、聚乳酸及其二者的共聚物。它们具有良好的生物相容性，且组成成分、相对分子量和表妹微结构等特性可以预先设计和控制。但是这些材料的相关制备技术以及性能变化还在研究当中。

1．4 组织工程软骨修复材料

目前关节软骨损伤的修复治疗包括:保守治疗,关节镜手术,钻孔微骨折法,软骨移植技术等,但是这些方法都有一定的局限性,且都不能达到长久的修复效果。1987年，美国国家科学基金会（NSF）在加利福尼亚举行的专家讨论会上，首次提出了“组织工程”的概念，利用组织工程的方法再造软骨也随即成为了软骨修复领域新的研究方向，尤其是对于三维生物材料载体的研究[9]。其主要提供：（1）组织再生的支架；（2）调节细胞生理功能；（3）免疫保护。

目前软骨组织支架材料的主要类型有：（1）天然的细胞外基质替代物，如胶原、纤维蛋白凝胶、干硬脑膜、小肠黏膜下层、透明质酸、硫酸软骨素等。其特点是接近软骨细胞生长的生理环境，有利于细胞增殖，并可避免排斥反应。此外还能分泌生长因子类物质，促进细胞生长。但也有来源不足、力学强度不足、降解快等缺点。 (2)人工合成的可降解性多聚物支架材料，其特点是采用合成生物材料，模拟细胞外基质，为体外培养的细胞提供黏附、增殖、分化的表面。由于人工合成的支架是一种异物，因此在设计时必须考虑其生物相容性、可降解性和生物力学特性。传统的人工合成支架包括藻酸盐、藻酸盐钠泡沫、聚乳酸（PLA）、聚羟基乙酸（PGA）、聚乳乙醇酸（PLGA）、羟基磷灰石等。其中，PLA、PGA、PLGA被美国FDA批准可用于组织工程支架材料。包括纤维黏接、溶液浇铸/粒子沥滤、气体发泡、相分离/乳化等技术已被运用于多孔性支架材料的构建。Kawanishi等还将冷冻/干燥与成孔/沥滤技术相结合，设计了一种双层多孔支架。分别刺激软骨的矢状面和冠状面，使种植的软骨细胞分布均匀，漏出率最小。[10]