支架制备材料的研究进展概述

王垚

【摘 要】支架的制備主要分为两种，一种是利用天然生物材料脱细胞后直接制备；另一种为利用生物大分子材料通过制备工艺，在模具上制作形态高度仿真，并结合交联技术制备在结构上高度仿真的载体支架。

【关键词】支架材料；羊膜；蚕丝蛋白

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，其包括天然纤维、生物体的组织纤维和结构蛋白等。天然生物材料和细胞外基质具有类似的结构、生物相容性良好等特点，广泛应用于组织工程中，在细胞培养支架材料中具有显著的优势。此外，任何器官的细胞外基质都是由一系列结构相似的生物大分子构成。

二、脱细胞异种角膜基质

脱细胞异种角膜基质具有多种优势，如来源较为丰富且组织结构相似，此外，角膜中还存在某些促进细胞生长、增殖和分化的生长因子。同时，较低的免疫原性可以使神经容易再生和角膜感觉的恢复有积极作用。综合来说，结合洗涤剂和酶处理提供最优异的效果，保留天然ECM组分（I型，II型，III型和IV型胶原，纤连蛋白）和维持生物力学/光学性能（Van den Bogerd， B et al.，2017）。在候选的物种中，由于猪和人类的遗传背景高度相似，所以猪是最理想的供体之一。

三、羊膜

羊膜是位于胎盘最内层、位于胎儿旁边的一层薄膜，它是一种半透明、无肌肉、无淋巴管、无血管、无血液供应的结构，可以作为移植物来促进角膜上皮和基质层的损伤修复（Jirsova K et al.， 2017）。羊膜的厚度一般在0.02mm到0.5mm之间，主要分为三层：羊膜上皮细胞层、下层基底膜和基质层（Toda et al.， 2007）。上皮层位于羊膜的最内层，直接接触于羊水，代谢活性比较强。羊膜上皮细胞有助于维持羊水的稳态，而细胞内液泡的存在提高了它的分泌活性，主要分泌一些胶原蛋白和糖蛋白，比如III型胶原、IV型胶原、层纤连蛋白、粘连蛋白和巢蛋白（Dua et al.，2004）。

四、生物大分子材料

薄膜形式的丝蛋白由于具有光学和机械性能以及多样的加工性，已经成功地在体外设计角膜上皮和基质层（Shang K et al.，2013）。此外，蚕丝膜已经在兔动物模型中被证明是用于构建角膜基质的合适材料（Wang L et al.，2014）。近期，Duan等将桑蚕丝蛋白加入再生柞蚕丝蛋白，然后通过醇诱导和冻融的方法将两种蚕丝蛋白进行有效的混合处理，制备出了不溶于水的柞蚕丝蛋白/桑蚕丝蛋白复合支架材料。研究者们将小鼠的成骨细胞和成纤维细胞接种在这种复合支架上，进行体外培养。数据显示，柞蚕丝蛋白/桑蚕丝蛋白复合支架除了拥有良好的生物相容性以外，还可能更适用于组织工程领域（段郁，2018）。

五、胶原蛋白

胶原蛋白是生物体内最重要的结构生物聚合物，一直是生物材料领域的研究大热门，他有着非常复杂的生物结构，也是构成结缔组织的重要成分。胶原蛋白在生物体内是十分常见的，它广泛存在于肌腱、皮肤、血管以及角膜之中。在通常情况下，脊椎动物体内胶原蛋白占总质量的30%左右，并构成了生物体的结构框架。由于其广泛的存在和无法替代的重要性，胶原蛋白被形象的称为“生物材料钢”。

目前，胶原材料主要以三种形式应用于组织工程角膜构建：胶原支架、胶原水凝胶和胶原膜。使用于组织工程角膜的支架材料要具有一定的抗拉伸机械强度，但是胶原蛋白一般情况下机械性能比较差，很难进行动物移植等操作。为了解决这一难题，研究者通常会往胶原蛋白中加入某种添加剂等来增加其机械强度，然后再运用于组织工程角膜的构建。Merrett等使 I型与III型胶原混合重组制成胶原支架，经EDC/NHS交联后，通过穿透性角膜移植术移植到去除前板层的猪角膜，跟踪观察1年之后，取出角膜进行体外检测，发现实验眼的透明度与对照眼基本无差别，有着完整的角膜上皮层（Merrett et al.， 2008），此外，神经纤维延伸探入移植的胶原基质板层中。

【参考文献】

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 .