浅谈再生医学制造人工器官过程中的生物支架重要性
2017-07-28 14:17

生物人工器官的研究一直是再生医学研究的热点,有着巨大的临床应用前景。为了实现对天然器官功能替代,有2个主要重点需要实现:

第一、生成正确的成分细胞类型;

第二、建立一个有生理特性及功能的立体组织架构。

浅谈再生医学制造人工器官过程中的生物支架重要性

人工器官

随着多种研发策略的不断研究,其中一个发展策略:基于计算机辅助基质支架构建的3D器官打印和所需细胞类型的定向植入,正从理论逐渐变成可能。

组织工程是根据生命科学和工程学的原理,应用具有特定生物活性的组织特异细胞与生物材料相结合,在体外或体内构建组织、器官或其生物性替代物,以维持、修复或再生损伤组织和器宫功能的一门科学。随着组织工程技术的快速发展,越来越多的学者意识到,应该采用“种子细胞——支架材料——生物反应器”的工程化体外器官再生模式,直接从组织水平进行器官再生重构。

该策略的实施需要3个最基本的条件:

第一、具有特异性的功能细胞(种子细胞);

第二、理想的含有细胞外基质蛋白的生物支架;

第三、高度模拟体内状态的生物活性环境。

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干细胞

生物支架需要为组织修复和种子细胞的生长及发挥其生物学功能提供适宜的空间和微环境支持,作为体外组织器官再生的基本要素,能最好地模拟体内环境的生物支架的构建显得尤为重要。支架能为种子细胞提供生长、繁殖、新陈代谢、物质交换的场所,可有效控制移植细胞的生长位置。

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组织工程

生物支架可引导组织的再生,其大小和形态对组织的结构和功能均有重要影响,可为新生组织提供机械支撑作用、抵抗外来压力、维持组织原有的形状完整性;此外,生物支架还可以作为活性因子的载体,缓释生长因子等生物活性物质,促进细胞的生长、增殖及分化。生物打印技术生成3D支架是通过层层叠加的机械方式制作出来。设计策略是明确目标器官的关键结构构成特点,通过3D打印生成模式化支架后,将种子细胞再植到打印的支架上,或是将细胞结合的支架材料和细胞同时进行打印,通过同时结合细胞和支架材料的方式直接做生物打印。

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干细胞植入生物支架

相较于传统的使用模具的支架构建方法,这种采用叠加构建的,可以精确地控制支架内部的架构,并具有很好的重复性。可以进一步有效地筛选和优化包括支架的孔隙率、孔隙大小及渗透性等结构变量,这些均是决定后续细胞定植及组织再生的重要因素。该技术更具前景的优势在于其可以结合生物活性分子;可以在支架打印或者后续细胞输送的过程中,根据预定的模式和浓度梯度添加生长因子和细胞黏附分子;可以实现控制后续再植细胞的行为。

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3D支架打印技术

生物打印整个制作过程需要具备生物相容性,且没有细胞毒性。非接触式喷墨打印是常用的方法,但是其空间分辨率较低。目前,通过3D生物打印出的移植物规模仍然较小,结构相对简单。若要打印具有更加复杂体系结构的移植物,并且接近天然器官的规模,必须进一步改进直接细胞打印的分辨率和级别。更为重要的是,对于目标器官的细胞及细胞外基质的构造必须有更深的认识,才能更好地模拟天然器官的层次体系结构。

浅谈再生医学制造人工器官过程中的生物支架重要性

幸福益生Regesi再生医学新材料,具有非常好的生物亲和性,所制成的生物支架,能为种子细胞提供生长、繁殖、新陈代谢、物质交换的安全场所,为新生组织提供机械支撑作用、抵抗外来压力、维持组织原有的形状完整性,并且具有促进细胞的生长、增殖及分化优势特点。第四军医大学已经通过Regesi再生医学新材料成功打印出5厘米脊椎。该材料未来应用前景十分广泛。


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