皮肤组织工程支架材料

组织工程是将可降解生物材料制成特定形状和孔径的支架，在生长因子的作用下，结合特定组织来源的活细胞，经体外培养后预先构建一个有生物活性的种植体，然后植入机体，修复或替代缺损组织或器官，最终形成相应的组织或器官并行使相应的功能。因此，组织工程的核心是活细胞和可供细胞进行生命活动的支架材料，以及它们之间的相互作用。支架材料是组织工程化组织的最基本构架，为细胞提供了获取营养、气体交换、排泄废物和生长代谢的场所，也是形成新的具有形态和功能的组织、器官的物质基础，与传统的二维结构（如细胞培养）有着本质的区别。支架材料的产业化是组织工程产业化的前提条件。

组织工程对生物材料的要求越来越高：①生物安全性好，对人体无毒性、无致敏性、无刺激性和无致癌性。②生物相容性良好，对人体、组织、血液和免疫系统无不良反应，植入人体后不会被免疫系统排斥，引发机体产生的炎症反应和纤维化程度尽可能小。③应具有良好的细胞黏附能力，能尽可能模拟适合细胞生长、增生、分化的生理环境，对细胞的生长、增生、分化和迁移等生理作用不会产生负面影响。④必须可生物降解，降解产物应无毒，能被机体代谢或清除，降解时间应与愈合过程和再生过程相匹配；有适于操作的力学特性，降解后的力学特性改变应与愈合或再生进程匹配。⑤应有合适的渗透性和预期的可加工性，可按组织、器官的形态任意塑形，有特定的三维几何形状，有一定的孔径和相互连接的三维结构。⑥支架要有一定的柔韧性，可与机体有机地紧密结合在一起。

皮肤组织工程使用的支架材料为可生物降解的高分子材料，在水存在的环境中，能被水解或酶解，高分子主链断裂、相对分子质量逐渐变小，最终成为单体或代谢成CO2和H2O。按降解的方式，分为水解性可降解聚合物和酶解性可降解聚合物。合成高分子材料多属于水解性聚合物，含有易被水解的酯键、醚键、氨酯键、酰胺键、尿素等功能基团，如聚乙醇酸（PGA）、聚乳酸（PLA）、聚乙醇酸交酯（polyglycolide）、L－丙交酯、D－丙交酯、聚L－丙交酯（PLLA）、聚DL－丙交酯（PDLLA）、PLGA、聚二恶烷酮（Polydioxanone）、聚己内酯（PCL）、聚碳酸丙二醇酯（polytrimethylene carbonate）、聚氨酯、聚酰胺酯、聚正酯、聚酐、交联聚酐、酐－酰亚胺共聚物、合成聚氨基酸、聚烷基氰基丙烯酸酯（PCA）、聚磷酸酯、Polyphosphazenes、Propylene Fumarate及天然的聚羟基丁酸酯（PHB）等。天然高分子材料多属于酶解性高分子材料，如胶原、海藻酸盐、透明质酸、甲壳素等，但植入部位的酶浓度和酶的有效性、化学修饰显著影响其降解速度。近20年来，生物可降解聚合材料在生物医学的应用取得了显著进步，是暂时性假体、组织工程三维多孔支架和药物控制释放载体的优先选择。

对于皮肤支架，要充分考虑所用材料的特性。支架材料显著不同于一般工程材料，因其具有新陈代谢功能，皮肤替代物的临床试验已证明，最理想的支架材料应当是与人体皮肤结构和组成成分一致的有生理活性的蛋白质复合材料，以便更好地适应皮肤复杂的生理要求。天然聚合物有生物活性，有细胞黏附配体的受体，对细胞激发的蛋白水解和自然重建敏感，但有免疫原性，纯化复杂，还可能传播疾病。合成聚合物在生物学上呈惰性，有更大的可预测特性，批间的一致性，特定用途上独特的先进性，使得这些植入物通常在患者与患者之间、部位与部位之间的差异比酶解性聚合物植入物更小，但存在疏水性和细胞黏附性差等缺陷，掺和有生物活性的某些生物信号链到合成聚合物形成杂合材料可在一定程度上改善这些缺陷。材料的物理、化学、生物学、生物力学、降解特性及其形状、结构等因素，会影响材料治疗应用的有效性和周围组织对植入物的反应。但材料的物理、化学、生物学和生物力学性质会随时间而改变，产生的降解产物与原材料的组织相容水平也有差异，因此，合成聚合物的生物相容性能经得起时间的检验。另外，支架内部设计影响组织的形成。成孔率和孔径影响细胞浸润程度；成孔率是材料力学性能的决定因素，能调节细胞分化、组织结构和分化细胞的功能；足够的孔径能维持组织形成空间；支架构造决定细胞－细胞在支架内的结合和分布区域。因此，组织工程的目的不同，支架应具有个性化特征。本书主要阐述各种可降解聚合物在皮肤组织工程中的应用情况。

目前的研究方向为开发新的化学特性单一的品种，形成拟生态结构的生物合成技术，组合设计或计算机辅助设计的新聚合物。