可降解的生物系统

人们目前正在尝试的方法之一是将可注射的复合系统与从患者自身提取的细胞相结合。根据定义分析，这种复合材料包含多个组成部分，可以按照特定配置形式以满足各种不同的临床需要。这种复合材料包含的细胞，被装载于可吸收的珠子上，后者分布于可降解的水凝胶载体上，载体可被注射入缺损部位（图9-1）。假设植入细胞来源于脂肪堆积处，那么植入细胞就包含了成熟和不成熟的细胞及未分化的细胞；因此该生物材料即可以调节宿主的细胞行为。应用地塞米松、胰岛素、3-异丁基-1-甲基黄嘌呤（3-isobuty1-1-methylxanthine，IBMX），可以在实验室中将培养的前体脂肪细胞定向分化为脂肪组织。这一活动可以通过宿主微环境内细胞信号和（或）生物材料刺激在活体诱导产生。这些诱导剂可以通过一系列的细胞和细胞核事件，引起细胞内部表型的改变，从而产生成熟的脂肪细胞。

干细胞、前体脂肪细胞和脂肪细胞为贴壁依赖性细胞，必须种植在合适的基质中才可以增殖和分化。因此，包含可吸收微球的复合材料可以为贴壁依赖性细胞产生的机械应力提供合适的环境，而这不是柔软的凝胶物质所能提供的。我们已经认识到，间充质干细胞在胶原蛋白凝胶中可以存活但不能分化，甚至在加入脂肪细胞诱导剂时仍不能分化，但在相似的化学环境下，将细胞种植在胶原蛋白微球里并且跟脂肪细胞一起培养时，这些细胞可以分化，并且表达脂肪酸结合蛋白2（fat acid binding gene，Ap2）基因，从而暗示了成熟脂肪组织的存在。复合物的这种设计可以满足不同的临床需要（例如从矫形到软组织填充）乃至特殊患者的特定需求。例如，这种微球混合物可以用于承载细胞和封闭治疗，也可以使微珠定时和（或）逐渐降解，使之大块消失。人们可以选择在细胞亲和力、药物释放等方面具有不同化学性的微珠以满足不同的需求，还可以通过选择复合物中微珠的化学比率来满足应用需要。

图9-1　可注射的组织工程复合材料是一种模式化物资，可以根据特殊需要加以转化

注射复合材料是一种微创疗法，其优势在于可以修复不同形状和大小的缺损。根据需要选择不同的载体黏稠度以使其可以长期或短期地停留在缺损部位，释放治疗剂。首先也是最重要的是，载体在从注射器向缺损部位输送细胞微球的过程中发挥着重要作用。没有载体的作用，微球在传递过程中就要被压缩。微球的特殊性质，决定其很难甚至是不可能被直接注射。高黏度的凝胶对细胞移植有益无害，例如，它们在种植过程中可以维持微球间的距离和维持细胞成分的良好分布状态。在软组织重建中的一个主要问题就是植入体的血管重建困难。但是，注射的复合材料有一个显著优点是可以以小容量分次逐步注射入缺损部位，以允许其血管化形成。另外，可以将血管刺激因子加入复合材料中的微球或是载体成分中，促进血管化进程。载体为浸润细胞提供了阻力最小的通路，并运输营养和坏死组织废物，避免了块状细胞支架过于紧密引起的坏死和无血管化。总之，复合材料的设计可以使植入物根据不同环境做出最合适调整，这就是所谓的平台技术。