生物材料的设计和选择

生物材料的设计和选择在泌尿生殖组织工程的发展中至关重要。生物材料必须能够通过与移植的细胞和(或)宿主细胞以预先设计的方式相互作用来控制工程组织的结构和功能。一般来说,理想的生物材料应该是生物相容的、促进细胞相互作用和组织发育,并具有适当的机械和物理特性。

选定的生物材料应该是可生物降解的和可吸收的,以确保正常组织的完好重建而不发生炎症。生物材料的这种特点避免了异物材料在体内永久性存在时引起的炎症和异物反应。降解率和植入物周围组织中降解产物的浓度必须处于可耐受的水平(Bergsma et al,1995)。

生物材料应能够适当地调节细胞行为(例如黏附、增殖、迁移和分化)以促进功能性新组织的形成。工程组织中的细胞行为受微环境的多种相互作用的调节,包括与细胞黏附配体(Hynes,1992)和可溶性生长因子(Deuel,1997)的相互作用。细胞黏附促进因子[例如Arg-Gly-Asp(RGD)]可由生物材料本身提供或掺入生物材料中,通过配体诱导的细胞受体信号传导过程控制细胞行为(Barrera et al,1993;Cook et al,1997)。生物材料提供临时机械支撑,足以承受由周围组织施加的体内压力并为组织形成保留潜在空间。生物材料的机械支撑需一直保持,直到工程组织具有足够的机械完整性以支撑自身(Atala,2007)。这可以通过对生物材料的机械和降解特性进行适当的选择来实现(Kim et al,1998)。(https://www.daowen.com)

生物材料需要加工成特定的形状,通常需要大的表面积体积比来输送高密度的细胞。具有特定孔径的高孔隙率以及相互连接的孔隙结构能够促进来自周围宿主组织的组织向内生长。人们已经开发了几种技术,例如静电纺丝,其容易控制孔隙度、孔径和孔结构(Lee et al,2007;Yoo et al,2007;Choi et al,2008;Lee et al,2008a,2008b,2008c,2010)。

一般来说,已经被用于泌尿生殖组织中的生物材料大体分为三大类:天然来源材料,如胶原蛋白;脱细胞组织基质,如膀胱黏膜下组织和小肠黏膜下层;合成高分子材料,如聚乙酸(Polyglycolic acid,PGA)、聚乳酸(Polylactic acid,PLA)和聚羟乙酸[Poly(lactic-co-glycolic acid),PLGA]。这几种生物材料与泌尿上皮细胞和膀胱肌肉细胞的生物相容性已经得到验证(Pariente et al,2001)。天然材料和无细胞组织基质在生物识别方面具有潜在优势。合成的聚合物可以大规模重复生产,具有强度、降解速率和微观结构的可控性,组合支架也已被使用(Engelhardt et al,2011)。

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