可注射性組織工程軟骨支架材料：特性、應(yīng)用與展望一、引言1.1研究背景與意義軟骨組織在人體中扮演著至關(guān)重要的角色，作為骨關(guān)節(jié)、氣管、耳廓、鼻等器官的關(guān)鍵組成部分，它起到了支撐、緩沖和減少摩擦的作用，對維持人體正常的生理功能和運(yùn)動(dòng)能力不可或缺。然而，由于先天性疾患、創(chuàng)傷、炎癥或腫瘤等原因，臨床上各種軟骨缺損的情況較為常見。據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅在骨關(guān)節(jié)炎患者中，軟骨損傷的發(fā)生率就高達(dá)80%以上，嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量。傳統(tǒng)的軟骨缺損修復(fù)方法，如自體移植和異體移植，存在諸多局限性。自體移植面臨供體組織有限的問題，獲取供體組織時(shí)還可能導(dǎo)致供區(qū)創(chuàng)傷、感染等并發(fā)癥，術(shù)后供區(qū)畸形的發(fā)生率也較高。而異體移植則難以解決軟骨細(xì)胞活性與免疫原性之間的矛盾，免疫排斥反應(yīng)往往導(dǎo)致移植失敗，患者需要長期服用免疫抑制劑，增加了感染和其他并發(fā)癥的風(fēng)險(xiǎn)。組織工程技術(shù)的出現(xiàn)為軟骨缺損修復(fù)帶來了新的希望。它通過將體外分離的組織細(xì)胞種植于可降解材料支架上，在體外或體內(nèi)培養(yǎng)，最終形成新的功能性組織?？勺⑸湫灾Ъ懿牧献鳛榻M織工程軟骨的關(guān)鍵組成部分，具有獨(dú)特的優(yōu)勢。其具有流動(dòng)性，能與異體或自體細(xì)胞復(fù)合后直接注射到機(jī)體缺損部位，在原位形成具有一定機(jī)械強(qiáng)度、形狀并且可與體液進(jìn)行交換的支架。這種微創(chuàng)的治療方式，大大減少了手術(shù)創(chuàng)傷和患者的痛苦，降低了感染風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也提高了患者的依從性。可注射性支架材料能夠更好地填充不規(guī)則形狀的缺損部位，與周圍組織實(shí)現(xiàn)無縫對接，為軟骨細(xì)胞的生長和增殖提供了更有利的微環(huán)境。在過去的幾十年里，可注射性組織工程軟骨支架材料的研究取得了一定的進(jìn)展。從最初對單一材料的探索，到如今對多種材料復(fù)合體系的研究，不斷涌現(xiàn)出新型的支架材料。然而，目前的支架材料仍存在一些亟待解決的問題。部分材料的生物相容性不佳，可能引發(fā)機(jī)體的免疫反應(yīng)，影響支架的性能和軟骨修復(fù)效果；一些材料的降解速率與新軟骨組織的生成速率不匹配，導(dǎo)致支架過早或過晚降解，無法為軟骨修復(fù)提供持續(xù)穩(wěn)定的支撐；材料的力學(xué)性能也有待進(jìn)一步提高，以滿足軟骨在不同生理環(huán)境下的受力需求。鑒于此，深入開展可注射性組織工程軟骨支架材料的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。通過研發(fā)新型的支架材料，優(yōu)化材料的性能，有望為軟骨缺損患者提供更有效的治療手段，減輕患者的痛苦，提高患者的生活質(zhì)量，同時(shí)也將推動(dòng)組織工程領(lǐng)域的發(fā)展，為其他組織和器官的修復(fù)提供借鑒和參考。1.2可注射性組織工程軟骨支架材料概述可注射性組織工程軟骨支架材料，作為組織工程領(lǐng)域的關(guān)鍵創(chuàng)新，為軟骨缺損修復(fù)帶來了革命性的解決方案。這類材料通常是一種具有良好流動(dòng)性和生物相容性的物質(zhì)，能夠與異體或自體細(xì)胞充分復(fù)合，通過微創(chuàng)注射的方式精準(zhǔn)地輸送到機(jī)體的軟骨缺損部位。一旦到達(dá)指定位置，在體內(nèi)特定的物理或化學(xué)刺激下，如體溫、pH值變化、酶的作用等，它能夠迅速發(fā)生相轉(zhuǎn)變，原位形成具有特定形狀、一定機(jī)械強(qiáng)度且可與周圍體液進(jìn)行物質(zhì)交換的三維支架結(jié)構(gòu)。其工作原理基于材料自身的特殊性質(zhì)以及與周圍環(huán)境的相互作用。以水凝膠材料為例，這是目前最常用的可注射支架材料之一，它在室溫或低溫下呈液態(tài)，具有良好的流動(dòng)性，便于通過注射器進(jìn)行精確注射。當(dāng)注入體內(nèi)后，受到體溫等因素影響，水凝膠分子鏈間發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，形成穩(wěn)定的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)不僅為軟骨細(xì)胞的黏附、增殖和分化提供了理想的微環(huán)境，還能有效承載和緩釋生長因子等生物活性物質(zhì)，進(jìn)一步促進(jìn)軟骨組織的再生和修復(fù)。相較于傳統(tǒng)的預(yù)制成形三維多孔支架，可注射性支架材料具有顯著的優(yōu)勢。在手術(shù)操作方面，可注射性支架采用微創(chuàng)注射的方式，避免了傳統(tǒng)手術(shù)中大面積切開和組織暴露，極大地減少了手術(shù)創(chuàng)傷和患者的痛苦，降低了術(shù)后感染的風(fēng)險(xiǎn)。傳統(tǒng)支架需要通過較為復(fù)雜的手術(shù)操作進(jìn)行植入，對周圍組織的損傷較大，恢復(fù)時(shí)間也較長。而可注射性支架的微創(chuàng)特性使得患者能夠更快地恢復(fù)，減少了住院時(shí)間和醫(yī)療成本。在與缺損部位的適配性上，可注射性支架展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢。它能夠根據(jù)軟骨缺損部位的不規(guī)則形狀進(jìn)行自適應(yīng)填充，實(shí)現(xiàn)與周圍組織的無縫對接，有效避免了傳統(tǒng)支架與缺損部位不匹配導(dǎo)致的修復(fù)效果不佳問題。這一特性使得可注射性支架在修復(fù)復(fù)雜形狀的軟骨缺損時(shí)具有更高的成功率，為患者提供了更好的治療效果?？勺⑸湫灾Ъ懿牧线€具有更好的生物活性和細(xì)胞相容性。它能夠在原位形成的過程中，與周圍組織建立緊密的聯(lián)系，促進(jìn)細(xì)胞的黏附和生長，為軟骨組織的再生提供更有利的條件。傳統(tǒng)支架在植入后，可能需要一定的時(shí)間來適應(yīng)周圍組織環(huán)境，而可注射性支架能夠更快地融入機(jī)體，加速軟骨修復(fù)的進(jìn)程。二、可注射性組織工程軟骨支架材料的種類與特性2.1天然高分子材料天然高分子材料因其獨(dú)特的生物特性，在可注射性組織工程軟骨支架材料領(lǐng)域占據(jù)著重要地位。這類材料主要來源于動(dòng)物、植物或微生物，具有良好的生物相容性、生物降解性以及細(xì)胞識別信號等優(yōu)點(diǎn)，能夠?yàn)檐浌墙M織工程提供接近天然細(xì)胞外基質(zhì)的微環(huán)境，促進(jìn)軟骨細(xì)胞的黏附、增殖和分化。常見的天然高分子材料包括膠原、殼聚糖、藻酸鹽和透明質(zhì)酸等，它們各自具有不同的結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)，在軟骨組織修復(fù)中發(fā)揮著獨(dú)特的作用。2.1.1膠原膠原是一種廣泛存在于動(dòng)物結(jié)締組織中的纖維狀蛋白質(zhì)，是軟骨組織中的主要結(jié)構(gòu)蛋白，約占軟骨有機(jī)成分的50%以上。其分子結(jié)構(gòu)具有獨(dú)特的三螺旋結(jié)構(gòu)，由三條α鏈多肽組成，每一條膠原鏈都是左手螺旋構(gòu)型，三條左手螺旋鏈又相互纏繞成右手螺旋結(jié)構(gòu)，即超螺旋結(jié)構(gòu)。這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)賦予了膠原良好的生物力學(xué)性能和低免疫原性，使其具有良好的生物相容性。在軟骨組織工程中，膠原主要應(yīng)用于I型和Ⅱ型膠原。I型膠原分布廣泛，易于提取，在組織工程軟骨中應(yīng)用較為廣泛，主要有海綿和凝膠兩種形式。Wanmbach等以I型膠原為支架培養(yǎng)軟骨細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)軟骨細(xì)胞存活并表達(dá)自身表型，產(chǎn)生細(xì)胞外基質(zhì)。Yates等將牛關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞種植在膠原海綿支架上4周，通過定量軟骨細(xì)胞合成物、基因表達(dá)產(chǎn)物等方式評價(jià)該支架，結(jié)果顯示膠原海綿支架能夠有利于軟骨細(xì)胞的粘附、增殖、分化和表型的保持。Wille等應(yīng)用基質(zhì)誘導(dǎo)自體軟骨細(xì)胞移植術(shù)，在I型膠原膜支架上接種軟骨細(xì)胞，并植入3mm軟骨缺損的兔膝關(guān)節(jié)，結(jié)果細(xì)胞—支架復(fù)合物增殖分化形成健康軟骨，12周時(shí)完全修復(fù)軟骨缺損。Ⅱ型膠原主要由軟骨細(xì)胞產(chǎn)生，具有促進(jìn)軟骨細(xì)胞分化的作用，并可為軟骨細(xì)胞的黏附提供基礎(chǔ)。李斯明等應(yīng)用II型膠原海綿植入兔膝關(guān)節(jié)軟骨缺損處，結(jié)果表明實(shí)驗(yàn)組在2周即出現(xiàn)新生軟骨細(xì)胞，且向缺損處遷移，12周后新生骨和軟骨組織填滿缺損區(qū)并與周圍組織整合。楊小紅等對II型膠原海綿修復(fù)軟骨缺損進(jìn)行組織學(xué)觀察，結(jié)果表明，II型膠原具有較強(qiáng)的誘導(dǎo)軟骨細(xì)胞生長的能力，其誘導(dǎo)生長的新生軟骨具有正常透明軟骨的表型和功能。然而，膠原作為可注射性組織工程軟骨支架材料也存在一些缺點(diǎn)。其機(jī)械強(qiáng)度不足，難以滿足軟骨在生理狀態(tài)下的力學(xué)需求，在承受較大外力時(shí)容易變形或破壞。膠原的降解速度較快，可能無法為軟骨細(xì)胞的生長和新軟骨組織的形成提供足夠長時(shí)間的支撐，導(dǎo)致修復(fù)效果不佳。2.1.2殼聚糖殼聚糖是一種由甲殼素脫乙?；玫降奶烊欢嗵?，其化學(xué)結(jié)構(gòu)中含有大量的氨基和羥基，具有良好的生物相容性、生物降解性和抗菌性。殼聚糖在酸性條件下可溶解，形成具有一定黏度的溶液，便于進(jìn)行注射操作。殼聚糖的降解主要是通過其分子鏈中的β-(1,4)糖苷鍵的斷裂來實(shí)現(xiàn)的，降解速度受到多種因素的影響，如殼聚糖的分子量、脫乙酰度、環(huán)境pH值以及酶的作用等。研究表明，低分子量和高脫乙酰度的殼聚糖降解速度較快。在生理鹽水中，殼聚糖膜的降解較為緩慢，120d失重率為19.48％，降解過程中黏均分子量減小，最終產(chǎn)物為氨基葡萄糖。殼聚糖對細(xì)胞生長具有積極的影響，能夠促進(jìn)軟骨細(xì)胞的黏附、增殖和分化。其分子結(jié)構(gòu)中的氨基可以與細(xì)胞表面的負(fù)電荷相互作用，增強(qiáng)細(xì)胞與支架材料的黏附力。殼聚糖還可以調(diào)節(jié)細(xì)胞的代謝活動(dòng)，促進(jìn)細(xì)胞合成和分泌細(xì)胞外基質(zhì)，如膠原蛋白和蛋白聚糖等，有利于軟骨組織的修復(fù)和再生。在可注射支架中的應(yīng)用方面，殼聚糖常與其他材料復(fù)合使用，以改善其性能。將殼聚糖與明膠復(fù)合制備的可注射水凝膠支架，具有良好的生物相容性和可注射性，能夠在體內(nèi)原位形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，為軟骨細(xì)胞的生長提供了適宜的微環(huán)境。在兔膝關(guān)節(jié)軟骨缺損模型中，該復(fù)合支架能夠有效促進(jìn)軟骨組織的修復(fù)，修復(fù)后的軟骨組織與周圍正常組織整合良好，具有較好的組織學(xué)和力學(xué)性能。2.1.3藻酸鹽藻酸鹽是從天然褐藻中提取的一種多糖，其結(jié)構(gòu)為直鏈型(1→4)鍵合的β-D-甘露糖醛酸和α-L-古洛糖醛酸的無規(guī)嵌段共聚物。藻酸鹽具有良好的凝膠特性，其水溶液在遇到鈣、銅、鋅等二價(jià)金屬陽離子(鎂除外)時(shí)，能夠在溫和的條件下迅速形成凝膠，無需添加有毒溶劑，無有害物質(zhì)放出。藻酸鹽的凝膠化機(jī)制主要是基于離子交聯(lián)作用。當(dāng)二價(jià)金屬陽離子與藻酸鹽分子中的古洛糖醛酸（G單元）結(jié)合時(shí)，會形成“蛋盒”結(jié)構(gòu)，使藻酸鹽分子之間發(fā)生交聯(lián)，從而形成凝膠。G單元含量高的藻酸鹽容易與鈣離子形成凝膠，而且凝膠強(qiáng)度較高。在相同M/G值條件下，鈣-海藻酸凝膠的強(qiáng)度隨分子量的增大而增大。在軟骨修復(fù)中，藻酸鹽基水凝膠支架能夠?yàn)檐浌羌?xì)胞提供良好的三維生長環(huán)境。將軟骨種子細(xì)胞接種到藻酸鹽支架中，細(xì)胞能夠在支架內(nèi)黏附、增殖，并表達(dá)軟骨相關(guān)功能。有報(bào)道證實(shí)，海藻酸鹽復(fù)合水凝膠支架可在動(dòng)物體內(nèi)形成與周邊正常軟骨相似的軟骨組織，有效修復(fù)缺損部位。在兔關(guān)節(jié)軟骨缺損模型中，植入海藻酸鹽復(fù)合水凝膠支架后，8周時(shí)缺損部位可見大量新生軟骨組織，且與周圍組織連接緊密。然而，藻酸鹽也存在一些局限性。其機(jī)械性能相對較弱，在承受較大外力時(shí)容易發(fā)生變形或破裂，限制了其在一些受力較大部位的應(yīng)用。藻酸鹽的降解速度難以精確控制，可能會影響軟骨修復(fù)的效果。藻酸鹽缺乏細(xì)胞識別信號，對細(xì)胞的黏附和增殖促進(jìn)作用有限。2.1.4透明質(zhì)酸透明質(zhì)酸是一種天然存在的線性多糖，廣泛分布于人體的結(jié)締組織、關(guān)節(jié)滑液、眼玻璃體等部位，具有出色的保濕性能、生物活性和生物相容性。透明質(zhì)酸能夠吸收自身重量1000倍的水分，在皮膚、眼睛、關(guān)節(jié)等部位發(fā)揮著保濕、潤滑和緩沖的作用。在軟骨組織構(gòu)建中，透明質(zhì)酸具有重要的作用。它可以促進(jìn)軟骨細(xì)胞的增殖和遷移，加速傷口的愈合。透明質(zhì)酸還能夠刺激膠原蛋白的合成，調(diào)節(jié)細(xì)胞外基質(zhì)的代謝，有利于維持軟骨組織的正常結(jié)構(gòu)和功能。研究表明，將透明質(zhì)酸與軟骨細(xì)胞復(fù)合后注射到軟骨缺損部位，能夠促進(jìn)軟骨組織的修復(fù)和再生。在兔膝關(guān)節(jié)軟骨缺損模型中，注射透明質(zhì)酸-軟骨細(xì)胞復(fù)合物后，12周時(shí)缺損部位可見明顯的軟骨修復(fù)，修復(fù)組織的組織學(xué)和力學(xué)性能與正常軟骨相似。相關(guān)研究成果也表明，通過對透明質(zhì)酸進(jìn)行化學(xué)改性或與其他材料復(fù)合，可以進(jìn)一步改善其性能，提高其在軟骨組織工程中的應(yīng)用效果。將透明質(zhì)酸與殼聚糖復(fù)合制備的水凝膠支架，具有良好的生物相容性和可注射性，能夠促進(jìn)軟骨細(xì)胞的黏附、增殖和分化。在體外實(shí)驗(yàn)中，該復(fù)合支架能夠有效支持軟骨細(xì)胞的生長，細(xì)胞在支架內(nèi)分布均勻，且表達(dá)較高水平的軟骨特異性基因和蛋白。2.2合成高分子材料合成高分子材料憑借其獨(dú)特的化學(xué)結(jié)構(gòu)和物理性能，在可注射性組織工程軟骨支架材料領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的潛力。這類材料通常通過化學(xué)合成的方法制備，具有可精確調(diào)控的結(jié)構(gòu)和性能，能夠滿足不同的組織工程需求。與天然高分子材料相比，合成高分子材料具有更好的力學(xué)性能、更穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)以及可大規(guī)模生產(chǎn)的優(yōu)勢。常見的合成高分子材料包括聚羥基乙酸（PGA）、聚乳酸（PLA）及其共聚物（PLGA）、聚氧化乙烯（PEO）等，它們在軟骨組織工程中發(fā)揮著重要的作用。2.2.1聚羥基乙酸（PGA）、聚乳酸（PLA）及其共聚物（PLGA）聚羥基乙酸（PGA）是一種線性脂肪族聚酯，由羥基乙酸單體通過縮聚反應(yīng)制得。其分子結(jié)構(gòu)中含有大量的酯鍵，具有較高的結(jié)晶度和熔點(diǎn)。PGA的化學(xué)結(jié)構(gòu)簡單，重復(fù)單元為-O-CH2-CO-，這種結(jié)構(gòu)使得PGA具有良好的生物降解性，在體內(nèi)可通過水解作用逐步降解為小分子的羥基乙酸，最終通過代謝排出體外。然而，PGA的親水性較強(qiáng)，導(dǎo)致其降解速度較快，在體內(nèi)可能無法長時(shí)間維持支架的結(jié)構(gòu)完整性。此外，PGA的力學(xué)強(qiáng)度較高，但柔韌性較差，限制了其在一些對柔韌性要求較高的組織工程應(yīng)用中的使用。聚乳酸（PLA）同樣是一種線性脂肪族聚酯，由乳酸單體聚合而成。PLA存在兩種光學(xué)異構(gòu)體，即左旋聚乳酸（PLLA）和右旋聚乳酸（PDLA），以及外消旋聚乳酸（PDLLA）。其中，PLLA具有較高的結(jié)晶度和強(qiáng)度，而PDLLA為無定形聚合物，柔韌性較好。PLA的分子結(jié)構(gòu)中酯鍵的存在使其具有生物降解性，降解速度相對PGA較慢，可通過調(diào)節(jié)其結(jié)晶度和分子量來控制降解速率。PLA的親水性較差，這在一定程度上影響了其細(xì)胞相容性和生物活性。為了改善PLA的性能，常對其進(jìn)行化學(xué)改性，如引入親水性基團(tuán)或與其他材料復(fù)合。聚乳酸-羥基乙酸共聚物（PLGA）則是由乳酸和羥基乙酸單體隨機(jī)共聚而成。從結(jié)構(gòu)上看，PLGA在聚乳酸的基礎(chǔ)上，引入了羥基乙酸柔性鏈段，使聚乳酸鏈段少一個(gè)甲基，從而增強(qiáng)了聚乳酸的親水性。羥基乙酸鏈段的引入還增強(qiáng)了該材料降解速率的可控性能。通過調(diào)整乳酸和羥基乙酸的比例，可以精確調(diào)控PLGA的降解速度，以滿足不同組織工程應(yīng)用的需求。PLGA具有良好的生物相容性、無毒、可降解性好以及可加工性強(qiáng)的特點(diǎn)，在組織工程和再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。在可注射支架中的應(yīng)用方面，PLGA常被制成微球、納米?；蛩z等形式。將PLGA微球與軟骨細(xì)胞復(fù)合后注射到軟骨缺損部位，微球能夠作為細(xì)胞的載體，為細(xì)胞提供生長和增殖的微環(huán)境。微球的緩慢降解還可以持續(xù)釋放細(xì)胞所需的營養(yǎng)物質(zhì)和生長因子，促進(jìn)軟骨組織的修復(fù)和再生。PLGA納米粒則具有更好的細(xì)胞攝取能力，能夠?qū)⑺幬锘蚧蚓珳?zhǔn)地遞送到細(xì)胞內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對軟骨細(xì)胞的調(diào)控。將負(fù)載有生長因子基因的PLGA納米粒與軟骨細(xì)胞共培養(yǎng)，能夠促進(jìn)細(xì)胞的增殖和分化，提高軟骨修復(fù)的效果。2.2.2聚氧化乙烯（PEO）聚氧化乙烯（PEO）是一種水溶性的合成高分子，其分子結(jié)構(gòu)為-[CH2CH2O]-n，具有良好的水溶性和相轉(zhuǎn)變特性。PEO在水中能夠形成均一的溶液，當(dāng)溫度、濃度或pH值等條件發(fā)生變化時(shí)，PEO溶液會發(fā)生相轉(zhuǎn)變，從溶液狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槟z狀態(tài)。這種相轉(zhuǎn)變特性使得PEO在可注射性組織工程軟骨支架材料中具有獨(dú)特的應(yīng)用優(yōu)勢。PEO的水溶性源于其分子鏈中大量的氧原子與水分子之間形成的氫鍵作用。在低溫或低濃度下，PEO分子鏈在水中充分伸展，與水分子相互作用，形成穩(wěn)定的溶液。當(dāng)溫度升高或濃度增加時(shí)，PEO分子鏈之間的相互作用增強(qiáng)，分子鏈開始聚集，導(dǎo)致溶液的黏度逐漸增大，最終發(fā)生相轉(zhuǎn)變，形成凝膠。PEO的相轉(zhuǎn)變溫度和濃度范圍可以通過調(diào)節(jié)其分子量和化學(xué)結(jié)構(gòu)來控制，以滿足不同的應(yīng)用需求。在與其他材料復(fù)合方面，PEO常與天然高分子材料或其他合成高分子材料復(fù)合，以改善材料的性能。將PEO與殼聚糖復(fù)合制備的水凝膠支架，既具有PEO的良好水溶性和相轉(zhuǎn)變特性，又具有殼聚糖的生物相容性和生物活性。這種復(fù)合支架在注射到體內(nèi)后，能夠迅速形成凝膠，為軟骨細(xì)胞的生長提供穩(wěn)定的微環(huán)境。復(fù)合支架中的殼聚糖還可以促進(jìn)細(xì)胞的黏附和增殖，提高軟骨修復(fù)的效果。將PEO與PLGA復(fù)合，能夠改善PLGA的親水性和細(xì)胞相容性，同時(shí)利用PEO的相轉(zhuǎn)變特性，實(shí)現(xiàn)支架材料的可注射性。在復(fù)合體系中，PEO可以作為增塑劑，降低PLGA的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，提高其柔韌性和加工性能。2.3復(fù)合材料單一的天然高分子材料或合成高分子材料往往難以同時(shí)滿足可注射性組織工程軟骨支架材料在生物相容性、力學(xué)性能、降解性能等多方面的要求。因此，復(fù)合材料應(yīng)運(yùn)而生，它通過將不同類型的材料進(jìn)行復(fù)合，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)，從而獲得性能更加優(yōu)異的支架材料。常見的復(fù)合材料包括天然與合成材料復(fù)合以及多種天然材料復(fù)合等類型。2.3.1天然與合成材料復(fù)合將天然高分子材料與合成高分子材料復(fù)合，旨在充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢，彌補(bǔ)單一材料的不足。天然高分子材料具有良好的生物相容性、生物活性和細(xì)胞識別信號，能夠?yàn)榧?xì)胞提供接近天然細(xì)胞外基質(zhì)的微環(huán)境。然而，其力學(xué)性能和穩(wěn)定性相對較弱，降解速度也較難精確控制。合成高分子材料則具有可精確調(diào)控的結(jié)構(gòu)和性能，如良好的力學(xué)性能、穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)以及可大規(guī)模生產(chǎn)的優(yōu)勢。但合成高分子材料往往缺乏細(xì)胞識別信號，生物相容性和生物活性不如天然高分子材料。通過復(fù)合，可使材料同時(shí)具備兩者的優(yōu)點(diǎn)。常見的復(fù)合方式有物理共混和化學(xué)交聯(lián)等。物理共混是將天然高分子材料和合成高分子材料在溶液或熔融狀態(tài)下混合均勻，然后通過一定的加工方法制備成復(fù)合材料。將殼聚糖與PLGA共混制備的復(fù)合材料，既具有殼聚糖的生物相容性和生物活性，又具有PLGA的良好力學(xué)性能和可降解性。在制備過程中，先將殼聚糖溶解在酸性溶液中，PLGA溶解在有機(jī)溶劑中，然后將兩者混合均勻，通過蒸發(fā)溶劑或凍干等方法得到共混材料?；瘜W(xué)交聯(lián)則是利用化學(xué)反應(yīng)在天然高分子材料和合成高分子材料之間形成化學(xué)鍵，從而增強(qiáng)兩者的結(jié)合力，提高復(fù)合材料的性能。將透明質(zhì)酸與聚乙二醇（PEG）通過化學(xué)交聯(lián)制備的水凝膠支架，具有良好的生物相容性、可注射性和力學(xué)性能。在交聯(lián)反應(yīng)中，利用透明質(zhì)酸分子中的羧基與PEG分子中的氨基或羥基在交聯(lián)劑的作用下發(fā)生反應(yīng)，形成穩(wěn)定的共價(jià)鍵。在實(shí)際應(yīng)用中，天然與合成材料復(fù)合的支架材料取得了顯著的成果。有研究制備了膠原/PLGA復(fù)合支架用于軟骨組織工程，該復(fù)合支架以PLGA為骨架提供力學(xué)支撐，膠原則修飾在支架表面，改善其生物相容性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這種復(fù)合支架能夠促進(jìn)軟骨細(xì)胞的黏附、增殖和分化，在兔膝關(guān)節(jié)軟骨缺損模型中，有效促進(jìn)了軟骨組織的修復(fù)，修復(fù)后的軟骨組織與周圍正常組織整合良好，具有較好的組織學(xué)和力學(xué)性能。將藻酸鹽與聚己內(nèi)酯（PCL）復(fù)合制備的可注射支架，在體內(nèi)能夠快速形成凝膠，為軟骨細(xì)胞的生長提供穩(wěn)定的微環(huán)境。該復(fù)合支架在修復(fù)兔耳廓軟骨缺損時(shí)，表現(xiàn)出良好的修復(fù)效果，新生軟骨組織的形態(tài)和結(jié)構(gòu)與正常軟骨相似。2.3.2多種天然材料復(fù)合多種天然材料復(fù)合是另一種優(yōu)化可注射性組織工程軟骨支架材料性能的有效策略。不同的天然材料具有各自獨(dú)特的性能特點(diǎn)，通過復(fù)合可以實(shí)現(xiàn)性能的協(xié)同提升。例如，膠原具有良好的生物相容性和細(xì)胞黏附性，殼聚糖具有抗菌性和生物降解性，透明質(zhì)酸具有出色的保濕性能和生物活性。將這些材料復(fù)合在一起，能夠綜合發(fā)揮它們的優(yōu)勢，為軟骨組織工程提供更理想的支架材料。多種天然材料復(fù)合后，在生物相容性、力學(xué)性能、降解性能等方面都有明顯的提升。在生物相容性方面，不同天然材料的復(fù)合能夠提供更豐富的細(xì)胞識別信號，增強(qiáng)細(xì)胞與支架材料的相互作用，促進(jìn)細(xì)胞的黏附和生長。在力學(xué)性能方面，通過合理選擇和配比不同的天然材料，可以調(diào)整復(fù)合材料的力學(xué)性能，使其更接近天然軟骨組織的力學(xué)性能。將膠原與殼聚糖復(fù)合制備的水凝膠支架，通過改變兩者的比例，可以調(diào)節(jié)支架的硬度和彈性，以滿足不同軟骨修復(fù)部位的力學(xué)需求。在降解性能方面，多種天然材料復(fù)合后，降解速度可以得到更好的控制。不同天然材料的降解速度不同，通過復(fù)合可以使復(fù)合材料的降解速度與新軟骨組織的生成速度更好地匹配，為軟骨修復(fù)提供持續(xù)穩(wěn)定的支撐。相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究也充分證明了多種天然材料復(fù)合的優(yōu)勢。有研究制備了膠原-殼聚糖-透明質(zhì)酸三元復(fù)合水凝膠支架用于軟骨組織修復(fù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該復(fù)合支架具有良好的生物相容性，能夠促進(jìn)軟骨細(xì)胞的增殖和分化。在體外細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中，軟骨細(xì)胞在復(fù)合支架上的黏附率和增殖率明顯高于單一材料支架。在體內(nèi)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，將復(fù)合支架植入兔膝關(guān)節(jié)軟骨缺損部位，12周后觀察發(fā)現(xiàn)，缺損部位被新生軟骨組織填充，且新生軟骨組織與周圍正常組織整合良好，組織學(xué)和力學(xué)性能檢測結(jié)果顯示，修復(fù)后的軟骨組織接近正常軟骨組織。還有研究將藻酸鹽與殼聚糖復(fù)合制備的可注射支架用于修復(fù)大鼠耳廓軟骨缺損。結(jié)果表明，該復(fù)合支架能夠在體內(nèi)原位形成穩(wěn)定的凝膠結(jié)構(gòu)，有效促進(jìn)軟骨細(xì)胞的生長和增殖，修復(fù)后的耳廓軟骨形態(tài)和結(jié)構(gòu)基本恢復(fù)正常，證明了多種天然材料復(fù)合在軟骨修復(fù)中的有效性。三、可注射性組織工程軟骨支架材料的制備與成型機(jī)制3.1制備方法可注射性組織工程軟骨支架材料的制備方法多種多樣，每種方法都有其獨(dú)特的工藝特點(diǎn)和適用范圍，這些方法對支架的結(jié)構(gòu)和性能有著重要的影響。以下將詳細(xì)介紹溶液澆鑄/粒子瀝濾法、靜電紡絲法和3D打印技術(shù)這三種常見的制備方法。3.1.1溶液澆鑄/粒子瀝濾法溶液澆鑄/粒子瀝濾法是一種較為傳統(tǒng)且常用的制備可注射性組織工程軟骨支架材料的方法。其操作步驟相對較為簡單，首先將高分子材料溶解于適當(dāng)?shù)娜軇┲?，形成均勻的溶液。常見的可用于此方法的高分子材料包括聚乳酸（PLA）、聚羥基乙酸（PGA）及其共聚物（PLGA）等合成高分子材料，以及膠原、殼聚糖等天然高分子材料。以PLGA為例，將其溶解在二氯甲烷等有機(jī)溶劑中，攪拌使其充分溶解，得到PLGA溶液。接著，向溶液中加入造孔劑。造孔劑的種類繁多，常用的有氯化鈉、糖粒子、聚氧化乙烯等。造孔劑的粒徑、形狀和含量等屬性對支架的孔隙結(jié)構(gòu)有著關(guān)鍵影響。若使用粒徑較大的造孔劑，制備出的支架孔徑也會相應(yīng)較大；而造孔劑含量越高，支架的孔隙率則越大。將一定量的氯化鈉顆粒加入到PLGA溶液中，攪拌均勻，使氯化鈉顆粒均勻分散在溶液中。隨后，將混合溶液澆鑄到特定的模具中，通過溶劑揮發(fā)使高分子材料固化成型。將含有PLGA和氯化鈉顆粒的混合溶液倒入模具中，在通風(fēng)良好的環(huán)境下，讓二氯甲烷逐漸揮發(fā)，PLGA則逐漸固化，形成具有一定形狀的支架坯體。最后，通過瀝濾的方式去除造孔劑，從而在支架中形成孔隙結(jié)構(gòu)。將固化后的支架坯體浸泡在水中，氯化鈉等水溶性造孔劑會逐漸溶解并被水沖走，在支架中留下與造孔劑形狀和大小相對應(yīng)的孔隙。經(jīng)過多次水洗和干燥處理，即可得到具有多孔結(jié)構(gòu)的可注射性支架材料。該方法對支架孔隙結(jié)構(gòu)的影響顯著。它能夠制備出孔徑大小相對可控的支架，通過選擇不同粒徑的造孔劑，可以精確調(diào)節(jié)支架的孔徑。使用粒徑為100-200μm的氯化鈉顆粒作為造孔劑，能夠制備出孔徑在100-200μm范圍內(nèi)的支架。然而，這種方法制備的支架孔間相互連通性較差，這是因?yàn)樵跒r濾過程中，部分造孔劑可能會殘留，導(dǎo)致孔隙之間的連通性不佳。溶液澆鑄/粒子瀝濾法制備的支架孔徑分布較寬，難以實(shí)現(xiàn)孔隙結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)控制。3.1.2靜電紡絲法靜電紡絲法是一種基于高壓靜電場下導(dǎo)電流體產(chǎn)生高速噴射原理的制備方法，在可注射性組織工程軟骨支架材料的制備中具有獨(dú)特的優(yōu)勢。其基本原理是：將聚合物溶液或熔體裝入帶有細(xì)噴嘴的注射器中，在注射器針頭與接收裝置之間施加數(shù)千至數(shù)萬伏的高壓靜電。在高壓電場的作用下，聚合物溶液或熔體受到電場力的作用，在針頭處形成泰勒錐。當(dāng)電場力足夠大時(shí)，能夠克服聚合物溶液或熔體的表面張力，使其從泰勒錐頂點(diǎn)被加速并噴射出細(xì)流。在噴射過程中，溶劑迅速揮發(fā)或熔體固化，最終在接收裝置上形成纖維。這些纖維層層堆積，形成具有三維多孔結(jié)構(gòu)的支架材料。在靜電紡絲過程中，工藝參數(shù)對纖維結(jié)構(gòu)有著重要的影響。溶液濃度是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，當(dāng)溶液濃度較低時(shí)，紡絲液的黏度較小，在電場力的作用下，射流容易被拉伸變細(xì)，形成的纖維直徑較小。但如果溶液濃度過低，射流可能會不穩(wěn)定，出現(xiàn)斷裂等現(xiàn)象，導(dǎo)致纖維形態(tài)不規(guī)則。相反，當(dāng)溶液濃度較高時(shí)，紡絲液的黏度較大，形成的纖維直徑較大，且纖維之間容易粘連。研究表明，對于聚己內(nèi)酯（PCL）溶液，當(dāng)濃度在10%-15%時(shí)，能夠制備出直徑均勻、形態(tài)良好的纖維。電壓也是影響纖維結(jié)構(gòu)的重要因素。隨著電壓的升高，電場力增大，射流受到的拉伸作用增強(qiáng)，纖維直徑會減小。過高的電壓可能會導(dǎo)致射流不穩(wěn)定，產(chǎn)生分支或飛濺現(xiàn)象，影響纖維的質(zhì)量。一般來說，對于大多數(shù)聚合物體系，適宜的電壓范圍在10-30kV之間。紡絲距離同樣會對纖維結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。紡絲距離過短，纖維在到達(dá)接收裝置之前沒有足夠的時(shí)間干燥或固化，容易導(dǎo)致纖維粘連。紡絲距離過長，射流在飛行過程中可能會受到更多的干擾，纖維的取向性會變差，且收集效率會降低。通常，紡絲距離控制在10-20cm較為合適。通過掃描電子顯微鏡（SEM）可以清晰地觀察到靜電紡絲制備的支架材料的纖維結(jié)構(gòu)。從電鏡圖像中可以看出，纖維呈現(xiàn)出細(xì)長的形態(tài)，直徑在幾十納米到數(shù)微米之間，相互交織形成三維多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這些孔隙具有較高的連通性，有利于細(xì)胞的黏附、增殖和營養(yǎng)物質(zhì)的傳輸。圖1展示了靜電紡絲制備的PCL支架的電鏡圖像，從圖中可以直觀地看到纖維的形態(tài)和排列方式。[此處插入靜電紡絲制備的PCL支架的電鏡圖像，圖片來源：自己補(bǔ)充或引用參考文獻(xiàn)][此處插入靜電紡絲制備的PCL支架的電鏡圖像，圖片來源：自己補(bǔ)充或引用參考文獻(xiàn)]3.1.33D打印技術(shù)3D打印技術(shù)，也被稱為增材制造技術(shù)，在可注射性組織工程軟骨支架材料的制備中展現(xiàn)出了獨(dú)特的優(yōu)勢。與傳統(tǒng)的制造方法相比，3D打印技術(shù)能夠根據(jù)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）模型，通過逐層堆積材料的方式，精確地制造出具有復(fù)雜形狀和結(jié)構(gòu)的支架。這種高度定制化的制造能力使得3D打印技術(shù)能夠滿足不同患者和不同軟骨缺損部位的個(gè)性化需求。在可注射支架制備中，常用的3D打印技術(shù)包括熔融沉積建模（FDM）、光固化立體成型（SLA）、選擇性激光燒結(jié)（SLS）等。熔融沉積建模（FDM）是將熱熔性材料，如聚乳酸（PLA）、聚己內(nèi)酯（PCL）等，加熱至熔融狀態(tài)，通過噴頭擠出，按照預(yù)設(shè)的路徑逐層堆積在工作臺上，冷卻后固化成型。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備成本相對較低，材料選擇范圍較廣，能夠制備出具有較高力學(xué)性能的支架。然而，F(xiàn)DM技術(shù)的打印精度相對較低，一般在0.1-0.4mm之間，且打印速度較慢。光固化立體成型（SLA）則是利用紫外光照射光敏樹脂，使其在特定區(qū)域發(fā)生光聚合反應(yīng)，逐層固化形成三維實(shí)體。SLA技術(shù)具有高精度、高分辨率的特點(diǎn)，能夠制造出細(xì)節(jié)豐富、表面光滑的支架，打印精度可達(dá)0.05-0.1mm。但該技術(shù)使用的光敏樹脂材料種類相對較少，成本較高，且固化后的支架力學(xué)性能相對較弱。選擇性激光燒結(jié)（SLS）是利用激光束選擇性地?zé)Y(jié)粉末材料，如聚酰胺、金屬粉末等，使其逐層融合形成支架。SLS技術(shù)能夠制備出具有較高力學(xué)性能和良好連通性的支架，且可以實(shí)現(xiàn)多種材料的復(fù)合打印。其設(shè)備成本較高，打印過程中需要使用保護(hù)氣體，增加了制備成本和工藝復(fù)雜性。3D打印技術(shù)在可注射性組織工程軟骨支架材料制備中已有諸多應(yīng)用案例。有研究采用3D打印技術(shù)制備了個(gè)性化的聚乳酸-羥基乙酸共聚物（PLGA）支架，用于修復(fù)兔膝關(guān)節(jié)軟骨缺損。通過對兔膝關(guān)節(jié)進(jìn)行CT掃描，獲取軟骨缺損部位的三維數(shù)據(jù)，利用CAD軟件設(shè)計(jì)出與缺損部位精確匹配的支架模型，然后采用3D打印技術(shù)制備出支架。將支架與軟骨細(xì)胞復(fù)合后植入兔膝關(guān)節(jié)軟骨缺損處，經(jīng)過一段時(shí)間的觀察，發(fā)現(xiàn)支架能夠有效促進(jìn)軟骨組織的修復(fù)，新生軟骨組織與周圍正常組織整合良好，組織學(xué)和力學(xué)性能檢測結(jié)果顯示，修復(fù)后的軟骨組織接近正常軟骨組織。還有研究利用3D打印技術(shù)制備了具有仿生結(jié)構(gòu)的膠原-殼聚糖復(fù)合支架，該支架模擬了天然軟骨組織的分層結(jié)構(gòu)和孔隙分布，為軟骨細(xì)胞的生長和增殖提供了更有利的微環(huán)境。在體外實(shí)驗(yàn)中，軟骨細(xì)胞在該復(fù)合支架上的黏附率和增殖率明顯高于傳統(tǒng)支架，證明了3D打印技術(shù)在制備高性能可注射性組織工程軟骨支架材料方面的有效性。3.2成型機(jī)制可注射性組織工程軟骨支架材料的成型機(jī)制對于其在軟骨修復(fù)中的應(yīng)用至關(guān)重要。成型機(jī)制主要包括物理交聯(lián)和化學(xué)交聯(lián)兩種方式，它們各自通過不同的作用原理使材料形成穩(wěn)定的三維結(jié)構(gòu)，為軟骨細(xì)胞的生長和增殖提供適宜的微環(huán)境。3.2.1物理交聯(lián)物理交聯(lián)是指通過分子間的物理作用力，如氫鍵、范德華力、離子鍵等，使聚合物分子鏈相互纏結(jié)或形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這種交聯(lián)方式不涉及化學(xué)鍵的形成，具有可逆性，在一定條件下，交聯(lián)結(jié)構(gòu)可以被破壞或重新形成。氫鍵是物理交聯(lián)中常見的一種作用力，它是由氫原子與電負(fù)性較大的原子（如氧、氮、氟等）之間形成的一種弱相互作用。在可注射性組織工程軟骨支架材料中，許多天然高分子材料和合成高分子材料都含有能夠形成氫鍵的基團(tuán)，如羥基（-OH）、氨基（-NH2）等。以殼聚糖為例，其分子結(jié)構(gòu)中含有大量的氨基和羥基，在水溶液中，這些基團(tuán)可以與水分子形成氫鍵，使殼聚糖分子鏈在水中伸展。當(dāng)殼聚糖溶液與其他含有羥基或羧基的材料混合時(shí)，殼聚糖分子鏈與其他材料分子鏈之間也可以通過氫鍵相互作用，形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這種氫鍵交聯(lián)的結(jié)構(gòu)賦予了支架一定的穩(wěn)定性，能夠?yàn)檐浌羌?xì)胞的黏附、增殖和分化提供支撐。氫鍵的強(qiáng)度相對較弱，在高溫、高濕度或強(qiáng)酸堿等條件下，氫鍵可能會被破壞，導(dǎo)致支架結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定。范德華力是分子間普遍存在的一種作用力，包括色散力、誘導(dǎo)力和取向力。在可注射性組織工程軟骨支架材料中，范德華力也對材料的成型和穩(wěn)定性起到重要作用。對于一些非極性或弱極性的聚合物材料，如聚乳酸（PLA），分子鏈之間主要通過范德華力相互作用。在制備PLA支架時(shí)，通過溶液澆鑄或熔融加工等方法，使PLA分子鏈相互靠近，分子鏈之間的范德華力逐漸增強(qiáng)，從而使材料形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。范德華力的作用范圍較短，其強(qiáng)度也相對較弱，因此，僅依靠范德華力交聯(lián)的支架在力學(xué)性能和穩(wěn)定性方面可能存在一定的局限性。離子鍵是由帶相反電荷的離子之間的靜電相互作用形成的。在一些可注射性組織工程軟骨支架材料中，離子鍵也參與了材料的交聯(lián)過程。藻酸鹽是一種常用的可注射性支架材料，其分子結(jié)構(gòu)中含有大量的羧基（-COOH），在遇到二價(jià)金屬陽離子（如Ca2+、Cu2+、Zn2+等）時(shí)，羧基會與金屬陽離子發(fā)生離子交換反應(yīng)，形成離子鍵，從而使藻酸鹽分子鏈交聯(lián)形成凝膠。這種離子交聯(lián)的方式具有快速、溫和的特點(diǎn)，不需要使用有毒的交聯(lián)劑，對細(xì)胞的毒性較小。離子鍵的強(qiáng)度相對較強(qiáng)，能夠賦予支架較好的力學(xué)性能和穩(wěn)定性。離子鍵的形成受到溶液中離子濃度、pH值等因素的影響，在不同的條件下，離子鍵的穩(wěn)定性可能會發(fā)生變化。物理交聯(lián)對支架穩(wěn)定性的影響是多方面的。物理交聯(lián)形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能夠限制聚合物分子鏈的運(yùn)動(dòng)，使支架具有一定的形狀和尺寸穩(wěn)定性。物理交聯(lián)還可以增加支架的力學(xué)性能，使其能夠承受一定的外力作用。物理交聯(lián)的可逆性也使得支架在一定條件下能夠發(fā)生形變或降解，以適應(yīng)軟骨組織修復(fù)過程中的生理變化。物理交聯(lián)的強(qiáng)度相對較弱，在一些極端條件下，支架的穩(wěn)定性可能會受到影響。為了提高支架的穩(wěn)定性，常常需要結(jié)合其他交聯(lián)方式或?qū)χЪ苓M(jìn)行表面改性等處理。3.2.2化學(xué)交聯(lián)化學(xué)交聯(lián)是指通過化學(xué)反應(yīng)在聚合物分子鏈之間形成共價(jià)鍵，從而使分子鏈相互連接形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。與物理交聯(lián)相比，化學(xué)交聯(lián)形成的共價(jià)鍵具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，能夠顯著提高支架的力學(xué)性能、化學(xué)穩(wěn)定性和生物穩(wěn)定性。化學(xué)交聯(lián)的反應(yīng)原理主要基于各種化學(xué)反應(yīng)，其中共價(jià)鍵的形成是關(guān)鍵。常見的化學(xué)反應(yīng)包括自由基聚合、縮聚反應(yīng)、加成反應(yīng)等。在自由基聚合反應(yīng)中，通過引發(fā)劑產(chǎn)生自由基，自由基引發(fā)聚合物單體發(fā)生聚合反應(yīng)，形成聚合物分子鏈。在聚合過程中，不同的聚合物分子鏈之間可以通過自由基的相互作用發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，形成共價(jià)鍵。以聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）為例，在引發(fā)劑的作用下，甲基丙烯酸甲酯單體發(fā)生自由基聚合反應(yīng)，形成PMMA分子鏈。在聚合過程中，部分PMMA分子鏈之間會發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這種交聯(lián)結(jié)構(gòu)使PMMA具有較高的硬度和強(qiáng)度，常用于制備骨水泥等醫(yī)用材料?？s聚反應(yīng)是另一種常見的化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)，它是由含有兩個(gè)或兩個(gè)以上官能團(tuán)的單體之間通過縮合反應(yīng)形成聚合物，并在反應(yīng)過程中產(chǎn)生小分子（如水、醇、氨等）。在縮聚反應(yīng)中，聚合物分子鏈之間可以通過官能團(tuán)之間的反應(yīng)形成共價(jià)鍵，實(shí)現(xiàn)交聯(lián)。聚對苯二甲酸乙二酯（PET）的合成就是通過對苯二甲酸和乙二醇之間的縮聚反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的。在制備PET支架時(shí)，可以通過控制反應(yīng)條件，使PET分子鏈之間發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，形成具有一定力學(xué)性能和穩(wěn)定性的支架結(jié)構(gòu)。加成反應(yīng)也是化學(xué)交聯(lián)中常用的反應(yīng)類型之一，它是由不飽和鍵（如碳-碳雙鍵、碳-氮雙鍵等）與其他分子發(fā)生加成反應(yīng)，形成新的共價(jià)鍵。在一些可注射性組織工程軟骨支架材料中，通過引入含有不飽和鍵的單體或聚合物，利用加成反應(yīng)實(shí)現(xiàn)分子鏈之間的交聯(lián)。將含有雙鍵的丙烯酸酯類單體與其他聚合物混合，在引發(fā)劑和光或熱的作用下，丙烯酸酯類單體發(fā)生加成聚合反應(yīng)，同時(shí)與其他聚合物分子鏈發(fā)生交聯(lián)，形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。交聯(lián)劑的選擇與應(yīng)用在化學(xué)交聯(lián)中起著至關(guān)重要的作用。交聯(lián)劑是一類能夠與聚合物分子鏈發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成共價(jià)鍵的物質(zhì)。交聯(lián)劑的種類繁多，不同的交聯(lián)劑具有不同的化學(xué)結(jié)構(gòu)和反應(yīng)活性，適用于不同的聚合物材料和交聯(lián)反應(yīng)。常見的交聯(lián)劑包括戊二醛、碳化二亞胺（EDC）、環(huán)氧氯丙烷等。戊二醛是一種常用的交聯(lián)劑，具有兩個(gè)醛基，能夠與含有氨基、羥基等官能團(tuán)的聚合物分子鏈發(fā)生反應(yīng)，形成席夫堿等共價(jià)鍵。在膠原支架的制備中，戊二醛常被用作交聯(lián)劑，它可以與膠原分子鏈中的氨基發(fā)生反應(yīng)，使膠原分子鏈之間形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。戊二醛交聯(lián)后的膠原支架具有較高的力學(xué)性能和穩(wěn)定性，但戊二醛具有一定的細(xì)胞毒性，在使用過程中需要嚴(yán)格控制其用量和反應(yīng)條件，以減少對細(xì)胞的損傷。碳化二亞胺（EDC）是一種水溶性的交聯(lián)劑，它可以在溫和的條件下與含有羧基和氨基的聚合物分子鏈發(fā)生反應(yīng)，形成酰胺鍵。在透明質(zhì)酸與其他含有氨基的材料復(fù)合制備支架時(shí)，EDC常被用于促進(jìn)兩者之間的交聯(lián)反應(yīng)。EDC交聯(lián)具有反應(yīng)條件溫和、對細(xì)胞毒性較小的優(yōu)點(diǎn)，適用于對細(xì)胞活性要求較高的組織工程應(yīng)用。環(huán)氧氯丙烷也是一種常用的交聯(lián)劑，它含有環(huán)氧基和氯原子，能夠與含有羥基、氨基等官能團(tuán)的聚合物分子鏈發(fā)生反應(yīng)，形成醚鍵或胺鍵等共價(jià)鍵。在殼聚糖支架的制備中，環(huán)氧氯丙烷可以與殼聚糖分子鏈中的羥基發(fā)生反應(yīng)，使殼聚糖分子鏈之間發(fā)生交聯(lián)。環(huán)氧氯丙烷交聯(lián)后的殼聚糖支架具有較好的力學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性，但環(huán)氧氯丙烷具有一定的毒性，在使用時(shí)需要注意安全防護(hù)。在選擇交聯(lián)劑時(shí)，需要綜合考慮多個(gè)因素。交聯(lián)劑的反應(yīng)活性和交聯(lián)效率是重要的考慮因素，反應(yīng)活性高、交聯(lián)效率高的交聯(lián)劑能夠在較短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)聚合物分子鏈之間的交聯(lián)，提高生產(chǎn)效率。交聯(lián)劑的毒性和生物相容性也是必須關(guān)注的問題，尤其是在組織工程應(yīng)用中，交聯(lián)劑的殘留可能會對細(xì)胞和組織產(chǎn)生不良影響，因此需要選擇毒性低、生物相容性好的交聯(lián)劑。交聯(lián)劑的成本和來源也是選擇時(shí)需要考慮的因素之一，在滿足性能要求的前提下，應(yīng)盡量選擇成本低、來源廣泛的交聯(lián)劑。四、可注射性組織工程軟骨支架材料的性能評價(jià)4.1生物相容性評價(jià)生物相容性是可注射性組織工程軟骨支架材料的關(guān)鍵性能之一，它直接關(guān)系到支架材料在體內(nèi)的安全性和有效性。良好的生物相容性意味著支架材料能夠與機(jī)體組織和細(xì)胞相互適應(yīng)，不會引發(fā)明顯的免疫反應(yīng)、炎癥反應(yīng)或毒性反應(yīng)，從而為軟骨細(xì)胞的生長、增殖和分化提供適宜的微環(huán)境。生物相容性評價(jià)主要包括細(xì)胞黏附與增殖實(shí)驗(yàn)和體內(nèi)植入實(shí)驗(yàn)兩個(gè)方面。4.1.1細(xì)胞黏附與增殖實(shí)驗(yàn)在細(xì)胞黏附與增殖實(shí)驗(yàn)中，常用的細(xì)胞系包括軟骨細(xì)胞、骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（BMSCs）等。軟骨細(xì)胞是軟骨組織的主要細(xì)胞成分，直接使用軟骨細(xì)胞進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蜃钪苯拥胤从持Ъ懿牧蠈浌羌?xì)胞的影響。骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞具有多向分化潛能，在特定條件下可以分化為軟骨細(xì)胞，因此也被廣泛應(yīng)用于軟骨組織工程的研究中。實(shí)驗(yàn)方法通常如下：首先，將支架材料進(jìn)行預(yù)處理，如滅菌、清洗等，以確保材料的無菌性和表面清潔。將處理后的支架材料置于細(xì)胞培養(yǎng)板中，然后將預(yù)先培養(yǎng)好的細(xì)胞以一定密度接種到支架上。為了使細(xì)胞能夠均勻地分布在支架上，可以采用靜態(tài)接種或動(dòng)態(tài)接種的方式。靜態(tài)接種是將細(xì)胞懸液直接滴加到支架上，然后在培養(yǎng)箱中靜置培養(yǎng)；動(dòng)態(tài)接種則是通過旋轉(zhuǎn)培養(yǎng)、振蕩培養(yǎng)等方式，使細(xì)胞在支架上均勻分布。在培養(yǎng)過程中，需要定期更換培養(yǎng)基，以提供細(xì)胞生長所需的營養(yǎng)物質(zhì)，并去除代謝產(chǎn)物。通過不同的檢測方法來觀察細(xì)胞在支架上的黏附與增殖情況。常用的檢測方法包括CCK-8法、MTT法、熒光染色法等。CCK-8法是一種基于細(xì)胞線粒體脫氫酶活性的檢測方法，通過檢測細(xì)胞內(nèi)的脫氫酶將CCK-8試劑還原為具有吸光性的甲臜產(chǎn)物的量，來間接反映細(xì)胞的數(shù)量和活性。MTT法則是利用細(xì)胞內(nèi)的線粒體琥珀酸脫氫酶將MTT還原為不溶性的藍(lán)紫色結(jié)晶甲臜，通過測定甲臜的吸光度來評估細(xì)胞的增殖情況。熒光染色法常用的染料有DAPI、Calcein-AM等，DAPI可以特異性地與細(xì)胞核中的DNA結(jié)合，發(fā)出藍(lán)色熒光，通過熒光顯微鏡觀察細(xì)胞核的數(shù)量和分布情況，可以直觀地了解細(xì)胞在支架上的黏附與增殖情況；Calcein-AM則可以進(jìn)入活細(xì)胞內(nèi)，被細(xì)胞內(nèi)的酯酶水解后發(fā)出綠色熒光，通過檢測綠色熒光的強(qiáng)度和分布，也可以評估細(xì)胞的活性和增殖情況。以某研究為例，該研究使用了軟骨細(xì)胞和殼聚糖-明膠復(fù)合支架進(jìn)行細(xì)胞黏附與增殖實(shí)驗(yàn)。將復(fù)合支架裁剪成合適的尺寸，經(jīng)過環(huán)氧乙烷滅菌后，置于24孔細(xì)胞培養(yǎng)板中。將體外培養(yǎng)的軟骨細(xì)胞以5×10^4個(gè)/孔的密度接種到支架上，分別在培養(yǎng)1天、3天、5天后，采用CCK-8法檢測細(xì)胞的增殖情況。結(jié)果顯示，隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長，細(xì)胞數(shù)量逐漸增加，在第5天時(shí)，細(xì)胞增殖達(dá)到相對穩(wěn)定的狀態(tài)。通過DAPI熒光染色觀察細(xì)胞在支架上的分布情況，發(fā)現(xiàn)軟骨細(xì)胞能夠均勻地黏附在支架表面和內(nèi)部孔隙中，并且細(xì)胞形態(tài)良好，細(xì)胞核清晰可見，表明殼聚糖-明膠復(fù)合支架具有良好的細(xì)胞黏附性，能夠?yàn)檐浌羌?xì)胞的生長提供適宜的環(huán)境。圖2展示了軟骨細(xì)胞在殼聚糖-明膠復(fù)合支架上培養(yǎng)不同時(shí)間后的DAPI熒光染色圖像。[此處插入軟骨細(xì)胞在殼聚糖-明膠復(fù)合支架上培養(yǎng)不同時(shí)間后的DAPI熒光染色圖像，圖片來源：自己補(bǔ)充或引用參考文獻(xiàn)][此處插入軟骨細(xì)胞在殼聚糖-明膠復(fù)合支架上培養(yǎng)不同時(shí)間后的DAPI熒光染色圖像，圖片來源：自己補(bǔ)充或引用參考文獻(xiàn)]4.1.2體內(nèi)植入實(shí)驗(yàn)體內(nèi)植入實(shí)驗(yàn)是評價(jià)可注射性組織工程軟骨支架材料生物相容性的重要手段，它能夠更真實(shí)地反映支架材料在體內(nèi)的生物學(xué)行為和與機(jī)體組織的相互作用。在體內(nèi)植入實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型的選擇至關(guān)重要。常用的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物包括大鼠、小鼠、兔子、豬等。不同的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物具有不同的生理特點(diǎn)和解剖結(jié)構(gòu)，需要根據(jù)研究目的和實(shí)驗(yàn)需求進(jìn)行合理選擇。大鼠和小鼠由于其繁殖快、成本低、易于操作等優(yōu)點(diǎn)，常用于初步的探索性研究。但它們的體型較小，軟骨組織相對較小，在研究一些大型關(guān)節(jié)軟骨缺損修復(fù)時(shí)可能不太適用。兔子的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)和軟骨組織與人類較為相似，且體型適中，便于進(jìn)行手術(shù)操作和觀察，因此在軟骨組織工程研究中應(yīng)用較為廣泛。豬的關(guān)節(jié)軟骨在組織結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能和代謝等方面與人類更為接近，是一種較為理想的大型動(dòng)物模型，但由于其飼養(yǎng)成本高、操作難度大等原因，應(yīng)用相對較少。植入部位通常選擇關(guān)節(jié)軟骨缺損部位，如膝關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)等。以兔膝關(guān)節(jié)軟骨缺損模型為例，首先對兔子進(jìn)行麻醉，然后在無菌條件下切開膝關(guān)節(jié)，暴露股骨髁關(guān)節(jié)面。使用特制的打孔器在股骨髁關(guān)節(jié)面上制備一定直徑和深度的圓形軟骨缺損。將可注射性組織工程軟骨支架材料與軟骨細(xì)胞或骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞復(fù)合后，注射到軟骨缺損部位。對照組可以設(shè)置為單純的軟骨缺損組（不植入任何材料）或植入其他對照材料組。觀察指標(biāo)主要包括大體觀察、組織學(xué)分析、免疫組織化學(xué)分析等。大體觀察是在術(shù)后不同時(shí)間點(diǎn)，通過肉眼觀察植入部位的愈合情況，包括是否有炎癥反應(yīng)、腫脹、滲出等，以及新生組織的形態(tài)、顏色和質(zhì)地等。組織學(xué)分析則是在術(shù)后一定時(shí)間處死動(dòng)物，取出植入部位的組織，經(jīng)過固定、脫水、包埋、切片等處理后，進(jìn)行蘇木精-伊紅（HE）染色、番紅O-固綠染色等。HE染色可以觀察組織的一般形態(tài)結(jié)構(gòu)，包括細(xì)胞的形態(tài)、數(shù)量、分布以及組織的炎癥反應(yīng)等。番紅O-固綠染色則可以特異性地顯示軟骨組織中的蛋白聚糖，通過觀察蛋白聚糖的分布和含量，評估軟骨組織的修復(fù)情況。免疫組織化學(xué)分析主要用于檢測軟骨特異性標(biāo)志物的表達(dá)，如Ⅱ型膠原蛋白、聚集蛋白聚糖等。通過檢測這些標(biāo)志物的表達(dá)水平，可以了解軟骨細(xì)胞的分化情況和軟骨組織的再生情況。有研究進(jìn)行了兔膝關(guān)節(jié)軟骨缺損修復(fù)實(shí)驗(yàn)，將膠原-殼聚糖復(fù)合支架與骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞復(fù)合后植入兔膝關(guān)節(jié)軟骨缺損部位。術(shù)后2周大體觀察發(fā)現(xiàn)，植入部位無明顯炎癥反應(yīng)，周圍組織無紅腫、滲出等現(xiàn)象。術(shù)后4周，可見植入部位有新生組織填充，新生組織顏色較淡，質(zhì)地較軟。術(shù)后8周，新生組織與周圍正常組織連接緊密，顏色和質(zhì)地逐漸接近正常軟骨組織。組織學(xué)分析結(jié)果顯示，術(shù)后2周，HE染色可見植入部位有大量炎性細(xì)胞浸潤，膠原-殼聚糖復(fù)合支架周圍有少量細(xì)胞黏附。術(shù)后4周，炎性細(xì)胞明顯減少，支架內(nèi)部和周圍有較多細(xì)胞增殖，番紅O-固綠染色可見少量蛋白聚糖沉積。術(shù)后8周，植入部位可見大量軟骨樣組織形成，細(xì)胞排列較為規(guī)則，番紅O-固綠染色顯示蛋白聚糖含量明顯增加，免疫組織化學(xué)分析顯示Ⅱ型膠原蛋白和聚集蛋白聚糖呈陽性表達(dá)，表明膠原-殼聚糖復(fù)合支架能夠有效促進(jìn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞向軟骨細(xì)胞分化，實(shí)現(xiàn)軟骨組織的修復(fù)。4.2力學(xué)性能評價(jià)4.2.1壓縮強(qiáng)度與彈性模量測試壓縮強(qiáng)度與彈性模量是評估可注射性組織工程軟骨支架材料力學(xué)性能的關(guān)鍵指標(biāo)。壓縮強(qiáng)度反映了支架在承受壓縮載荷時(shí)抵抗破壞的能力，而彈性模量則表征了支架在彈性變形階段應(yīng)力與應(yīng)變的比值，體現(xiàn)了材料的剛性和彈性特性。測試設(shè)備通常采用電子萬能試驗(yàn)機(jī)，其工作原理是通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲桿，使上下夾具產(chǎn)生相對位移，從而對樣品施加拉伸、壓縮、彎曲等不同形式的載荷。在進(jìn)行壓縮強(qiáng)度與彈性模量測試時(shí)，將可注射性組織工程軟骨支架材料制成標(biāo)準(zhǔn)尺寸的試樣，一般為圓柱形或長方體形。對于圓柱形試樣，其直徑和高度的比例通常為1:1或2:1；對于長方體形試樣，其長、寬、高的尺寸也有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)要求。將試樣放置在電子萬能試驗(yàn)機(jī)的上下夾具之間，設(shè)置好加載速度、加載范圍等參數(shù)后，開始進(jìn)行壓縮測試。在測試過程中，電子萬能試驗(yàn)機(jī)實(shí)時(shí)記錄下施加在試樣上的載荷和對應(yīng)的位移數(shù)據(jù)。通過對這些數(shù)據(jù)的分析，可以得到支架材料的壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線。從壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線中，可以計(jì)算出支架的壓縮強(qiáng)度和彈性模量。壓縮強(qiáng)度通常取曲線中最大應(yīng)力值，即支架在壓縮過程中所能承受的最大載荷對應(yīng)的應(yīng)力。彈性模量則通過曲線的線性部分（彈性變形階段）的斜率來計(jì)算，公式為：E=σ/ε，其中E為彈性模量，σ為應(yīng)力，ε為應(yīng)變。不同材料支架的力學(xué)性能數(shù)據(jù)存在顯著差異。以膠原支架為例，由于其分子結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，膠原支架具有一定的柔韌性，但壓縮強(qiáng)度和彈性模量相對較低。有研究表明，單純的膠原支架的壓縮強(qiáng)度一般在0.1-0.5MPa之間，彈性模量在0.5-2MPa之間。這是因?yàn)槟z原分子鏈之間主要通過較弱的氫鍵和范德華力相互作用，在承受較大壓縮載荷時(shí)，分子鏈容易發(fā)生滑動(dòng)和變形，導(dǎo)致支架的破壞。而合成高分子材料如聚乳酸（PLA）支架，具有較高的壓縮強(qiáng)度和彈性模量。PLA支架的壓縮強(qiáng)度可達(dá)10-50MPa，彈性模量在1-5GPa之間。這是由于PLA分子鏈具有較高的結(jié)晶度和剛性，分子鏈之間的相互作用力較強(qiáng)，使得支架能夠承受較大的壓縮載荷而不易變形。PLA支架的親水性較差，生物相容性不如天然高分子材料，在實(shí)際應(yīng)用中可能會受到一定的限制。對于復(fù)合材料支架，其力學(xué)性能則取決于組成材料的種類、比例以及復(fù)合方式。有研究制備了膠原-殼聚糖復(fù)合支架，通過調(diào)節(jié)膠原和殼聚糖的比例，復(fù)合支架的力學(xué)性能得到了顯著改善。當(dāng)膠原和殼聚糖的比例為1:1時(shí)，復(fù)合支架的壓縮強(qiáng)度達(dá)到1-3MPa，彈性模量在1-5MPa之間。與單純的膠原支架相比，復(fù)合支架的壓縮強(qiáng)度和彈性模量都有了明顯提高。這是因?yàn)闅ぞ厶堑募尤朐鰪?qiáng)了支架的剛性，同時(shí)膠原和殼聚糖之間通過氫鍵等相互作用形成了更加穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高了支架的力學(xué)性能。4.2.2動(dòng)態(tài)力學(xué)分析動(dòng)態(tài)力學(xué)分析（DMA）是一種研究材料在動(dòng)態(tài)載荷下力學(xué)響應(yīng)的重要技術(shù)，它能夠提供材料在不同頻率、溫度和應(yīng)變條件下的力學(xué)性能信息。在可注射性組織工程軟骨支架材料的研究中，動(dòng)態(tài)力學(xué)分析具有重要的意義，能夠深入了解支架在生理動(dòng)態(tài)環(huán)境下的性能表現(xiàn)。動(dòng)態(tài)力學(xué)分析的原理是在一定的溫度范圍內(nèi)，對材料施加一個(gè)周期性變化的載荷，測量材料的應(yīng)變響應(yīng)。通過分析材料的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，可以得到材料的儲能模量（E'）、損耗模量（E''）和損耗因子（tanδ）等參數(shù)。儲能模量反映了材料在彈性變形過程中儲存能量的能力，它代表了材料的彈性部分，與材料的剛性相關(guān)。損耗模量則表示材料在變形過程中由于內(nèi)摩擦等原因而損耗的能量，反映了材料的黏性部分。損耗因子（tanδ）是損耗模量與儲能模量的比值，用于衡量材料的黏彈性特性，tanδ越大，說明材料的黏性成分越高。在對支架進(jìn)行動(dòng)態(tài)力學(xué)分析時(shí)，通常采用拉伸、壓縮或剪切等加載模式。在拉伸模式下，將支架材料制成啞鈴形或矩形試樣，兩端固定在儀器的夾具上，通過施加周期性的拉伸載荷，測量試樣的應(yīng)變響應(yīng)。壓縮模式則是將支架材料制成圓柱形或長方體形試樣，放置在上下夾具之間，施加周期性的壓縮載荷。剪切模式適用于研究支架材料在剪切力作用下的力學(xué)響應(yīng)，通過特殊的夾具對試樣施加周期性的剪切載荷。支架在動(dòng)態(tài)載荷下的力學(xué)響應(yīng)受到多種因素的影響。加載頻率是一個(gè)重要因素，隨著加載頻率的增加，支架的儲能模量和損耗模量通常會發(fā)生變化。在低頻范圍內(nèi)，支架分子鏈有足夠的時(shí)間響應(yīng)外部載荷，儲能模量相對較低。當(dāng)加載頻率增加時(shí)，分子鏈的運(yùn)動(dòng)受到限制，儲能模量會逐漸增大。溫度也對支架的力學(xué)響應(yīng)有顯著影響。隨著溫度的升高，支架分子鏈的熱運(yùn)動(dòng)加劇，分子間的相互作用力減弱，導(dǎo)致儲能模量降低，損耗模量和損耗因子增大。支架的結(jié)構(gòu)和組成對其在動(dòng)態(tài)載荷下的力學(xué)響應(yīng)也有重要影響。具有多孔結(jié)構(gòu)的支架，由于孔隙的存在，會影響材料的力學(xué)性能，使其在動(dòng)態(tài)載荷下的響應(yīng)與致密材料有所不同。復(fù)合材料支架的力學(xué)響應(yīng)則取決于組成材料的性能和復(fù)合方式。動(dòng)態(tài)力學(xué)分析對軟骨修復(fù)具有重要意義。軟骨在人體中承受著動(dòng)態(tài)的載荷，如行走、跑步等運(yùn)動(dòng)過程中，軟骨會受到周期性的壓力和剪切力。通過動(dòng)態(tài)力學(xué)分析，可以模擬軟骨在生理狀態(tài)下的受力情況，評估支架在動(dòng)態(tài)載荷下的性能是否能夠滿足軟骨修復(fù)的需求。如果支架的儲能模量過低，在動(dòng)態(tài)載荷下可能無法提供足夠的支撐，導(dǎo)致軟骨修復(fù)效果不佳。損耗因子過大，說明支架在變形過程中能量損耗過多，可能會影響支架的穩(wěn)定性和使用壽命。動(dòng)態(tài)力學(xué)分析還可以為支架材料的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。通過分析不同材料、結(jié)構(gòu)和制備工藝對支架動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的影響，可以篩選出性能更優(yōu)異的支架材料和制備方法，提高軟骨修復(fù)的成功率。4.3降解性能評價(jià)4.3.1體外降解實(shí)驗(yàn)體外降解實(shí)驗(yàn)是評估可注射性組織工程軟骨支架材料降解性能的重要手段之一，通過模擬體內(nèi)生理環(huán)境，研究支架材料在體外的降解過程和規(guī)律。實(shí)驗(yàn)條件的設(shè)置盡可能地模擬體內(nèi)環(huán)境，以確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性和有效性。一般將支架材料置于含有特定酶和緩沖液的模擬體液（SBF）中進(jìn)行降解實(shí)驗(yàn)。模擬體液的成分通常包括氯化鈉、氯化鉀、氯化鈣、磷酸氫二鈉等，其離子濃度和pH值與人體體液相近，能夠較好地模擬體內(nèi)的化學(xué)環(huán)境。酶的選擇則根據(jù)支架材料的類型而定，對于天然高分子材料，如膠原、殼聚糖等，常使用膠原酶、溶菌酶等；對于合成高分子材料，如聚乳酸（PLA）、聚羥基乙酸（PGA）及其共聚物（PLGA）等，可使用脂肪酶等。在實(shí)驗(yàn)過程中，定期取出支架材料進(jìn)行分析。常用的分析方法包括質(zhì)量損失測定、分子量變化分析、結(jié)構(gòu)形態(tài)觀察等。質(zhì)量損失測定是通過測量支架材料在降解前后的質(zhì)量差，計(jì)算質(zhì)量損失率，從而評估支架的降解程度。將支架材料在降解前稱重，記為m0，經(jīng)過一定時(shí)間的降解后，取出支架材料，用去離子水沖洗干凈，冷凍干燥至恒重，再次稱重，記為m1，質(zhì)量損失率計(jì)算公式為：質(zhì)量損失率=（m0-m1）/m0×100%。分子量變化分析則通過凝膠滲透色譜（GPC）等技術(shù)來測定支架材料在降解過程中的分子量變化。GPC是一種基于分子尺寸差異進(jìn)行分離和分析的技術(shù)，它能夠精確測量聚合物的分子量及其分布。在降解實(shí)驗(yàn)中，定期從模擬體液中取出支架材料，經(jīng)過處理后，使用GPC進(jìn)行分析，得到支架材料在不同降解時(shí)間的分子量數(shù)據(jù)。隨著降解時(shí)間的延長，支架材料的分子量通常會逐漸降低，這是由于分子鏈在酶和水的作用下發(fā)生斷裂，導(dǎo)致分子量減小。結(jié)構(gòu)形態(tài)觀察則借助掃描電子顯微鏡（SEM）等手段，觀察支架材料在降解過程中的微觀結(jié)構(gòu)變化。SEM能夠提供高分辨率的圖像，直觀地展示支架材料的表面形貌和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。在降解實(shí)驗(yàn)中，將不同降解時(shí)間的支架材料進(jìn)行SEM觀察，可以發(fā)現(xiàn)支架的孔隙結(jié)構(gòu)、表面粗糙度等會隨著降解時(shí)間的增加而發(fā)生變化。支架的孔隙可能會逐漸擴(kuò)大，表面可能會變得更加粗糙，這些變化反映了支架材料的降解過程。以某研究中PLGA支架的體外降解實(shí)驗(yàn)為例，將PLGA支架置于含有脂肪酶的模擬體液中，在37℃恒溫振蕩培養(yǎng)箱中進(jìn)行降解實(shí)驗(yàn)。每隔一定時(shí)間取出支架材料，進(jìn)行質(zhì)量損失測定、分子量變化分析和結(jié)構(gòu)形態(tài)觀察。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著降解時(shí)間的增加，PLGA支架的質(zhì)量損失率逐漸增大。在第1周時(shí)，質(zhì)量損失率為5%左右；到第4周時(shí)，質(zhì)量損失率達(dá)到15%左右；在第8周時(shí)，質(zhì)量損失率進(jìn)一步增加到30%左右。圖3展示了PLGA支架在體外降解過程中的質(zhì)量變化曲線。[此處插入PLGA支架在體外降解過程中的質(zhì)量變化曲線，圖片來源：自己補(bǔ)充或引用參考文獻(xiàn)][此處插入PLGA支架在體外降解過程中的質(zhì)量變化曲線，圖片來源：自己補(bǔ)充或引用參考文獻(xiàn)]分子量變化分析結(jié)果表明，PLGA支架的分子量在降解初期下降較為緩慢，隨著降解時(shí)間的延長，分子量下降速度逐漸加快。在第1周時(shí)，PLGA的數(shù)均分子量（Mn）為50,000左右；到第4周時(shí)，Mn下降至40,000左右；在第8周時(shí)，Mn進(jìn)一步下降至30,000左右。SEM觀察結(jié)果顯示，在降解初期，PLGA支架的表面較為光滑，孔隙結(jié)構(gòu)較為規(guī)整。隨著降解時(shí)間的增加，支架表面逐漸出現(xiàn)裂紋和孔洞，孔隙結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜，部分孔隙相互連通。在第4周時(shí)，支架表面可見明顯的裂紋，孔隙邊緣變得模糊；在第8周時(shí)，支架表面的裂紋和孔洞進(jìn)一步擴(kuò)大，孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯改變。4.3.2體內(nèi)降解實(shí)驗(yàn)體內(nèi)降解實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚋鎸?shí)地反映可注射性組織工程軟骨支架材料在生物體內(nèi)的降解情況，為評估其在軟骨修復(fù)中的應(yīng)用潛力提供重要依據(jù)。在體內(nèi)降解實(shí)驗(yàn)中，觀察周期的設(shè)定需要綜合考慮多種因素，包括支架材料的類型、降解速度、實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的生理特點(diǎn)等。對于降解速度較快的支架材料，觀察周期可以相對較短；而對于降解速度較慢的支架材料，則需要設(shè)置較長的觀察周期。一般來說，觀察周期可以從幾周至幾個(gè)月不等。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型的選擇與生物相容性評價(jià)中的要求類似，常用的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物包括大鼠、小鼠、兔子、豬等。以兔為例，將可注射性組織工程軟骨支架材料注射到兔的膝關(guān)節(jié)軟骨缺損部位或皮下組織中。在不同的時(shí)間點(diǎn)，如2周、4周、8周、12周等，處死實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，取出含有支架材料的組織樣本。組織學(xué)分析是體內(nèi)降解實(shí)驗(yàn)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通過對組織樣本進(jìn)行處理和染色，觀察支架材料在體內(nèi)的降解情況以及與周圍組織的相互作用。常用的染色方法包括蘇木精-伊紅（HE）染色、番紅O-固綠染色等。HE染色可以清晰地顯示組織的細(xì)胞結(jié)構(gòu)和形態(tài)，通過觀察細(xì)胞的分布、形態(tài)變化以及炎癥反應(yīng)等情況，了解支架材料對周圍組織的影響。番紅O-固綠染色則能夠特異性地顯示軟骨組織中的蛋白聚糖，通過觀察蛋白聚糖的分布和含量變化，評估支架材料在體內(nèi)的降解過程中對軟骨組織修復(fù)的影響。有研究對膠原-殼聚糖復(fù)合支架進(jìn)行了體內(nèi)降解實(shí)驗(yàn)。將復(fù)合支架注射到兔膝關(guān)節(jié)軟骨缺損部位，分別在2周、4周、8周和12周時(shí)取材。HE染色結(jié)果顯示，在2周時(shí)，支架周圍有少量炎性細(xì)胞浸潤，支架結(jié)構(gòu)較為完整。隨著時(shí)間的推移，炎性細(xì)胞逐漸減少，到4周時(shí)，炎性細(xì)胞明顯減少，支架內(nèi)部開始出現(xiàn)降解跡象，部分區(qū)域可見支架材料的碎片。在8周時(shí)，支架的降解程度進(jìn)一步加深，支架結(jié)構(gòu)變得疏松，周圍組織與支架的結(jié)合更加緊密。到12周時(shí)，支架大部分已降解，被新生的軟骨組織所替代，新生軟骨組織與周圍正常組織的邊界逐漸模糊。番紅O-固綠染色結(jié)果表明，在2周時(shí)，支架周圍的軟骨組織中蛋白聚糖含量較低。隨著時(shí)間的增加，蛋白聚糖含量逐漸增加，到8周時(shí)，支架周圍的軟骨組織中蛋白聚糖含量明顯增加，且分布較為均勻。到12周時(shí)，新生軟骨組織中的蛋白聚糖含量接近正常軟骨組織，表明支架的降解過程與軟骨組織的修復(fù)過程相匹配，能夠有效促進(jìn)軟骨組織的再生。體內(nèi)降解實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，膠原-殼聚糖復(fù)合支架在體內(nèi)能夠逐漸降解，且降解過程中不會引發(fā)明顯的炎癥反應(yīng)。支架的降解速度與新生軟骨組織的生成速度相適應(yīng)，能夠?yàn)檐浌墙M織的修復(fù)提供良好的支撐和微環(huán)境。這一結(jié)果為膠原-殼聚糖復(fù)合支架在軟骨缺損修復(fù)中的應(yīng)用提供了有力的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。五、可注射性組織工程軟骨支架材料的應(yīng)用案例5.1關(guān)節(jié)軟骨修復(fù)5.1.1臨床前動(dòng)物實(shí)驗(yàn)在關(guān)節(jié)軟骨修復(fù)的臨床前動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，眾多研究聚焦于可注射性組織工程軟骨支架材料的效果評估。一項(xiàng)針對兔膝關(guān)節(jié)軟骨缺損模型的研究極具代表性。研究人員將殼聚糖-明膠復(fù)合支架與軟骨細(xì)胞復(fù)合后，注射到兔膝關(guān)節(jié)直徑為4mm的全層軟骨缺損處。在術(shù)后不同時(shí)間點(diǎn)對修復(fù)效果進(jìn)行觀察和分析。大體觀察顯示，術(shù)后2周，注射部位可見明顯的填充，支架與周圍組織初步粘連。隨著時(shí)間推移，到術(shù)后8周，填充區(qū)域的組織顏色和質(zhì)地逐漸接近正常軟骨。12周時(shí)，新生組織與周圍正常軟骨組織連接緊密，表面光滑。組織學(xué)分析結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)了修復(fù)效果。術(shù)后2周的蘇木精-伊紅（HE）染色顯示，支架周圍有較多炎性細(xì)胞浸潤，同時(shí)可見少量軟骨細(xì)胞黏附在支架上。隨著時(shí)間的推移，炎性細(xì)胞逐漸減少。術(shù)后8周的番紅O-固綠染色結(jié)果表明，新生組織中出現(xiàn)大量蛋白聚糖沉積，且細(xì)胞排列較為規(guī)則，呈現(xiàn)出軟骨組織的特征。免疫組織化學(xué)分析顯示，Ⅱ型膠原蛋白在新生組織中呈陽性表達(dá)，且表達(dá)量隨著時(shí)間增加而增多。這表明殼聚糖-明膠復(fù)合支架能夠?yàn)檐浌羌?xì)胞的生長和增殖提供良好的微環(huán)境，有效促進(jìn)軟骨組織的修復(fù)。另一項(xiàng)以大鼠為實(shí)驗(yàn)對象的研究，采用了聚乳酸-羥基乙酸共聚物（PLGA）微球與骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞復(fù)合的可注射支架。將該支架注射到大鼠膝關(guān)節(jié)軟骨缺損部位后，通過Micro-CT掃描對修復(fù)過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀察。結(jié)果顯示，術(shù)后4周，Micro-CT圖像上可見缺損部位有新骨組織開始形成，支架周圍的骨密度逐漸增加。到術(shù)后8周，新骨組織進(jìn)一步增多，且與周圍正常骨組織的界限逐漸模糊。組織學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，在術(shù)后4周，支架內(nèi)部和周圍有大量骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞黏附、增殖，并開始向軟骨細(xì)胞分化。術(shù)后8周，分化的軟骨細(xì)胞分泌大量細(xì)胞外基質(zhì)，形成軟骨樣組織，填充軟骨缺損部位。這些結(jié)果表明，PLGA微球與骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞復(fù)合的可注射支架能夠促進(jìn)軟骨缺損部位的骨軟骨再生，為關(guān)節(jié)軟骨修復(fù)提供了一種有效的治療策略。5.1.2臨床應(yīng)用現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)在臨床應(yīng)用方面，可注射性組織工程軟骨支架材料已在一定程度上應(yīng)用于關(guān)節(jié)軟骨修復(fù)。目前，已有多個(gè)案例報(bào)道了其在膝關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)等關(guān)節(jié)軟骨缺損治療中的應(yīng)用。這些案例的治療效果總體上顯示出一定的有效性，部分患者的關(guān)節(jié)疼痛癥狀得到緩解，關(guān)節(jié)功能有所改善。在一些膝關(guān)節(jié)軟骨缺損患者中，注射可注射性組織工程軟骨支架材料后，患者在隨訪期間自述關(guān)節(jié)疼痛明顯減輕，行走和運(yùn)動(dòng)能力得到提升。通過影像學(xué)檢查，如磁共振成像（MRI），可以觀察到軟骨缺損部位有新生組織填充，軟骨厚度有所增加?？勺⑸湫越M織工程軟骨支架材料在臨床應(yīng)用中仍面臨諸多挑戰(zhàn)。支架材料的長期安全性和有效性仍需進(jìn)一步驗(yàn)證。雖然在短期隨訪中觀察到了一定的治療效果，但長期來看，支架材料是否會引發(fā)潛在的免疫反應(yīng)、炎癥反應(yīng)或其他不良反應(yīng)，以及其對關(guān)節(jié)功能的長期影響尚不清楚。支架材料與宿主組織的整合問題也是一個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)。如何促進(jìn)支架材料與周圍正常軟骨組織的緊密結(jié)合，避免出現(xiàn)界面分離，確保修復(fù)后的軟骨組織能夠承受正常的生理載荷，是亟待解決的問題。臨床應(yīng)用中還面臨著標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化的問題。目前，可注射性組織工程軟骨支架材料的制備、使用方法和評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)尚未統(tǒng)一，這給臨床醫(yī)生的操作和治療效果的評估帶來了困難。此外，高昂的治療成本也限制了其廣泛應(yīng)用?？勺⑸湫越M織工程軟骨支架材料的研發(fā)、生產(chǎn)和臨床應(yīng)用涉及多個(gè)環(huán)節(jié)，成本較高，使得許多患者難以承受。5.2耳廓、鼻等軟骨重建5.2.1個(gè)性化支架設(shè)計(jì)與制備在耳廓、鼻等軟骨重建領(lǐng)域，個(gè)性化支架設(shè)計(jì)與制備是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。隨著醫(yī)學(xué)影像技術(shù)和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）技術(shù)的飛速發(fā)展，如今能夠依據(jù)患者的具體需求和獨(dú)特的解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行精準(zhǔn)的個(gè)性化設(shè)計(jì)。以耳廓重建為例，首先對患者耳部進(jìn)行高精度的三維掃描，獲取詳細(xì)的耳部形態(tài)數(shù)據(jù)。常用的掃描技術(shù)包括螺旋CT掃描和磁共振成像（MRI）掃描等。這些掃描技術(shù)能夠提供高分辨率的圖像，清晰地顯示耳部的骨骼、軟骨和軟組織等結(jié)構(gòu)。將掃描數(shù)據(jù)導(dǎo)入專業(yè)的CAD軟件中，通過軟件的圖像處理和三維建模功能，構(gòu)建出與患者耳部完全匹配的三維模型。在建模過程中，醫(yī)生和工程師可以對模型進(jìn)行細(xì)致的調(diào)整和優(yōu)化，確保模型的準(zhǔn)確性和完整性。在構(gòu)建好三維模型后，運(yùn)用3D打印技術(shù)進(jìn)行支架的制備。3D打印技術(shù)能夠根據(jù)CAD模型，通過逐層堆積材料的方式，精確地制造出具有復(fù)雜形狀和結(jié)構(gòu)的支架。在材料選擇方面，常采用具有良好生物相容性和力學(xué)性能的材料，如聚乳酸-羥基乙酸共聚物（PLGA）、聚己內(nèi)酯（PCL）等合成高分子材料，以及膠原、殼聚糖等天然高分子材料。將PLGA與膠原復(fù)合，制備出具有良好生物相容性和力學(xué)性能的復(fù)合支架。在3D打印過程中，通過控制打印參數(shù)，如打印速度、溫度、層厚等，可以精確控制支架的結(jié)構(gòu)和性能。圖4展示了根據(jù)患者耳部三維數(shù)據(jù)構(gòu)建的CAD模型以及通過3D打印技術(shù)制備的個(gè)性化耳廓支架。[此處插入根據(jù)患者耳部三維數(shù)據(jù)構(gòu)建的CAD模型以及通過3D打印技術(shù)制備的個(gè)性化耳廓支架圖片，圖片來源：自己補(bǔ)充或引用參考文獻(xiàn)][此處插入根據(jù)患者耳部三維數(shù)據(jù)構(gòu)建的CAD模型以及通過3D打印技術(shù)制備的個(gè)性化耳廓支架圖片，圖片來源：自己補(bǔ)充或引用參考文獻(xiàn)]對于鼻軟骨重建，同樣采用類似的流程。通過對患者鼻部進(jìn)行CT掃描或MRI掃描，獲取鼻部的三維數(shù)據(jù)。在CAD軟件中，根據(jù)患者的面部特征和美學(xué)要求，對鼻部三維模型進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化?？紤]患者的面部比例、鼻型特點(diǎn)以及個(gè)人需求，調(diào)整鼻部支架的形狀和尺寸，以確保重建后的鼻部外觀自然、美觀。在支架制備過程中，結(jié)合3D打印技術(shù)和合適的材料，制造出與患者鼻部解剖結(jié)構(gòu)高度匹配的個(gè)性化支架。這種個(gè)性化的支架能夠更好地適應(yīng)患者的鼻部生理環(huán)境，為鼻軟骨的重建提供更有利的條件。5.2.2臨床治療效果與患者反饋在臨床治療方面，可注射性組織工程軟骨支架材料在耳廓、鼻等軟骨重建中取得了顯著的效果。以耳廓重建為例，眾多臨床案例顯示，采用個(gè)性化支架進(jìn)行耳廓再造后，患者的耳部形態(tài)得到了明顯的改善。重建后的耳廓不僅在外觀上與正常耳廓相似度高，形態(tài)自然、逼真，而且在結(jié)構(gòu)上也具有較好的穩(wěn)定性。通過術(shù)后的影像學(xué)檢查，如CT掃描和MRI掃描，可以清晰地觀察到支架與周圍組織的融合情況良好，新生軟骨組織逐漸覆蓋支架，填充耳廓缺損部位，使耳廓的形態(tài)和結(jié)構(gòu)逐漸恢復(fù)正常。在功能恢復(fù)方面，重建后的耳廓能夠在一定程度上恢復(fù)耳部的正常功能?；颊叩穆犃Φ玫搅艘欢ǖ母纳?，耳部的感覺功能也逐漸恢復(fù)。部分患者在術(shù)后能夠感受到耳部對外界刺激的感知，如觸摸、溫度變化等。這是因?yàn)橹Ъ転檐浌羌?xì)胞的生長和增殖提供了良好的微環(huán)境，促進(jìn)了新生軟骨組織的形成和發(fā)育，從而使得耳部的結(jié)構(gòu)和功能得到了有效的恢復(fù)?；颊叻答佉脖砻?，可注射性組織工程軟骨支架材料在耳廓重建中具有較高的滿意度。許多患者表示，重建后的耳廓改善了他們的外貌，增強(qiáng)了他們的自信心。一些先天性小耳畸形的患者在接受耳廓重建手術(shù)后，生活質(zhì)量得到了顯著提高。他們能夠更加自信地參與社交活動(dòng)，與他人交流和互動(dòng)，心理狀態(tài)也得到了明顯的改善。患者對手術(shù)的安全性和有效性給予了高度評價(jià)，認(rèn)為這種治療方法為他們帶來了新的生活希望。在鼻軟骨重建方面，臨床治療效果同樣令人滿意。重建后的鼻部外觀自然、美觀，與面部整體比例協(xié)調(diào)。通過對患者術(shù)后的觀察和評估，發(fā)現(xiàn)鼻部的形態(tài)和結(jié)構(gòu)恢復(fù)良好，鼻梁挺拔，鼻尖圓潤，鼻孔大小和形狀正常。在功能方面，患者的呼吸功能得到了明顯的改善，鼻塞、呼吸困難等癥狀得到了緩解。這是因?yàn)橹Ъ苣軌蛴行У刂伪遣寇浌?，促進(jìn)軟骨組織的修復(fù)和再生，從而恢復(fù)鼻部的正常結(jié)構(gòu)和功能?；颊邔Ρ擒浌侵亟ǖ闹委熜Ч步o予了積極的反饋。他們表示，重建后的鼻部不僅改善了外貌，還提高了生活質(zhì)量?；颊咴诤粑鼤r(shí)更加順暢，能夠正常地進(jìn)行日?；顒?dòng)，如運(yùn)動(dòng)、睡眠等?；颊邔κ中g(shù)的創(chuàng)傷小、恢復(fù)快等特點(diǎn)也表示滿意，認(rèn)為這種治療方法減少了他們的痛苦和恢復(fù)時(shí)間。圖5展示了一位患者在鼻軟骨重建手術(shù)前后的照片對比，從圖中可以明顯看出手術(shù)前后鼻部形態(tài)的顯著變化。[此處插入一位患者在鼻軟骨重建手術(shù)前后的照片對比，圖片來源：自己補(bǔ)充或引用參考文獻(xiàn)][此處插入一位患者在鼻軟骨重建手術(shù)前后的照片對比，圖片來源：自己補(bǔ)充或引用參考文獻(xiàn)]5.3氣管軟骨修復(fù)5.3.1針對氣管生理特點(diǎn)的支架設(shè)計(jì)氣管作為人體呼吸系統(tǒng)的重要通道，具有獨(dú)特的生理特點(diǎn)，這對氣管軟骨修復(fù)的支架設(shè)計(jì)提出了特殊要求。氣管需要具備良好的柔韌性，以適應(yīng)呼吸運(yùn)動(dòng)過程中的彎曲、伸展和扭曲等變形。在呼吸時(shí)，氣管會隨著胸廓的運(yùn)動(dòng)而發(fā)生一定程度的形變，因此支架必須能夠承受這些動(dòng)態(tài)的力學(xué)作用，保持結(jié)構(gòu)的完整性和穩(wěn)定性。氣管還需要具有一定的剛性，以維持氣道的通暢，防止氣管塌陷。為了滿足這些要求，支架設(shè)計(jì)采用了多種創(chuàng)新思路。在材料選擇方面，通常會選用具有良好柔韌性和生物相容性的材料，如天然高分子材料中的膠原、殼聚糖、透明質(zhì)酸等，以及合成高分子材料中的聚乳酸-羥基乙酸共聚物（PLGA）、聚己內(nèi)酯（PCL）等。這些材料通過合理的復(fù)合和改性，能夠獲得更好的綜合性能。將膠原與PLGA復(fù)合，利用膠原的良好生物相容性和細(xì)胞黏附性，以及PLGA的可調(diào)控降解性和較好的力學(xué)性能，制備出性能優(yōu)異的氣管支架材料。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，常采用仿生學(xué)原理，模擬天然氣管軟骨的結(jié)構(gòu)。天然氣管軟骨呈C形或馬蹄形，具有一定的弧度和彈性，能夠有效地支撐氣管。在支架設(shè)計(jì)中，可以通過3D打印等技術(shù)，精確制造出具有類似結(jié)構(gòu)的支架。圖6展示了一種模擬天然氣管軟骨結(jié)構(gòu)的3D打印支架的示意圖，該支架具有與天然氣管軟骨相似的C形結(jié)構(gòu)，且在支架內(nèi)部設(shè)計(jì)了多孔結(jié)構(gòu)，以增加支架的柔韌性和透氣性，同時(shí)為細(xì)胞的生長和增殖提供良好的微環(huán)境。[此處插入模擬天然氣管軟骨結(jié)構(gòu)的3D打印支架的示意圖，圖片來源：自己補(bǔ)充或引用參考文獻(xiàn)][此處插入模擬天然氣管軟骨結(jié)構(gòu)的3D打印支架的示意圖，圖片來源：自己補(bǔ)充或引用參考文獻(xiàn)]支架的表面性質(zhì)也對其性能有著重要影響。為了促進(jìn)細(xì)胞的黏附和生長，提高支架與周圍組織的整合性，通常會對支架表面進(jìn)行修飾。通過在支架表面接枝生物活性分子，如生長因子、細(xì)胞黏附肽等，能夠增強(qiáng)支架的生物活性，促進(jìn)細(xì)胞的黏附和增殖。將骨形態(tài)發(fā)生蛋白（BMP）接枝到支架表面，能夠誘導(dǎo)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞向軟骨細(xì)胞分化，加速氣管軟骨的修復(fù)。5.3.2動(dòng)物實(shí)驗(yàn)與臨床轉(zhuǎn)化前景在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)方面，