D0I:10.13374/1.issnl00103.2007.02.045 第29卷第2期 北京科技大学学报 Vol.29 No.2 2007年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Feh.2007 新型胶原支架材料的结构特征与性能 曹成波)吕荣晖)张春莲)邹玉萍) 宋国栋)张长桥) 1)山东大学化学与化工学院，济南2501002)山东大学校医院南区分院，济南250061 3)济南市中心医院，济南250013 摘要为了克服猪脱细胞真皮基质作为组织工程支架材料渗透性差、降解速度过慢、免疫原性较强等缺点，采用多种化学、 生物与物理综合方法处理猪皮制备了一种新型天然胶原支架材料，通过光学显微镜、扫描电镜观察以及体外降解时间、透水 汽性、拉伸强度、孔隙率、收缩温度等的测定，对其性能进行了研究。实验结果显示：支架中的成纤维细胞、脂肪细胞及组织纤 维间质完全去除，胶原纤维得到了松散，并维持其原有的天然三维网络多孔结构：该材料透水汽性处于3000gm一2d一1左右， 适合创面恢复：体外降解时间处于25~50h之间，并可根据需要调整工艺条件控制降解时间：拉伸强度介于10.20~ 11.50MP之间，具有良好的拉伸强度：收缩温度介于70~85℃之间·上述结果表明该材料已解决了猪脱细胞真皮基质渗透 性差、降解速度过慢的缺点，并且其透气性和拉伸强度高、降解性优良且可控，符合组织工程支架材料的要求， 关键词胶原：支架材料；结构特征：性能 分类号Q81 脱细胞真皮基质去除了引发宿主排斥反应的细 物理性能，根据组织工程学原理和猪真皮组织的特 胞成分，完整地保留了细胞外基质的形态结构和组 点，采用多种化学、生物和物理综合方法处理猪皮， 成成分，力学性能好，抗原性低，可诱导具有再生能 制备了一种新型胶原支架材料，为了考察其用作组 力的成纤维细胞、血管内皮细胞按照应有的组织学 织工程支架材料的可能性并为后续研究提供重要的 方式长入真皮层，临床应用效果较好，是目前最有应 基础数据，本文对其进行了结构表征和理化性能的 用前景的真皮支架，其制备方法主要有以下几种： 研究 (1)酶消化法：(2)高渗盐法]；(3)磷酸盐缓 1材料和方法 冲液浸泡法；(4)反复冻融法；(5)氢氧化钠消蚀 法[3]等.目前国内外已经产业化，如美国的A。 1.1材料 derm(Lifecell Coporation)可和我国的桀亚真皮，但 胰酶和1398蛋白酶（山东省沂水酶制剂厂），胶 国内外已上市的产品大多制作过程复杂，产品成本 原酶(Invitrogen,美国)，壳寡糖（济南海得贝海洋生 高，且存在以下缺点：(1)渗透性差，血管化速度 物工程有限公司)，透明质酸钠（山东福瑞达生物化 慢，导致自体皮片复合移植后存活率低门：(2)降解 工有限公司)，戊二醛（中国医药集团上海化学试剂 速度慢，不能被新生组织及时取代，具有“占位 公司)，精密剖层机(GPC300G,泰兴市皮革机械 性[8]；(3)免疫原性较强，局部长期存在炎症免疫 厂)，转鼓（无锡新达轻工机械有限公司），拉力试验 反应[]；(4)生物活性低，不利于细胞的黏附生 机(LJ500型，广州试验仪器厂)，恒温箱(HHS21一4 长)等.以上缺点限制其临床的应用.既要完全去 型，上海跃进医疗器械厂)，扫描电子显微镜(TXA一 除细胞以降低其免疫原性，又要尽可能完整地保留 840,日本电子光学公司)，真空冷冻干燥机（北京博 细胞外基质，同时还要提高其渗透性，采用传统的制 医康实验仪器有限公司)· 备思路和方法难以做到两全其美。本课题组从模拟 1.2方法 天然细胞外基质功能角度出发，综合考虑支架材料 1.2.1新型胶原支架材料的制备8] 取新鲜猪皮，用剖层机取上层，除去皮下组织， 的降解速率、透水汽性、表面生物活性和拉伸强度等 然后进行浸水、脱脂、二次脱脂、滚酶堆置、臀部涂 收稿日期：2006-09-03修回日期：2006-12-05 酶、浸灰、脱灰、浸硝、剖层、修边、称重等预处理，再 基金项目：山东省自然科学基金重点项目(N。·Z2003C01):山东省 用质量分数0.3%~0.5%的胰酶和0.3%~0.5% 科技攻关重点项目(No.031090155):山东大学高层次人才引进科技 专项 的1398蛋白酶处理，并复合壳寡糖，之后用戊二醛 作者简介：曹成波(1965一)：男，教授，博士生导师，博士 交联，并喷涂透明质酸钠溶液，最后真空冷冻干燥，新型胶原支架材料的结构特征与性能 曹成波1） 吕荣晖1） 张春莲2） 邹玉萍1） 宋国栋3） 张长桥1） 1） 山东大学化学与化工学院‚济南250100 2） 山东大学校医院南区分院‚济南250061 3） 济南市中心医院‚济南250013 摘 要 为了克服猪脱细胞真皮基质作为组织工程支架材料渗透性差、降解速度过慢、免疫原性较强等缺点‚采用多种化学、 生物与物理综合方法处理猪皮制备了一种新型天然胶原支架材料‚通过光学显微镜、扫描电镜观察以及体外降解时间、透水 汽性、拉伸强度、孔隙率、收缩温度等的测定‚对其性能进行了研究．实验结果显示：支架中的成纤维细胞、脂肪细胞及组织纤 维间质完全去除‚胶原纤维得到了松散‚并维持其原有的天然三维网络多孔结构；该材料透水汽性处于3000g·m －2·d －1左右‚ 适合创面恢复；体外降解时间处于25～50h 之间‚并可根据需要调整工艺条件控制降解时间；拉伸强度介于10∙20～ 11∙50MPa之间‚具有良好的拉伸强度；收缩温度介于70～85℃之间．上述结果表明该材料已解决了猪脱细胞真皮基质渗透 性差、降解速度过慢的缺点‚并且其透气性和拉伸强度高、降解性优良且可控‚符合组织工程支架材料的要求． 关键词 胶原；支架材料；结构特征；性能 分类号 Q81 收稿日期：20060903 修回日期：20061205 基金项目：山东省自然科学基金重点项目（No．Z2003C01）；山东省 科技攻关重点项目（No．031090155）；山东大学高层次人才引进科技 专项 作者简介：曹成波（1965－）‚男‚教授‚博士生导师‚博士 脱细胞真皮基质去除了引发宿主排斥反应的细 胞成分‚完整地保留了细胞外基质的形态结构和组 成成分‚力学性能好‚抗原性低‚可诱导具有再生能 力的成纤维细胞、血管内皮细胞按照应有的组织学 方式长入真皮层‚临床应用效果较好‚是目前最有应 用前景的真皮支架．其制备方法主要有以下几种： （1） 酶消化法［1］；（2） 高渗盐法［1－2］；（3） 磷酸盐缓 冲液浸泡法；（4） 反复冻融法；（5） 氢氧化钠消蚀 法［3－4］等．目前国内外已经产业化‚如美国的 Allo￾derm （Lifecell Coporation） ［5］和我国的桀亚真皮‚但 国内外已上市的产品大多制作过程复杂‚产品成本 高［6］‚且存在以下缺点：（1）渗透性差‚血管化速度 慢‚导致自体皮片复合移植后存活率低［7］；（2）降解 速度慢‚不能被新生组织及时取代‚具有“占位 性” ［8］；（3）免疫原性较强‚局部长期存在炎症免疫 反应［8－11］；（4）生物活性低‚不利于细胞的黏附生 长［12］等．以上缺点限制其临床的应用．既要完全去 除细胞以降低其免疫原性‚又要尽可能完整地保留 细胞外基质‚同时还要提高其渗透性‚采用传统的制 备思路和方法难以做到两全其美．本课题组从模拟 天然细胞外基质功能角度出发‚综合考虑支架材料 的降解速率、透水汽性、表面生物活性和拉伸强度等 物理性能‚根据组织工程学原理和猪真皮组织的特 点‚采用多种化学、生物和物理综合方法处理猪皮‚ 制备了一种新型胶原支架材料．为了考察其用作组 织工程支架材料的可能性并为后续研究提供重要的 基础数据‚本文对其进行了结构表征和理化性能的 研究． 1 材料和方法 1∙1 材料 胰酶和1398蛋白酶（山东省沂水酶制剂厂）‚胶 原酶（Invitrogen‚美国）‚壳寡糖（济南海得贝海洋生 物工程有限公司）‚透明质酸钠（山东福瑞达生物化 工有限公司）‚戊二醛（中国医药集团上海化学试剂 公司）‚精密剖层机（GPC 300G‚泰兴市皮革机械 厂）‚转鼓（无锡新达轻工机械有限公司）‚拉力试验 机（LJ－500型‚广州试验仪器厂）‚恒温箱（HHS21－4 型‚上海跃进医疗器械厂）‚扫描电子显微镜（TXA－ 840‚日本电子光学公司）‚真空冷冻干燥机（北京博 医康实验仪器有限公司）． 1∙2 方法 1∙2∙1 新型胶原支架材料的制备［13］ 取新鲜猪皮‚用剖层机取上层‚除去皮下组织‚ 然后进行浸水、脱脂、二次脱脂、滚酶堆置、臀部涂 酶、浸灰、脱灰、浸硝、剖层、修边、称重等预处理．再 用质量分数0∙3％～0∙5％的胰酶和0∙3％～0∙5％ 的1398蛋白酶处理‚并复合壳寡糖‚之后用戊二醛 交联‚并喷涂透明质酸钠溶液‚最后真空冷冻干燥‚ 第29卷 第2期 2007年 2月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．29No．2 Feb．2007 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2007．02．045