复合骨修复支架材料的研究现状

骨组织工程是一个结合了支架材料、种子细胞和生长因子的复杂系统。在组织工程的研究中，支架材料扮演着重要角色，它们为细胞提供必要的结构支持，成为引导组织生长和构建的基础模板。本文将深入探讨各类支架材料的当前研究进展。

骨缺损是一种由多种原因引起的疾病，包括创伤、感染、肿瘤和骨质疏松等[1]。当骨缺损严重时， 会导致患者肢体功能障碍、长时间的临床恢复甚至骨不连，严重影响患者的生活质量[2]。每年全球进行超过200 万例骨移植手术，仅次于输血成为第二大组织移植。传统的治疗方法包括自体松质骨移植、带血管蒂骨移植、同种异体骨移植、牵引成骨和骨组织工程技术等[3]。然而，天然骨组织主要来源于自体骨、同种异体骨和异种骨。自体骨的供应量有限，往往不能满足大块骨缺损的修复需求。同种异体骨虽然来源相对广泛，但存在免疫排斥反应的风险，且供应量也相对有限[4]。而异种骨虽然可以提供较大的骨块，但存在传播疾病和免疫排斥反应的风险，且来源有限，价格昂贵；天然骨组织，对于接受移植的人来说，它是一种外来物质[5]。免疫系统会将其视为威胁，从而引发免疫排斥反应，这种排斥反应可能导致移植的骨组织无法存活，甚至引发炎症和感染限制了天然骨组织的应用[6] [7] [8] [9] [10]。因此，骨组织工程支架材料被广泛应用于临床骨缺损修复和功能重建的研究中。

近年来，随着材料学、工程学和生命科学的快速发展，新型骨组织工程支架材料的研发受到了广泛关注[11]。

这些材料的生物相容性、可塑性、骨诱导性和力学稳定性是影响骨组织愈合的关键因素。

因此， 开发具有良好骨修复功能的新型骨组织工程支架材料，并研究其在骨缺损中的作用及机制，实现早期骨形成、骨整合以实现结构重建乃至功能恢复， 具有重要的科学价值和临床意义[12]。

本文将对几种常用的骨组织工程支架材料进行综述。

2. 石墨烯 有研究证实，石墨烯及其衍生物展现出了良好的生物相容性，在实验中，使用石墨烯生物支架的干细胞分化率为70%，而传统生物支架仅为30% [13]。能赋予植入物和生物支架诱导干细胞成骨分化的能力，达到改善其生物活性的目的。石墨烯优良的导电性使其可以作为调节细胞行为的新一代生物活性支架，如可以促进MSCs 的粘附，进而促进MSCs 的成骨分化。氧化石墨烯(GO)水相悬浮液通过体外应用电刺激(ES)， 促进了干细胞增殖和成骨分化。

粘附在单层石墨烯上的人胚胎干细胞(HESCs)保持了存活性， 多能性及高增殖率。石墨烯基材料作为一种生物相容性支架，不仅促进了间充质干细胞的增殖，并且加速了它们特定分化为成骨细胞[14]。石墨烯对于体外实验中的细胞粘附(贴壁依赖性)是一种理想模型材料(如成骨细胞，间充质干细胞等)，石墨烯的加入可促进骨髓中的生长因子表达增加，促进细胞增殖。石墨烯支架具有良好的生物相容性， 能够有效促进BMSCs 体外成骨分化， 可作为新型骨组织支架材料。

利用石墨烯材料不仅可以充当MSC 的培养支架，还对患者关节腔起到一定的润滑作用，减少摩擦力，提供较稳定的力学环境供软管再生修复。此外，石墨烯可使支架的复合结构充分接触关节软骨，对骨与关节缺损区域进行填充，与传统治疗方式比，其在润滑效果及接触面积上具有较大优势。