中国组织工程研究 ›› 2021, Vol. 25 ›› Issue (4): 607-613.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.2376
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胶原/无机材料构建组织工程骨的特点及制造技术
刘 旒，周箐竹，龚 桌，刘博言，杨 斌，赵 娴
- 昆明医科大学第一附属医院整形外科，云南省昆明市 650031
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收稿日期:2020-03-10修回日期:2020-03-17接受日期:2020-04-15出版日期:2021-02-08发布日期:2020-11-24 -
通讯作者:赵娴，博士，副教授，博士生导师，昆明医科大学第一附属医院整形外科，云南省昆明市 650031 -
作者简介:刘旒，女，1992年生，四川省遂宁市人，汉族，昆明医科大学在读硕士，主要从事组织工程骨研究。 -
基金资助:国家自然科学基金资助项目(81860343)；云南省基础研究面上项目资助项目(2017FB121)；云南省卫生科技后备人才计划资助项目(H-201631)
Characteristics and manufacturing techniques of collagen/inorganic materials for constructing tissue-engineered bone
Liu Liu, Zhou Qingzhu, Gong Zhuo, Liu Boyan, Yang Bin, Zhao Xian
- Department of Plastic Surgery, First Affiliated Hospital of Kunming Medical University, Kunming 650031, Yunnan Province, China
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Received:2020-03-10Revised:2020-03-17Accepted:2020-04-15Online:2021-02-08Published:2020-11-24 -
Contact:Zhao Xian, MD, Associate professor, Doctoral supervisor, Department of Plastic Surgery, First Affiliated Hospital of Kunming Medical University, Kunming 650031, Yunnan Province, China -
About author:Liu Liu, Master candidate, Department of Plastic Surgery, First Affiliated Hospital of Kunming Medical University, Kunming 650031, Yunnan Province, China -
Supported by:the National Natural Science Foundation of China, No. 81860343; the Funded Project of Basic Research in Yunnan Province, No. 2017FB121; the Funded Project of Yunnan Province Health Science and Technology Reserve Talent Program, No. H-201631
摘要：
文题释义：
胶原：是细胞外基质中最丰富的蛋白质，其分子结构富含脯氨酸的三肽Gly-X-Y重复分子，且胶原的3倍螺旋纤维结构有助于形成细胞外支架。目前胶原有26种类型，分布最广和最丰富的是纤维胶原蛋白，约占胶原蛋白总量的90%。
组织工程骨：运用组织工程及仿生学原理，在体外模拟体内环境培养的符合骨组织生物力学和组织学特性的骨移植材料。理想的组织工程骨必须具备一定的机械强度，良好的孔隙率、生物相容性、生物降解性及成骨能力。
背景：目前临床上治疗骨缺损的标准方法为自体骨移植，但是自体骨来源受限且会造成新的创伤和缺损，因此开发符合人体工程学的组织工程骨成为骨缺损修复的趋势。
目的：总结归纳了胶原/无机材料构建组织工程骨的特点及制造技术。
方法：以“胶原；无机材料；组织工程骨；骨修复；支架几何结构”等为中文关键词，以“collagen；inorganic materials；tissue-engineered bone；bone repair；geometry of bone scaffold”等为英文关键词，检索2000年1月至2020年1月收录在PubMed、Web of Science和2010至2020年中国知网数据库中关于胶原/无机材料复合支架应用研究的文献。
结果与结论：应用仿生原理，采用胶原复合无机材料模拟天然骨的成分、结构及特性来构建组织工程骨，是骨移植材料研究领域的重要方向。胶原为支架材料提供细胞外基质微环境，促进细胞在支架上的迁移、黏附及增殖，且加速支架在体内的降解，使复合支架具有良好的生物相容性和骨诱导性。选择合适的制造技术改变胶原/无机材料支架的几何结构，达到最佳的三维多孔纳米级结构，可促进细胞的黏附与增殖，增强胶原/无机材料支架的骨再生能力。同时对胶原/无机材料支架进行表面修饰和改性，将具有成骨或成血管潜能的干细胞、生物因子及聚合物复合到胶原/无机材料支架上，改善胶原/无机材料支架的机械性能差、结构稳定性不足、骨再生能力有限等缺点，为组织工程骨移植材料的选择提供良好的思路。
https://orcid.org/0000-0003-3548-460X(刘旒)
中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程
中图分类号:
引用本文
刘 旒, 周箐竹, 龚 桌, 刘博言, 杨 斌, 赵 娴. 胶原/无机材料构建组织工程骨的特点及制造技术[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(4): 607-613.
Liu Liu, Zhou Qingzhu, Gong Zhuo, Liu Boyan, Yang Bin, Zhao Xian. Characteristics and manufacturing techniques of collagen/inorganic materials for constructing tissue-engineered bone[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2021, 25(4): 607-613.
2.1 胶原类型的选择 胶原参与形成细胞外基质纤原纤维和微纤原纤维的网络结构，是细胞外基质的主要支架[7]。目前研究应用的胶原较多是从鱼、牛、猪、鼠类等动物的肌腱、尾巴及真皮中获取的，然而随着基因技术的发展，由于避免天然胶原可能导致的致病性和免疫原性缺点，人工基因重组提取的类人胶原蛋白已成功应用于组织工程支架和血管组织[8]。
胶原具有多种特性，比如低免疫原性及良好的通透性、生物相容性和生物降解性，同时胶原还可调节周围组织细胞的形态，增强细胞的迁移、黏附、增殖与分化功能[9]。在无机材料中复合胶原，不仅能改善无机材料的韧性和机械强度，并且胶原的亲水性可促进成骨细胞黏附于移植骨表面[10]。在骨再生过程中，胶原对于生物矿化的作用也是很重要的，一方面，骨骼的矿物质在胶原蛋白基质中形成，胶原调节着矿物质的沉积速率；另一方面，胶原中的带电基团可提供诱导磷灰石成核的位点，有效激发骨修复中生物矿化的开始，且控制矿化过程中2个非常重要的步骤(矿相以无定形前体的形式渗透到原纤维，随后转化为定向的磷灰石晶体)，以促进新骨的形成[11]。
Ⅰ型胶原作为最丰富的胶原蛋白以纤原性胶原的形式存在于软组织和骨骼中，构成了骨骼90%以上有机物[7]。大多数胶原/无机材料支架的研究都采用Ⅰ型胶原。SELVARAJU等[12]从猪皮中提取出Ⅰ型胶原，以聚乳酸作为交联剂，与羟基磷灰石构建复合支架。研究发现，复合支架中每种材料的缺点被改善。复合材料处理时，胶原的任何构象都没有改变，且胶原复合后支架的热稳定性和构象稳定性得到提高，更适用于组织工程。LU等[13]采用胶原蛋白与纳米级羟基磷灰石制备多孔纳米羟基磷灰石/Ⅰ型胶原复合支架，研究表明胶原可提高碱性磷酸酶活性，促进细胞在复合支架的黏附，且对细胞无毒。此外，极少数研究会用到其他类型的胶原，例如MAZZONI等[14]采用Ⅱ型胶原复合羟基磷灰石制备复合支架，LIU等[15]采用类人胶原蛋白复合羟基磷灰石制备三维复合支架。以上实验都证明了胶原/无机材料支架具有良好的骨诱导性和再生性。
2.2 无机材料的选择 作为骨移植材料的无机物，必须有着与天然骨质同样的钙、磷成分，能提供无负荷的结构基质支撑新骨生长和愈合，还具备一定的骨传导性、骨诱导性及骨结合性[16]。磷酸钙、生物活性玻璃 [17]、氟磷灰石[18]、凹凸棒石 [19]、天然骨陶瓷等无机材料被应用于组织工程骨支架材料的研究中[20]。磷酸钙具有出色的生物相容性、渗透性、生物吸收性及骨结合性，在组织工程中研究较为成熟。而常用于组织工程的磷酸钙有羟基磷灰石和β-磷酸三钙 [21]。
羟基磷灰石的化学成分与天然硬组织的无机成分相似，与宿主硬组织具有强烈的亲和力。此外，羟基磷灰石还具有一定的刚度和强度，良好的稳定性、生物相容性和成骨诱导性，是无机材料中最出色的候选材料[22]。ZHANG等[23]利用脱氢热成法制备的羟基磷灰石/胶原复合支架可以达到与用自体骨相同的修复效果。近年来，纳米结构的羟基磷灰石比传统羟基磷灰石具有更好的生物相容性、高塑性及力学性能，其化学和结晶性能与骨磷灰石更相似，其所具有超细结构与高表面积更利于细胞在生物材料表面黏附增殖[24]。LIU等[15]制备了胶原/纳米羟基磷灰石复合支架，结果显示与传统的羟基磷灰石相比，纳米纤维的羟基磷灰石因在结构上模拟骨骼结构，其更易降解，同时具有更好的骨诱导性。纳米技术显著提高了羟基磷灰石作为生物材料的优势，并促进其在组织工程骨领域的应用。
β-磷酸三钙具有良好的骨传导性、生物相容性和生物降解性，不仅能提高细胞的黏附能力，还能加速细胞的分化和增殖速度[25]。ARAHIRA等[26]研究大鼠骨髓间充质干细胞培养对β-磷酸三钙/胶原两相复合支架压缩模量变化行为的影响，发现β-磷酸三钙释放的Ca2+和PO43-促使骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化，然而单纯β-磷酸三钙支架结构不稳定；复合胶原后，β-磷酸三钙/胶原蛋白复合支架比单纯β-磷酸三钙支架表现出更好的结构稳定性和更多的成骨标记活性。
尽管羟基磷灰石和β-磷酸三钙在化学组成上相似，但它们的生物降解能力却不同，羟基磷灰石稳定性强，降解速度较慢，一旦植入体内，羟基磷灰石仍然可能存在于再生的骨组织中，而β-磷酸三钙则被完全降解[27]。研究发现单一无机材料的机械性能较差，仅限于非承重应用。因此，研究工作集中将这些材料复合制备出双相磷酸钙混合物，达到无机物作为骨支撑材料的首要条件。简单来说，双相磷酸钙混合物就是将不同比例的羟基磷灰石与β-磷酸三钙结合在一起，提高混合物的结构稳定性和生物降解性。SCHWARZ等[28]发现在裂开型缺损中，与天然骨矿物质效果一样，双相磷酸钙具有骨传导性，支持引导性骨再生。同样，KUNERT-KEIL等[29]也发现将羟基磷灰石和β-磷酸三钙按6∶4的比例混合制备出的双相磷酸钙支架，与单纯β-磷酸三钙支架一样具有良好的生物相容性及骨传导性。两者都可完全整合到骨再生组织中，不引起任何炎症或排异反应。不过相关成骨基因表达实验显示，双相磷酸钙上调成骨细胞标记基因，而β-磷酸三钙上调破骨细胞标记基因。
此外，富含硅、镁、锌等离子的生物陶瓷、生物玻璃和纳米硅材料会表现出更高的刺激成骨细胞分化和增殖的能力，骨诱导性和传导性也会显著提高，骨缺损修复改善更明显[30-33]。
在移植骨材料选择方面，KAMAKURA等[34]和TANUMA等[35]均认为磷酸八钙/胶原比β-磷酸三钙/胶原、羟基磷灰石/胶原更能促进移植骨再生，不过机械强度较低。而LEI等[36]发现纳米羟基磷灰石/胶原和天然骨陶瓷/胶原2种复合支架均能促进骨相关基因表达，前者上调晚期成骨基因表达，而后者促进早期成骨基因表达，并且天然骨陶瓷/胶原支架比纳米羟基磷灰石/胶原在体内更易降解。因此，在临床中根据用途去选择合适的移植骨材料是十分必要的。
2.3 胶原/无机材料支架的制造技术 在组织工程领域，支架的扩散能力即将营养物充分地送到细胞的能力，对组织工程骨的成功是至关重要的[37]。而支架的几何结构明显影响着支架的扩散能力。
三维多孔支架模拟体内3D几何结构，使移植细胞处于立体培养状态，保留了移植细胞的表型特性及形成矿化基质的能力[38]。支架的孔隙率、孔径和多孔结构同时也影响着细胞的渗透、组织生长、血管浸润、营养供应及支架的机械性能[39]。XU等[40]研究证实三维多孔结构可促进细胞的黏附、分化和增殖，加速骨组织、纤维血管和神经的定植，提高复合支架的生物相容性、骨诱导性及骨传导性。此外，LUO等[41]利用天然的三维纳米纤维细菌纤维素作为模板，通过溶胶凝胶法沉积58S前体玻璃，成功制备出三维多孔纳米纤维58S生物玻璃支架，这种纳米纤维支架具有较高的孔隙率和比表面积，可促进成骨细胞的附着和增殖，实现更好的骨传导性和生物活性。之前也有研究表明，移植细胞与纳米纤维支架的相互作用更好[42]。然而，如何通过改善支架几何机构以达到最佳的骨修复，目前仍然是研究的热点。
传统的制造技术主要有：盐浸、熔融成型法、共聚、冷冻凝胶、冷冻干燥法和热诱导相分离法。采用传统方法混合胶原和无机颗粒灌注来制备复合支架材料易导致支架晶体大小不均匀，限制移植细胞的黏附和生长，且胶原的特性在复合过程中易受到外界的干扰。NEGISHI等[43]发明了一种真空压力浸渍法，通过真空负压作用将胶原均匀复合于支架内部，在保证其特性不变的情况下提高复合支架的生物相容性及生物活性。由于传统制造技术不能精准控制支架内部结构，限制胶原/无机材料支架在骨缺损修复中的应用，因此为了解决传统制造技术存在一些问题，静电纺丝技术和3D打印技术出现。
静电纺丝利用电场产生纳米级纤维，它可以使多种聚合物如胶原蛋白、壳聚糖、聚乳酸等生成纳米纤维结构(从几纳米到数百微米)用于组织再生。YANG等[44]通过静电纺丝法成功制备出羟基磷灰石/胶原蛋白/聚乳酸-羟基乙酸复合纳米纤维，结果证实在纳米级支架上细胞表现出更好的黏附、增殖和分化能力。有研究报道，电纺丝纤维结构似乎更利于各种干细胞的增殖和分化[45]。
3D打印技术通过计算机精准辅助设计能制造出孔径和结构可控的三维支架，且具有个性化修复、操作时间短、浪费少、并发症风险小等特性。LI等[46]对比了3D打印2种不同类型的复合支架-纳米羟基磷灰石和脱蛋白牛骨(图2)，结果证实2种复合支架材料在细胞增殖方面无差异，表明3D打印技术能完美复制骨骼结构，适用于组织工程。然而，3D打印技术过程中产生的高温容易使一些热敏性材料变性，故在技术上做出了温度降低的改进。低温3D打印技术是非加热型，保持了复合材料的生物活性，可增强复合支架的成骨能力。INZANA等[47]通过低温3D打印成功制备胶原/磷酸钙复合支架，结果证实该复合支架具有骨传导性和骨结合性。因此，低温3D打印技术在组织工程领域具有可行性，有望突破传统技术制备出性能更佳的人工替代骨。
2.4 生物因子在胶原/无机材料支架中的应用 研究表明，胶原/无机材料支架仍然存在着血管化及成骨能力不足的问题，不能达到理想的骨修复效果，因此对其表面修饰生子因子可模仿骨骼环境来增强胶原/无机材料支架的骨愈合能力[48]。目前常见的生长因子有：血小板源性生长因子[49]、血管内皮生长因子[50]、生长分化因子5 [51]、骨形态发生蛋白 [52]、转化生长因子β、成纤维细胞生长因子等(表1)。骨形态发生蛋白是目前已知体外成骨能力最强的生长因子，与生长因子5、转化生长因子β、成纤维细胞生长因子的骨修复效果相似，均能刺激成骨细胞增殖、分化，增加细胞在移植骨材料表面的黏附，促进骨骼愈合。而血小板源性生长因子与血管内皮生长因子是通过募集内皮细胞促进新血管形成和血管生成，为移植骨提供营养和氧气，提高骨组织再生[53]。
除了生长因子外，还有一些生物蛋白及中药成分因子复合到胶原/无机材料支架中同样可提高骨愈合能力。唐宇星等[54]用音猬因子修饰的纳米晶胶原基骨修复大鼠股骨缺损，研究发现音猬因子能够刺激骨细胞增殖、分化，促进移植骨材料的血管化和新骨生成及生长，加快移植骨和受体骨融合，修复骨组织缺损。BRASINIKA等[55]发现L-精氨酸可促进间充质干细胞在羟基磷灰石/胶原复合材料表面的黏附、增殖和分化。此外，淫羊藿苷可促进移植骨支架材料中骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化，同时抑制其向破骨细胞分化[19]。槲皮素可激活骨细胞的代谢，促进成骨细胞的增殖、分化[56]。
另外，移植过程中移植骨可能会受到各种细菌及病毒的感染，而骨最主要感染的病原体就是金黄色葡萄球菌。将四环霉素[57-58]、万古霉素等抗生素添加到胶原/无机材料支架中[59]，可减少移植过程对移植骨的感染，减少炎症反应和炎症因子的出现，增强成骨活性，促进骨愈合。
通常包裹在支架内部的生物因子会有一个初始的爆发性释放，因此合适的加载方式对支架上生物因子的稳定、持续和可控释放有着至关重要的作用。生物因子加载方法可分为5类：物理吸附/封装、同轴/乳液电纺、微/纳米球封装、多层组装、化学共价固定[60-62]，以上方法均适用于胶原/无机材料支架。
2.5 干细胞在胶原/无机材料支架中的应用 干细胞因其丰富来源、低免疫原性及多向分化潜能、能旁分泌各种生物因子及蛋白质，被作为理想的种子细胞应用于组织工程和再生医学中[63]。干细胞分为2类：胚胎干细胞和成体干细胞，它们都具有多能分化潜能，由于胚胎干细胞可能会导致畸胎瘤的产生，并且应用伦理问题未得到解决，故在组织工程骨中主要应用成体干细胞[64]。具有良好成骨潜能的成体干细胞有以下几种：骨髓间充质干细胞[65]、脂肪干细胞[66]、牙髓干细胞[67]、MG-36类成骨细胞[68]、人脐带间充质干细胞[69]。对于骨再生，研究较为成熟的是骨髓间充质干细胞。分离出的骨髓间充质干细胞在体外得到扩增，能保持其分化为多细胞系的能力。MEBARKI等[65]发现在适当的培养条件下，局部移植的骨髓间充质干细胞分泌的胰岛素样生长因子1可以介导小鼠间充质干细胞的趋化，同时刺激宿主间充质干细胞的成骨分化，而骨髓间充质干细胞的成骨分化是被另一种单核细胞趋化蛋白3所诱导的。研究证明局部移植的骨髓间充质干细胞可通过直接或旁分泌协同作用促进骨的整合。此外，经过骨形态发生蛋白[70-71]、骨保护素 [72]、Toll样受体2等基因修饰过的骨髓间充质干细胞[73]，其成骨分化能力得到提高，宿主破骨细胞被抑制，促进骨的愈合。
近年来，由于脂肪组织的获取远比骨髓便利，且侵入性小、可获取量大，人们越来越关注脂肪源性干细胞的诱导成骨性和治疗潜力。ZHU等[74]认为脂肪组织是一种丰富、实用、有吸引力的自体细胞替代供体组织来源，与骨髓间充质干细胞相比，脂肪间充质干细胞具有更好的干细胞增殖潜能和多向分化潜能，可以成为骨髓间充质干细胞的替代来源，适合用于同种异体移植和组织工程中。相反，安荣泽等[75]则认为骨髓间充质干细胞的成软骨能力优于脂肪间充质干细胞，骨髓间充质干细胞具有更好的诱导成软骨潜能。就目前来讲，骨髓间充质干细胞在组织工程领域的应用仍然多于脂肪间充质干细胞。
2.6 高分子聚合物在胶原/无机材料支架中的应用
2.6.1 天然高分子材料 众所周知，胶原的热稳定性和机械强度较差，许多外界因素都有可能破坏胶原天然的交联和组装结构。而由多种交联剂稳定的胶原蛋白就具有抗降解性，并且交联形成增加胶原的热稳定性。不过，化学交联剂易产生有毒物质，导致细胞死亡。在此情况下，具有良好生物相容性的天然高分子聚合物被作为交联剂应用于组织工程中[12]，常用的天然高分子聚合物有壳聚糖、丝素蛋白、透明质酸、明胶等[76]。
壳聚糖作为一种天然高分子材料具有独特的生物相容性、生物降解性、无毒性、抗菌活性、低免疫原性等特性，并且对壳聚糖进行羧甲基化改性可以提高壳聚糖的溶解度和亲水性[77]。KACZMAREK等[78-79]向胶原/无机材料支架中添加多种天然高分子聚合物，如壳聚糖、糖胺聚糖及透明质酸等，发现天然高分子聚合物可降低复合支架的降解速度，减少移植过程中炎症反应的发生，促进细胞增殖，有效提高骨愈合能力。
丝素蛋白是蚕丝主要的组成成分，最丰富的天然聚合物之一，抗拉强度较大，无毒性，无免疫原性，可控制在体内的降解率，在组织工程领域备受关注[80]。丝素蛋白的复合可提高支架的力学性能及细胞对支架的亲和力，改善细胞黏附与生长，促进支架的成骨能力[81-84]。年争好等[83]发现纳米羟基磷灰石、胶原蛋白与丝素蛋白的混合比例为1∶2∶5时，复合支架材料具有适宜的孔径、孔隙率及良好的生物相容性，材料表面利于细胞的黏附、生长，有望用于组织工程骨缺损的修复。
透明质酸、果胶、糖胺多糖等高分子材料模拟天然骨骼中的多糖基质，具有改善胶原复合支架的力学性能、吸水性、降解性及环境稳定性等特性[79，85]。研究发现，透明质酸通过与细胞受体结合来影响细胞功能，导致促炎症细胞因子的表达增加，从而促进间充质和上皮细胞迁移、分化，增强移植骨的血管化和胶原沉积，影响细胞的增殖和肉芽组织基质的发展[86]。
近期，细菌纤维素因为机械强度高、吸水性强及生物相容性好等特性被作为一种可替代增强聚合物的新型生物材料。NOH等[87]将细菌纤维素复合胶原支架，发现细菌纤维素能提高复合支架的结构稳定性，有利于细胞的附着和生长，可能作为一种极具应用前景的新型组织工程支架。此外，磷酸丝氨酸[88]、藻酸盐等其他天然聚合物也常被用于修饰胶原复合支架中[50]，调节骨修复过程中的生物矿化反应，促进移植骨材料的血管形成和骨的再生。
2.6.2 人工合成高分子材料 如上所述，其他可降解的人工合成高分子材料，如聚己内酯、聚乳酸、聚乙醇酸、聚乙烯醇等也可应用于骨组织工程中。不过，单独作为支架基底成分的人工合成高分子材料缺乏骨诱导性，不能为成骨细胞提供合适的沉积矿物质环境，因此常将人工合成高分子材料复合到其他支架中。人工合成高分子材料可控制复合支架的结构，促进细胞的黏附与增殖，提高复合支架的生物降解性及成骨能力[89-90]。
聚乳酸具有良好生的物相容性、无细胞毒性、可吸收性等特性，可加速不同材料如羟基磷灰石、生物玻璃和磷酸钙的降解[31-32，91]。WANG等[92]研究纳米羟基磷灰石/胶原/聚乳酸复合支架联合骨髓间充质干细胞治疗兔股骨头缺血性坏死的效果，结果显示聚乳酸加速了支架材料的降解速度，使复合支架具有更好的生物相容性及骨传导性，增强了股骨头缺血性坏死治疗的效果。
聚己内酯是一种线性合成的生物可降解脂肪族聚酯，因其具有良好的热稳定性和最小的炎症反应，较强的机械性能和黏弹力，易受表面修饰，被用于各种组织缺损的修复中[93]。范瑞瑞等[18]研究聚己内酯/Ⅰ型胶原/氟磷灰石复合支架用于牙周组织再生的情况，结果显示聚己内酯使复合支架具有良好的机械性能及黏弹力，提高了复合支架的生物性能。此外，其他合成聚合物如聚乙烯醇[94]、聚乙醇酸等同样可增加复合支架的机械强度[95]，允许支架材料表面功能化，增强复合支架的生物活性。
胶原具有多种特性，比如低免疫原性及良好的通透性、生物相容性和生物降解性，同时胶原还可调节周围组织细胞的形态，增强细胞的迁移、黏附、增殖与分化功能[9]。在无机材料中复合胶原，不仅能改善无机材料的韧性和机械强度，并且胶原的亲水性可促进成骨细胞黏附于移植骨表面[10]。在骨再生过程中，胶原对于生物矿化的作用也是很重要的，一方面，骨骼的矿物质在胶原蛋白基质中形成，胶原调节着矿物质的沉积速率；另一方面，胶原中的带电基团可提供诱导磷灰石成核的位点，有效激发骨修复中生物矿化的开始，且控制矿化过程中2个非常重要的步骤(矿相以无定形前体的形式渗透到原纤维，随后转化为定向的磷灰石晶体)，以促进新骨的形成[11]。
Ⅰ型胶原作为最丰富的胶原蛋白以纤原性胶原的形式存在于软组织和骨骼中，构成了骨骼90%以上有机物[7]。大多数胶原/无机材料支架的研究都采用Ⅰ型胶原。SELVARAJU等[12]从猪皮中提取出Ⅰ型胶原，以聚乳酸作为交联剂，与羟基磷灰石构建复合支架。研究发现，复合支架中每种材料的缺点被改善。复合材料处理时，胶原的任何构象都没有改变，且胶原复合后支架的热稳定性和构象稳定性得到提高，更适用于组织工程。LU等[13]采用胶原蛋白与纳米级羟基磷灰石制备多孔纳米羟基磷灰石/Ⅰ型胶原复合支架，研究表明胶原可提高碱性磷酸酶活性，促进细胞在复合支架的黏附，且对细胞无毒。此外，极少数研究会用到其他类型的胶原，例如MAZZONI等[14]采用Ⅱ型胶原复合羟基磷灰石制备复合支架，LIU等[15]采用类人胶原蛋白复合羟基磷灰石制备三维复合支架。以上实验都证明了胶原/无机材料支架具有良好的骨诱导性和再生性。
2.2 无机材料的选择 作为骨移植材料的无机物，必须有着与天然骨质同样的钙、磷成分，能提供无负荷的结构基质支撑新骨生长和愈合，还具备一定的骨传导性、骨诱导性及骨结合性[16]。磷酸钙、生物活性玻璃 [17]、氟磷灰石[18]、凹凸棒石 [19]、天然骨陶瓷等无机材料被应用于组织工程骨支架材料的研究中[20]。磷酸钙具有出色的生物相容性、渗透性、生物吸收性及骨结合性，在组织工程中研究较为成熟。而常用于组织工程的磷酸钙有羟基磷灰石和β-磷酸三钙 [21]。
羟基磷灰石的化学成分与天然硬组织的无机成分相似，与宿主硬组织具有强烈的亲和力。此外，羟基磷灰石还具有一定的刚度和强度，良好的稳定性、生物相容性和成骨诱导性，是无机材料中最出色的候选材料[22]。ZHANG等[23]利用脱氢热成法制备的羟基磷灰石/胶原复合支架可以达到与用自体骨相同的修复效果。近年来，纳米结构的羟基磷灰石比传统羟基磷灰石具有更好的生物相容性、高塑性及力学性能，其化学和结晶性能与骨磷灰石更相似，其所具有超细结构与高表面积更利于细胞在生物材料表面黏附增殖[24]。LIU等[15]制备了胶原/纳米羟基磷灰石复合支架，结果显示与传统的羟基磷灰石相比，纳米纤维的羟基磷灰石因在结构上模拟骨骼结构，其更易降解，同时具有更好的骨诱导性。纳米技术显著提高了羟基磷灰石作为生物材料的优势，并促进其在组织工程骨领域的应用。
β-磷酸三钙具有良好的骨传导性、生物相容性和生物降解性，不仅能提高细胞的黏附能力，还能加速细胞的分化和增殖速度[25]。ARAHIRA等[26]研究大鼠骨髓间充质干细胞培养对β-磷酸三钙/胶原两相复合支架压缩模量变化行为的影响，发现β-磷酸三钙释放的Ca2+和PO43-促使骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化，然而单纯β-磷酸三钙支架结构不稳定；复合胶原后，β-磷酸三钙/胶原蛋白复合支架比单纯β-磷酸三钙支架表现出更好的结构稳定性和更多的成骨标记活性。
尽管羟基磷灰石和β-磷酸三钙在化学组成上相似，但它们的生物降解能力却不同，羟基磷灰石稳定性强，降解速度较慢，一旦植入体内，羟基磷灰石仍然可能存在于再生的骨组织中，而β-磷酸三钙则被完全降解[27]。研究发现单一无机材料的机械性能较差，仅限于非承重应用。因此，研究工作集中将这些材料复合制备出双相磷酸钙混合物，达到无机物作为骨支撑材料的首要条件。简单来说，双相磷酸钙混合物就是将不同比例的羟基磷灰石与β-磷酸三钙结合在一起，提高混合物的结构稳定性和生物降解性。SCHWARZ等[28]发现在裂开型缺损中，与天然骨矿物质效果一样，双相磷酸钙具有骨传导性，支持引导性骨再生。同样，KUNERT-KEIL等[29]也发现将羟基磷灰石和β-磷酸三钙按6∶4的比例混合制备出的双相磷酸钙支架，与单纯β-磷酸三钙支架一样具有良好的生物相容性及骨传导性。两者都可完全整合到骨再生组织中，不引起任何炎症或排异反应。不过相关成骨基因表达实验显示，双相磷酸钙上调成骨细胞标记基因，而β-磷酸三钙上调破骨细胞标记基因。
此外，富含硅、镁、锌等离子的生物陶瓷、生物玻璃和纳米硅材料会表现出更高的刺激成骨细胞分化和增殖的能力，骨诱导性和传导性也会显著提高，骨缺损修复改善更明显[30-33]。
在移植骨材料选择方面，KAMAKURA等[34]和TANUMA等[35]均认为磷酸八钙/胶原比β-磷酸三钙/胶原、羟基磷灰石/胶原更能促进移植骨再生，不过机械强度较低。而LEI等[36]发现纳米羟基磷灰石/胶原和天然骨陶瓷/胶原2种复合支架均能促进骨相关基因表达，前者上调晚期成骨基因表达，而后者促进早期成骨基因表达，并且天然骨陶瓷/胶原支架比纳米羟基磷灰石/胶原在体内更易降解。因此，在临床中根据用途去选择合适的移植骨材料是十分必要的。
2.3 胶原/无机材料支架的制造技术 在组织工程领域，支架的扩散能力即将营养物充分地送到细胞的能力，对组织工程骨的成功是至关重要的[37]。而支架的几何结构明显影响着支架的扩散能力。
三维多孔支架模拟体内3D几何结构，使移植细胞处于立体培养状态，保留了移植细胞的表型特性及形成矿化基质的能力[38]。支架的孔隙率、孔径和多孔结构同时也影响着细胞的渗透、组织生长、血管浸润、营养供应及支架的机械性能[39]。XU等[40]研究证实三维多孔结构可促进细胞的黏附、分化和增殖，加速骨组织、纤维血管和神经的定植，提高复合支架的生物相容性、骨诱导性及骨传导性。此外，LUO等[41]利用天然的三维纳米纤维细菌纤维素作为模板，通过溶胶凝胶法沉积58S前体玻璃，成功制备出三维多孔纳米纤维58S生物玻璃支架，这种纳米纤维支架具有较高的孔隙率和比表面积，可促进成骨细胞的附着和增殖，实现更好的骨传导性和生物活性。之前也有研究表明，移植细胞与纳米纤维支架的相互作用更好[42]。然而，如何通过改善支架几何机构以达到最佳的骨修复，目前仍然是研究的热点。
传统的制造技术主要有：盐浸、熔融成型法、共聚、冷冻凝胶、冷冻干燥法和热诱导相分离法。采用传统方法混合胶原和无机颗粒灌注来制备复合支架材料易导致支架晶体大小不均匀，限制移植细胞的黏附和生长，且胶原的特性在复合过程中易受到外界的干扰。NEGISHI等[43]发明了一种真空压力浸渍法，通过真空负压作用将胶原均匀复合于支架内部，在保证其特性不变的情况下提高复合支架的生物相容性及生物活性。由于传统制造技术不能精准控制支架内部结构，限制胶原/无机材料支架在骨缺损修复中的应用，因此为了解决传统制造技术存在一些问题，静电纺丝技术和3D打印技术出现。
静电纺丝利用电场产生纳米级纤维，它可以使多种聚合物如胶原蛋白、壳聚糖、聚乳酸等生成纳米纤维结构(从几纳米到数百微米)用于组织再生。YANG等[44]通过静电纺丝法成功制备出羟基磷灰石/胶原蛋白/聚乳酸-羟基乙酸复合纳米纤维，结果证实在纳米级支架上细胞表现出更好的黏附、增殖和分化能力。有研究报道，电纺丝纤维结构似乎更利于各种干细胞的增殖和分化[45]。
3D打印技术通过计算机精准辅助设计能制造出孔径和结构可控的三维支架，且具有个性化修复、操作时间短、浪费少、并发症风险小等特性。LI等[46]对比了3D打印2种不同类型的复合支架-纳米羟基磷灰石和脱蛋白牛骨(图2)，结果证实2种复合支架材料在细胞增殖方面无差异，表明3D打印技术能完美复制骨骼结构，适用于组织工程。然而，3D打印技术过程中产生的高温容易使一些热敏性材料变性，故在技术上做出了温度降低的改进。低温3D打印技术是非加热型，保持了复合材料的生物活性，可增强复合支架的成骨能力。INZANA等[47]通过低温3D打印成功制备胶原/磷酸钙复合支架，结果证实该复合支架具有骨传导性和骨结合性。因此，低温3D打印技术在组织工程领域具有可行性，有望突破传统技术制备出性能更佳的人工替代骨。
2.4 生物因子在胶原/无机材料支架中的应用 研究表明，胶原/无机材料支架仍然存在着血管化及成骨能力不足的问题，不能达到理想的骨修复效果，因此对其表面修饰生子因子可模仿骨骼环境来增强胶原/无机材料支架的骨愈合能力[48]。目前常见的生长因子有：血小板源性生长因子[49]、血管内皮生长因子[50]、生长分化因子5 [51]、骨形态发生蛋白 [52]、转化生长因子β、成纤维细胞生长因子等(表1)。骨形态发生蛋白是目前已知体外成骨能力最强的生长因子，与生长因子5、转化生长因子β、成纤维细胞生长因子的骨修复效果相似，均能刺激成骨细胞增殖、分化，增加细胞在移植骨材料表面的黏附，促进骨骼愈合。而血小板源性生长因子与血管内皮生长因子是通过募集内皮细胞促进新血管形成和血管生成，为移植骨提供营养和氧气，提高骨组织再生[53]。
除了生长因子外，还有一些生物蛋白及中药成分因子复合到胶原/无机材料支架中同样可提高骨愈合能力。唐宇星等[54]用音猬因子修饰的纳米晶胶原基骨修复大鼠股骨缺损，研究发现音猬因子能够刺激骨细胞增殖、分化，促进移植骨材料的血管化和新骨生成及生长，加快移植骨和受体骨融合，修复骨组织缺损。BRASINIKA等[55]发现L-精氨酸可促进间充质干细胞在羟基磷灰石/胶原复合材料表面的黏附、增殖和分化。此外，淫羊藿苷可促进移植骨支架材料中骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化，同时抑制其向破骨细胞分化[19]。槲皮素可激活骨细胞的代谢，促进成骨细胞的增殖、分化[56]。
另外，移植过程中移植骨可能会受到各种细菌及病毒的感染，而骨最主要感染的病原体就是金黄色葡萄球菌。将四环霉素[57-58]、万古霉素等抗生素添加到胶原/无机材料支架中[59]，可减少移植过程对移植骨的感染，减少炎症反应和炎症因子的出现，增强成骨活性，促进骨愈合。
通常包裹在支架内部的生物因子会有一个初始的爆发性释放，因此合适的加载方式对支架上生物因子的稳定、持续和可控释放有着至关重要的作用。生物因子加载方法可分为5类：物理吸附/封装、同轴/乳液电纺、微/纳米球封装、多层组装、化学共价固定[60-62]，以上方法均适用于胶原/无机材料支架。
2.5 干细胞在胶原/无机材料支架中的应用 干细胞因其丰富来源、低免疫原性及多向分化潜能、能旁分泌各种生物因子及蛋白质，被作为理想的种子细胞应用于组织工程和再生医学中[63]。干细胞分为2类：胚胎干细胞和成体干细胞，它们都具有多能分化潜能，由于胚胎干细胞可能会导致畸胎瘤的产生，并且应用伦理问题未得到解决，故在组织工程骨中主要应用成体干细胞[64]。具有良好成骨潜能的成体干细胞有以下几种：骨髓间充质干细胞[65]、脂肪干细胞[66]、牙髓干细胞[67]、MG-36类成骨细胞[68]、人脐带间充质干细胞[69]。对于骨再生，研究较为成熟的是骨髓间充质干细胞。分离出的骨髓间充质干细胞在体外得到扩增，能保持其分化为多细胞系的能力。MEBARKI等[65]发现在适当的培养条件下，局部移植的骨髓间充质干细胞分泌的胰岛素样生长因子1可以介导小鼠间充质干细胞的趋化，同时刺激宿主间充质干细胞的成骨分化，而骨髓间充质干细胞的成骨分化是被另一种单核细胞趋化蛋白3所诱导的。研究证明局部移植的骨髓间充质干细胞可通过直接或旁分泌协同作用促进骨的整合。此外，经过骨形态发生蛋白[70-71]、骨保护素 [72]、Toll样受体2等基因修饰过的骨髓间充质干细胞[73]，其成骨分化能力得到提高，宿主破骨细胞被抑制，促进骨的愈合。
近年来，由于脂肪组织的获取远比骨髓便利，且侵入性小、可获取量大，人们越来越关注脂肪源性干细胞的诱导成骨性和治疗潜力。ZHU等[74]认为脂肪组织是一种丰富、实用、有吸引力的自体细胞替代供体组织来源，与骨髓间充质干细胞相比，脂肪间充质干细胞具有更好的干细胞增殖潜能和多向分化潜能，可以成为骨髓间充质干细胞的替代来源，适合用于同种异体移植和组织工程中。相反，安荣泽等[75]则认为骨髓间充质干细胞的成软骨能力优于脂肪间充质干细胞，骨髓间充质干细胞具有更好的诱导成软骨潜能。就目前来讲，骨髓间充质干细胞在组织工程领域的应用仍然多于脂肪间充质干细胞。
2.6 高分子聚合物在胶原/无机材料支架中的应用
2.6.1 天然高分子材料 众所周知，胶原的热稳定性和机械强度较差，许多外界因素都有可能破坏胶原天然的交联和组装结构。而由多种交联剂稳定的胶原蛋白就具有抗降解性，并且交联形成增加胶原的热稳定性。不过，化学交联剂易产生有毒物质，导致细胞死亡。在此情况下，具有良好生物相容性的天然高分子聚合物被作为交联剂应用于组织工程中[12]，常用的天然高分子聚合物有壳聚糖、丝素蛋白、透明质酸、明胶等[76]。
壳聚糖作为一种天然高分子材料具有独特的生物相容性、生物降解性、无毒性、抗菌活性、低免疫原性等特性，并且对壳聚糖进行羧甲基化改性可以提高壳聚糖的溶解度和亲水性[77]。KACZMAREK等[78-79]向胶原/无机材料支架中添加多种天然高分子聚合物，如壳聚糖、糖胺聚糖及透明质酸等，发现天然高分子聚合物可降低复合支架的降解速度，减少移植过程中炎症反应的发生，促进细胞增殖，有效提高骨愈合能力。
丝素蛋白是蚕丝主要的组成成分，最丰富的天然聚合物之一，抗拉强度较大，无毒性，无免疫原性，可控制在体内的降解率，在组织工程领域备受关注[80]。丝素蛋白的复合可提高支架的力学性能及细胞对支架的亲和力，改善细胞黏附与生长，促进支架的成骨能力[81-84]。年争好等[83]发现纳米羟基磷灰石、胶原蛋白与丝素蛋白的混合比例为1∶2∶5时，复合支架材料具有适宜的孔径、孔隙率及良好的生物相容性，材料表面利于细胞的黏附、生长，有望用于组织工程骨缺损的修复。
透明质酸、果胶、糖胺多糖等高分子材料模拟天然骨骼中的多糖基质，具有改善胶原复合支架的力学性能、吸水性、降解性及环境稳定性等特性[79，85]。研究发现，透明质酸通过与细胞受体结合来影响细胞功能，导致促炎症细胞因子的表达增加，从而促进间充质和上皮细胞迁移、分化，增强移植骨的血管化和胶原沉积，影响细胞的增殖和肉芽组织基质的发展[86]。
近期，细菌纤维素因为机械强度高、吸水性强及生物相容性好等特性被作为一种可替代增强聚合物的新型生物材料。NOH等[87]将细菌纤维素复合胶原支架，发现细菌纤维素能提高复合支架的结构稳定性，有利于细胞的附着和生长，可能作为一种极具应用前景的新型组织工程支架。此外，磷酸丝氨酸[88]、藻酸盐等其他天然聚合物也常被用于修饰胶原复合支架中[50]，调节骨修复过程中的生物矿化反应，促进移植骨材料的血管形成和骨的再生。
2.6.2 人工合成高分子材料 如上所述，其他可降解的人工合成高分子材料，如聚己内酯、聚乳酸、聚乙醇酸、聚乙烯醇等也可应用于骨组织工程中。不过，单独作为支架基底成分的人工合成高分子材料缺乏骨诱导性，不能为成骨细胞提供合适的沉积矿物质环境，因此常将人工合成高分子材料复合到其他支架中。人工合成高分子材料可控制复合支架的结构，促进细胞的黏附与增殖，提高复合支架的生物降解性及成骨能力[89-90]。
聚乳酸具有良好生的物相容性、无细胞毒性、可吸收性等特性，可加速不同材料如羟基磷灰石、生物玻璃和磷酸钙的降解[31-32，91]。WANG等[92]研究纳米羟基磷灰石/胶原/聚乳酸复合支架联合骨髓间充质干细胞治疗兔股骨头缺血性坏死的效果，结果显示聚乳酸加速了支架材料的降解速度，使复合支架具有更好的生物相容性及骨传导性，增强了股骨头缺血性坏死治疗的效果。
聚己内酯是一种线性合成的生物可降解脂肪族聚酯，因其具有良好的热稳定性和最小的炎症反应，较强的机械性能和黏弹力，易受表面修饰，被用于各种组织缺损的修复中[93]。范瑞瑞等[18]研究聚己内酯/Ⅰ型胶原/氟磷灰石复合支架用于牙周组织再生的情况，结果显示聚己内酯使复合支架具有良好的机械性能及黏弹力，提高了复合支架的生物性能。此外，其他合成聚合物如聚乙烯醇[94]、聚乙醇酸等同样可增加复合支架的机械强度[95]，允许支架材料表面功能化，增强复合支架的生物活性。
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骨骼通过支持机械应力和维持离子平衡在机体中起着十分重要的作用。创伤、肿瘤、手术、骨质疏松等因素都会导致骨缺损，大多数缺损的骨组织能依靠机体自身修复能力进行缺损部位愈合，且恢复正常，不会形成瘢痕[1]。但当骨缺损区面积太大，超过了临界骨缺损的大小，骨缺损在体内无法进行自我愈合，需要找到合适的骨替代材料来修复，以便重建骨缺损部位[2]，因此大面积骨缺损修复是现代外科学领域一大难题。随着中国人口老龄化和外伤导致骨缺损疾病的不断增加，临床对骨修复材料的需求也在不断地增加。目前临床上常用于治疗骨缺损的方法是自体骨移植，但自体骨移植存在感染、供区受限和造成新的创伤等多种问题[3]，不利于广泛应用，因此作为与再生有着密切联系的学科，组织工程学逐渐成为当前用于骨再生/替代疗法的有效方法[4]。
组织工程骨是应用组织工程技术将种子细胞、生长因子和支架材料3者结合在体外进行人工培养，修复骨组织缺损，这为大面积骨缺损的修复提供了全新而可行的思路和方法，且组织工程骨已被证明是最有前途的骨缺损修复材料之一[5]。骨由钙化骨基质、细胞和生物活性因子组成，骨基质中矿物质约占65%，有机物约占25%，水约占10%[6]。模仿天然骨组织的组成成分与结构，选择合适的制造工艺，将胶原与无机材料复合来构建三维多孔纳米结构的组织工程骨，这种组织工程骨在机械强度、生物相容性及成骨能力等方面均得到增强，或许会成为未来骨组织工程发展的重要方向。因此，文章就胶原/无机材料支架的相关研究展开论述。
中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程
组织工程骨是应用组织工程技术将种子细胞、生长因子和支架材料3者结合在体外进行人工培养，修复骨组织缺损，这为大面积骨缺损的修复提供了全新而可行的思路和方法，且组织工程骨已被证明是最有前途的骨缺损修复材料之一[5]。骨由钙化骨基质、细胞和生物活性因子组成，骨基质中矿物质约占65%，有机物约占25%，水约占10%[6]。模仿天然骨组织的组成成分与结构，选择合适的制造工艺，将胶原与无机材料复合来构建三维多孔纳米结构的组织工程骨，这种组织工程骨在机械强度、生物相容性及成骨能力等方面均得到增强，或许会成为未来骨组织工程发展的重要方向。因此，文章就胶原/无机材料支架的相关研究展开论述。
中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程
检索数据库及时限：CNKI(2010至2020年)；PubMed、Web of Science (2000至2020年)。
检索途径：主题词。
检索词：以“胶原；无机材料；组织工程骨；骨修复；支架几何结构”为中文检索词；以“collagen；inorganic materials；tissue-engineered bone；bone repair；geometry of bone scaffold”为英文检索词。
1.2 文献入选标准
纳入标准：①关于胶原/无机材料复合支架应用的研究；②原创性高、论点和论据可靠的文章；③相同领域则选择最新或发表于权威杂志的文献；④引用次数和影响因子高(IF>5)的文献综述、基础研究等。
排除标准：①讲座、会议摘要；②时间久远、内容陈旧或重复文献；③逻辑性混乱或可信度低的中英文文献。
1.3 数据提取与文献质量评估 检索初筛得到422篇文献，包括中文文献72篇、英文文献350篇。经过资料收集者评估纳入文献的有效性和适用性，通过阅读题目和摘要进行初选；排除中英文文献重复性研究和非中英文文献，最终纳入文献95篇进行综述，其中英文文献83篇、中文文献12篇，见图1。
检索途径：主题词。
检索词：以“胶原；无机材料；组织工程骨；骨修复；支架几何结构”为中文检索词；以“collagen；inorganic materials；tissue-engineered bone；bone repair；geometry of bone scaffold”为英文检索词。
1.2 文献入选标准
纳入标准：①关于胶原/无机材料复合支架应用的研究；②原创性高、论点和论据可靠的文章；③相同领域则选择最新或发表于权威杂志的文献；④引用次数和影响因子高(IF>5)的文献综述、基础研究等。
排除标准：①讲座、会议摘要；②时间久远、内容陈旧或重复文献；③逻辑性混乱或可信度低的中英文文献。
1.3 数据提取与文献质量评估 检索初筛得到422篇文献，包括中文文献72篇、英文文献350篇。经过资料收集者评估纳入文献的有效性和适用性，通过阅读题目和摘要进行初选；排除中英文文献重复性研究和非中英文文献，最终纳入文献95篇进行综述，其中英文文献83篇、中文文献12篇，见图1。
综上所述，胶原/无机材料构建组织工程骨可有效提高无机支架结构的机械强度、亲水性及细胞黏附能力，促进骨缺损的修复，是一种很有前景的组织工程骨材料。值得一提的是，目前胶原/无机材料支架研究中较成熟的复合材料是Ⅰ型胶原和羟基磷灰石，其复合材料具有良好的机械强度、生物相容性及骨诱导性，可作为组织工程骨复合材料的参考。同时，骨缺损的修复能力取决于支架的性能，为了达到复合材料的最佳性能，选择合适的制造技术对支架几何机构进行改善能实现更好的骨传导。进一步研究发现，胶原和无机材料复合支架仍然存在血管化或成骨能力不足的问题，限制了胶原/无机材料支架在组织工程骨中的应用，因此对胶原/无机材料支架进行多种具有成骨或成血管潜能的干细胞、生物因子以及聚合物表面修饰与改性，可提高细胞的黏附与增殖，增强胶原/无机材料支架的再生能力。尽管胶原/无机材料支架在骨缺损的修复方面已取得重大进展，但是在临床方面仍然存在着一些局限和挑战，需要大量临床试验来验证胶原/无机材料支架的实用性。迄今为止，想要制备出满足理想的孔隙率、生物相容性、力学完整性、结构稳定性及骨再生性等所有期望的骨移植支架材料，以实现最佳的骨修复仍是研究难点，至今还没有一种或多种方法能完全模拟出天然骨骼复杂的内外多层次结构和细胞环境。因此，作为科研人员可就此方向深入研究。不过相信随着低温3D打印、仿生矿化和纳米技术的发展，胶原/无机材料支架有望成为未来骨缺损修复研究与应用的主流。
中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程
文题释义：#br# 胶原：是细胞外基质中最丰富的蛋白质，其分子结构富含脯氨酸的三肽Gly-X-Y重复分子，且胶原的3倍螺旋纤维结构有助于形成细胞外支架。目前胶原有26种类型，分布最广和最丰富的是纤维胶原蛋白，约占胶原蛋白总量的90%。
组织工程骨：运用组织工程及仿生学原理，在体外模拟体内环境培养的符合骨组织生物力学和组织学特性的骨移植材料。理想的组织工程骨必须具备一定的机械强度，良好的孔隙率、生物相容性、生物降解性及成骨能力。
文章首次提出胶原复合无机材料构建仿生支架概念，归纳总结目前研究中胶原/无机材料复合支架的特点及制造工艺，解决了组织工程骨中单一材料作为支架存在的各种问题，比如机械强度低、生物相容性及血管化不足、成骨能力有限等，增加了组织工程骨在骨缺损修复中的应用，为组织工程骨支架材料的选择提供一种良好的思路。
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