摘要：近年來，再生醫(yī)學領域取得了重大進展，特別是在生物材料增強干細胞分化的應用方面。生物材料充當支架，可以支持細胞功能并通過生化和物理線索影響干細胞的命運。本文綜述了用于干細胞分化的生物材料的最新進展，重點介紹了它們的組成、特性和在組織工程中的應用。我們探索了各種類型的生物材料，包括天然聚合物、合成聚合物、水凝膠和納米材料，并討論了如何定制它們以創(chuàng)造促進特定分化途徑的微環(huán)境。此外，我們還強調了這個快速發(fā)展的領域的挑戰(zhàn)和未來方向。

【NO.1】介紹

干細胞具有巨大的再生醫(yī)學潛力，因為它們能夠分化成各種細胞類型。干細胞所在的微環(huán)境極大地影響了它們的行為，包括自我更新和分化。生物材料在創(chuàng)造這些微環(huán)境方面發(fā)揮著至關重要的作用，提供可以指導干細胞命運的物理、化學和生物線索。隨著這一領域的擴展，生物材料在干細胞治療中的應用揭示了增強恢復結果的巨大潛力。它可能有助于解決與確保細胞在移植后保持健康和有效的相關挑戰(zhàn)（圖1）。因此，本文獻綜述總結了旨在增強干細胞分化的生物材料的最新進展。

圖1：對干細胞如何分類的簡單解釋

【NO.2】干細胞分化機制

干細胞分化由機械轉導途徑（例如YAP/TAZ信號傳導）和生物材料特性觸發(fā)的表觀遺傳修飾驅動。例如，納米圖案表面激活整合素介導的黏著斑激酶（FAK）通路，增強心肌細胞成熟。此外，用適配體或生長因子（例如BMP-2、TGF-β）功能化的生物材料可以覆蓋默認的分化路徑，從而實現按需組織修復。干細胞轉化為不同細胞類型的過程受到生物材料的顯著影響，生物材料提供化學線索、物理特性和表面幾何形狀。干細胞發(fā)育成不同細胞類型的過程以各種方式受到生物材料的影響：

圖2：干細胞分化的機制

1.生化信號

在生物材料中添加生長因子和細胞因子對于指導干細胞的形成非常重要。例如當用于特定的支持框架時，骨形態(tài)遺傳蛋白（BMP）有助于骨細胞的發(fā)育。通過隨著時間的推移釋放重要信號，生物材料有助于確保干細胞獲得充分生長和發(fā)育所需的一切。該系統(tǒng)有效地指導干細胞功能，從而改善組織再生結果（圖2）。

2.機械性能

生物材料的剛度在確定從中發(fā)育出的特定類型的干細胞中起著至關重要的作用。已經發(fā)現，較軟的表面有助于神經細胞的形成，而較硬的基質則有助于細胞轉化為骨細胞。例如，研究表明，人間充質干細胞（MSC）在不同硬度水平的凝膠上生長時可以轉化為特定的細胞類型。MSC分化為神經細胞或骨細胞受其培養(yǎng)表面類型的影響，無論是軟表面還是硬表面。這突出了表面柔軟度或硬度在指導干細胞分化為特定細胞類型方面的重要性。

3.地形引導

細胞行為，包括粘附在表面、生長模式和轉化為不同的細胞類型，可能會受到這些表面的設計和特征的嚴重影響。為此目的專門設計的表面已被引入，以促進干細胞的排列并影響它們分化為各種細胞類型。研究表明，特定的表面圖案，如凹槽或脊，促進細胞附著和組織化，促進骨骼生長。這些物理特征與化學信號相互作用以指導干細胞，為它們進化成其他細胞類型創(chuàng)造最佳環(huán)境。

【NO.3】細胞移植的挑戰(zhàn)

細胞移植面臨諸如遞送過程中的機械剪切應力、免疫排斥和反式種植后失巢凋亡（脫離誘導的細胞凋亡）等障礙。生物力學通過以下方式解決這些問題：

1.提供結構支撐：具有可調粘彈性的水凝膠可保護細胞免受剪切力。

2.免疫調節(jié)：基于殼聚糖的支架通過抑制TLR-4減少巨噬細胞促炎反應。

3.增強植入：ECM模擬肽（例如RGD序列）可將細胞粘附和存活率提高60%。

最近的創(chuàng)新包括用于異質組織再生的具有空間分級剛度的3D生物打印支架，以及使用干細胞衍生組織模擬人類病理生理學的微流體器官芯片平臺。本綜述評估了生物材料的進步如何克服這些挑戰(zhàn)，同時強調了降解率、細胞毒性和臨床可擴展性方面的局限性。

【NO.4】生物材料的類型

在再生醫(yī)學領域，尤其是在干細胞研究中，生物材料是必不可少的組成部分。它們可以分為各種類型，每種類型都具有獨特的特性，可以增強這些特性以改善干細胞的功能并促進它們轉化為不同的細胞類型。主要類別包括天然聚合物、合成聚合物、水凝膠和納米材料。生物材料按來源和結構分類，每種材料都有不同的優(yōu)點和局限性（表1）：

表1：生物材料類別 – 特性和應用

1.天然聚合物

在組織工程中，膠原蛋白、明膠、藻酸鹽和殼聚糖等天然物質因其生物相容性和與生物系統(tǒng)相互作用的有效性而經常被使用。這些材料模擬天然組織中存在的ECM環(huán)境，促進干細胞附著和發(fā)育成不同的細胞類型。這些生物材料與身體相結合的有效性以及它們的自然分解使它們對醫(yī)療保健目的具有價值。

1.1.膠原蛋白

作為ECM的關鍵成分，膠原蛋白具有高度的吸引力。基于膠原蛋白的結構已被證明可有效促進間充質干細胞（MSC）轉化為骨和軟骨細胞。膠原蛋白是存在于人體中的主要蛋白質。它在保持組織連接方面發(fā)揮作用，并使細胞能夠相互連接并增殖。它的纖維狀排列有助于三維支架的發(fā)展，這些支架與我們體內發(fā)現的ECM非常相似。科學家們廣泛研究了膠原蛋白衍生的支架，以幫助皮膚恢復、骨骼修復和軟骨形成。研究結果顯示，在膠原蛋白基質上培育的干細胞轉化為骨骼和軟骨細胞的能力有所提高。

1.2.殼聚糖

殼聚糖起源于甲殼素。作為一種天然存在的材料，它可以防止細菌并有助于傷口的愈合過程。因為它可以分解自然并且環(huán)保，所以它是一系列醫(yī)療用途的理想選擇。殼聚糖可以制成薄膜、凝膠或海綿，以促進干細胞生長并為其發(fā)育提供必要的關鍵元素。（圖3）。

圖3：促進組織愈合的殼聚糖成分

1.3.明膠

明膠是膠原蛋白的一種改性形式，保留了其許多有益特性。這種物質通常被嵌入到水凝膠和結構中，因為它有助于增強細胞附著。化學改性可以提高明膠材料的強度并提高其降解率，使其適用于組織工程應用。

1.4.透明質酸

自然界中發(fā)現的一種物質;它在我們細胞的結構構成中起著至關重要的作用。它促進細胞的相互作用和移動性。使用透明質酸水凝膠對干細胞和生長因子的保存非常有益。它們產生一個潮濕的環(huán)境，促進細胞生長和轉化。

1.5.海藻酸鹽

海藻酸鹽是一種用于制造能夠封裝干細胞的凝膠的材料。通過緩慢釋放重要蛋白質，這些凝膠在引導干細胞成為不同種類的細胞方面發(fā)揮著至關重要的作用。這種被稱為海藻酸鹽的物質來源于棕色海藻。在醫(yī)學領域，它經常被用來促進新組織的愈合和再生，因為它與身體有效相互作用并形成封裝干細胞的凝膠。

研究表明，封裝在藻酸鹽凝膠中的脂肪來源干細胞（ADSC）仍具有活力，并在較長時間內保持其原始結構。

2.合成聚合物

合成聚合物的強度可以變化，并且可以調節(jié)其降解速率。聚乳酸（PLA）、聚乙醇酸（PGA）和聚己內酯（PCL）是一些常用的人造材料。

2.1.聚乳酸（PLA）

PLA是一種自然分解的塑料。它來自可持續(xù)來源，包括玉米淀粉和甘蔗。由于其令人印象深刻的強度和可控的分解率，它被廣泛用于組織工程領域。可以為PLA支架創(chuàng)建不同的配置，例如海綿狀形式，以促進細胞遷移和營養(yǎng)物質運輸。研究表明，當與適當的支持材料結合使用時，PLA可以促進間充質干細胞（MSC）的生長和轉化為成骨細胞，稱為成骨細胞。

2.2.聚己內酯（PCL）

PCL是一種可以自然分解的塑料。它以其靈活性和較長的分解時間而著稱。這種方法經常用于需要擴展支持的情況，例如促進骨骼的恢復。PCL支架的逐漸分解使其能夠有效地促進干細胞向脂肪細胞和骨細胞的轉化。PCL支架可以使用一種稱為靜電紡絲的方法制成微小的纖維結構。通過類似于天然組織，這些結構促進了細胞的更好附著和發(fā)育。

2.3.聚（乙醇酸）（PGA）

PGA比PLA和PCL分解得更快。它通常與各種材料一起使用，以形成耐用的支撐結構，這些結構也以適當的速度降解。由PLA和PGA塑料制成的結構有助于維持細胞形狀，同時促進干細胞的附著和增殖。支架的設計會影響GA如何促進干細胞分化為各種細胞類型。

3.水凝膠

水凝膠由吸引水的材料組成，是能夠吸收大量水的3D網絡。它們建立了一個柔韌和舒緩的框架，類似于身體的自然（ECM）。這些可以由來自自然界或人類創(chuàng)造的材料組成。由于水凝膠可以輕松適應不同的表面變化，因此它們特別有利于注射劑的交配和靶向藥物傳播。

3.1.天然水凝膠

天然水凝膠是藻酸鹽、明膠甲基丙烯酰（GelMA）和纖維蛋白凝膠等物質。這些水凝膠通過創(chuàng)造一個溫和濕潤的空間來模擬自然組織環(huán)境。明膠甲基丙烯酰（GelMA）是一種在光照下會變硬的凝膠。因此，科學家可以毫不費力地調整其耐用性和分解速度，這對干細胞研究中的各種研究都是有益的。基質膠來自小鼠癌細胞，富含有助于支持干細胞生長和發(fā)育的蛋白質。通過定制這些天然凝膠以對環(huán)境的變化做出反應，包括酸度或熱量的變化，它們可以以可控的方式有效地釋放所包含的細胞或營養(yǎng)物質。

3.2.合成水凝膠聚

乙二醇（PEG）等人造水凝膠可以改變?yōu)榫哂胁煌膹姸群头纸馑俣取Ｍㄟ^使用特定的蛋白質或生長物質，可以提高干細胞粘附和正確生長的能力。基于PEG的水凝膠用于創(chuàng)造專門的環(huán)境，通過摻入支持蛋白來促進干細胞轉化為神經細胞。

4.納米材料

納米材料之所以流行，是因為它們在非常小的尺度上具有特殊的品質。這些可以包含在生物體用來提高其性能的材料中。

4.1.納米顆粒

這些微小的顆粒可以幫助將藥物或基因直接發(fā)送到干細胞，提高它們發(fā)育成不同類型細胞的能力。例如，科學家們正在研究使用金納米顆粒將重要信號直接傳輸到干細胞的可能性。通過使用金和二氧化硅納米粒子，重要分子被引導至干細胞，促進它們在所需途徑中的發(fā)育。

4.2.納米纖維

靜電紡絲納米纖維可以類似于體內天然纖維的結構，發(fā)出影響細胞行為方式的重要信號。根據研究，微小結構的存在可以促進肌肉干細胞的組織和成熟。使用靜電紡絲納米纖維可以形成影響細胞定向并促進分化為特定形式的表面。

4.3.納米復合材料

納米復合材料是通過將微小顆粒（納米顆粒）與較厚的材料（聚合物）混合制成的。通過組合這些成分，我們可以提高材料的強度，同時確保它們對生物體安全。將小的羥基磷灰石顆粒摻入塑料支撐物中已被證明可以提高它們促進骨骼生長的有效性，這有利于骨組織工程應用。

【NO.5】不同生物材料之間的比較

膠原蛋白是在（ECM）中發(fā)現的一種主要蛋白質，支持細胞粘附、生長和分化為各種細胞類型。由于其出色的安全性且在體內快速分解，它非常適合軟組織修復。甲基丙烯酰化明膠（GelMA）和其他基于膠原蛋白的物質通常用于組織制造，因為它們可以進行改性以獲得更大的強度，并且與真實組織的外觀和感覺非常相似。殼聚糖來自甲殼素，甲殼素存在于甲殼類動物的殼或真菌中。它具有抗細菌特性，有助于細胞凝聚，并促進組織的愈合過程。由于其帶正電荷，它很容易粘附在帶負電荷的細胞膜上，從而簡化了干細胞的附著過程。一種來源于棕色海藻的化合物；當以溫和的方式加水時，海藻酸鹽可以產生凝膠狀物質。它創(chuàng)造了一個3D環(huán)境，幫助干細胞保持活力和發(fā)育。然而，它不能自行粘附在細胞上，這就是為什么我們需要摻入RGD等特定蛋白質以促進其附著。膠原蛋白是一種蛋白質，對于維持我們的皮膚、骨骼和各種其他身體成分的強度和健康至關重要。GelMA水凝膠能夠3D打印包含細胞和有益分子的復雜組織結構。這些結構調節(jié)干細胞分化成各種類型細胞的位置和方式。通過將膠原蛋白與BMP-2等生長因子相結合，可以促進骨骼生成，從而在骨骼愈合的早期評估中產生令人鼓舞的結果。注射殼聚糖制成的凝膠用于促進骨骼愈合。它們有助于將干細胞和生長因子運輸到所需的確切區(qū)域，幫助骨骼生長。殼聚糖納米纖維表現出與（ECM）相當的結構，通常用于促進神經修復。海藻酸鹽是一種來自海藻的物質。這種物質經常用于增加食品的厚度、生成凝膠或塑造各種產品的模具。

由藻酸鹽和透明質酸制成的凝膠可促進干細胞的生長并延長其活力，存活率超過77%。功能性海藻酸鹽支架可有效修復軟骨，刺激軟骨細胞生長的成功率達到80%。一個顯著的缺點是酶會導致膠原蛋白迅速分解，使其在苛刻情況下的應用復雜化。雖然交聯(lián)可以增強材料強度，但它可能會降低它們與活細胞的生物相容性。殼聚糖批次之間的差異及其在中性pH值下的溶解度挑戰(zhàn)可能使其在醫(yī)療環(huán)境中的一致應用變得復雜。

海藻酸鹽強度不大，當應用于承重區(qū)域（例如骨骼）時需要加固。如果膠原蛋白來源于動物且加工不當，則可能會發(fā)生與膠原蛋白相關的免疫反應。存在導致體內感染或反應的細菌風險。隨著時間的推移，稱為巨噬細胞的免疫細胞在藻酸鹽周圍形成纖維帽蘇爾可能會對其性能產生負面影響。身體利用某種物質的效率及其成功結果的頻率。膠原蛋白支架在幫助細胞粘附方面表現出令人印象深刻的85%成功率，并顯示出促進骨愈合的巨大潛力，成功率達到70%。由殼聚糖和藻酸鹽制成的水凝膠促進軟骨細胞生長，軟骨修復成功率達到70%。PLA（聚乳酸）是一種可生物降解的塑料，可以對其進行改性以表現出不同程度的耐用性。它有利于制作用于支撐骨骼的結構。PLA的分解導致乳酸的形成，從而影響其周圍環(huán)境的酸度。PCL（聚己內酯）是一種會逐漸分解的耐用材料。這些屬性使其成為用于長時間使用的設備或需要強度的物品的熱門選擇。

PEG（聚乙二醇）：一種親水物質，可產生非反應性凝膠。由于它缺乏對蛋白質，PEG通常用于藥物輸送，并在軟組織工程中起結構輔助作用。通過將PLA與β-磷酸三鈣或羥基磷灰石等物質結合使用，我們可以創(chuàng)造出促進骨骼愈合的強大支撐物。靜電紡絲產生的PCL纖維結構模擬細胞外基質，支持干細胞發(fā)育和轉化為軟骨和肌腱等組織。具有受控分解時間的改性PCL膜提高了它們對不同醫(yī)療用途的幫助。

獨特的PEG凝膠可以緩慢輸送生長因子，包括VEGF，研究表明促進新血管形成的成功率為75%。基于PEG的注射凝膠有助于在干細胞被放入體內的過程中保持活力（超過90%存活）。隨著時間的推移，PLA會分解成酸性物質，從而導致炎癥。由于其疏水性，PCL最初會對細胞附著構成挑戰(zhàn)，除非表面經過一些修飾。PEG修飾不足可能會導致對周圍組織造成壓力或觸發(fā)免疫系統(tǒng)的反應。PLA支架折疊在實驗室測試中顯示出65%的骨愈合成功率，因為我們能夠改變它們的強度和靈活性。基于PEG的系統(tǒng)在生物打印使用中顯示出超過90%的細胞存活率，并實現了約75%的受控藥物釋放成功率。水凝膠，包括由藻酸鹽、PEG和殼聚糖/藻酸鹽混合物制成的水凝膠，提供潮濕的3D結構，與天然體溶膠的特性非常相似。藻酸鹽水凝膠中存在許多微小的孔和高表面積，當它們嵌入凝膠中時，可以促進營養(yǎng)擴散并支持細胞存活。超過77%的細胞存活兩周以上。為了安全地促進特定的細胞相互作用，基于PEG的水凝膠通常采用獨特的肽設計，這些肽不會在體內引起反應。

通過將殼聚糖與海藻酸鹽混合，混合物增強了殼聚糖的抗菌作用和海藻酸鹽的凝膠形成特性，有助于增強軟骨愈合。通常，水凝膠的強度不足，除非對其進行增強以提高性能。海藻酸鹽需要鈣離子來保持其形狀，但它會在體內迅速分解。如果設計不當，PEG水凝膠可能會被身體的免疫系統(tǒng)排斥，或者可能會因過度腫脹而受到傷害。水凝膠非常成功，有效率從80%到90%不等，尤其是在軟組織應用中，例如軟骨修復和3D打印組織創(chuàng)建。這是因為它們具有與自然身體組織相似的品質。

由于它們較大的表面積和有效導電的能力，氧化石墨烯和碳納米管等納米材料具有非凡的適當聯(lián)系。氧化石墨烯的使用通過優(yōu)化腦細胞之間的連接來支持改善腦細胞之間的相互作用。在大腦連接研究中，它變得更好了大約60%。碳納米管的準確率約為75%，通常用作傳感器來定位干細胞產生的物質。使用納米材料可能會對細胞產生不利影響。氧化石墨烯會產生活性氧分子（ROS），使細胞存活率降低約20%。碳納米管表面的處理對于減少對血細胞造成損傷的可能性是必要的。

【NO.6】在組織工程中的應用

先進材料的使用與干細胞技術相結合，為組織構建帶來了令人興奮的機會，大大提高了愈合多個身體部位的有效性。

1.骨再生材料

如與間充質干細胞（MSC）一起使用的磷酸鈣陶瓷，已被發(fā)現有助于治愈大骨損傷。在骨愈合中，磷酸鈣陶瓷與稱為間充質干細胞的特定干細胞相結合，在幫助修復大骨損傷方面顯示出巨大的前景。通過鴯鹋利用天然骨骼的礦物質成分，這些生物群落為干細胞生長和轉化為骨細胞創(chuàng)造了合適的環(huán)境，這對骨骼發(fā)育至關重要。研究表明，由磷酸鈣陶瓷制成的支架有助于MSC附著和生長。此外，這些細胞促進成為成骨細胞的過程，有助于在早期試驗中更有效地進行骨愈合。

2.心臟再生

科學家正在使用與心臟干細胞混合的特殊凝膠來幫助修復心臟病發(fā)作后受損的心臟組織。這些水凝膠有助于運輸干細胞并為受損組織提供幫助。水凝膠中含有生長因子可以支持細胞存活并促進新血管的生長，這對于將血液輸送回受損區(qū)域至關重要。調查表明，這些方法可以提高心臟的性能并減少心臟病發(fā)作后發(fā)生的疤痕形成。為了修復心臟病發(fā)作后受損的心臟組織，科學家們將獨特的心臟細胞整合到水凝膠中。

3.神經再生

已經制造了有助于神經細胞更好地生長和愈合的新材料。這些物質促進能夠幫助恢復神經功能的特定細胞的形成。這些物質可以產生模擬神經組織周圍條件的電信號。這促進了神經細胞的健康生長和發(fā)育。研究表明，采用導電聚合物材料可以促進動物更好的神經恢復。這些復合物有助于神經干細胞的運動和成熟，使它們能夠轉化為可作的神經細胞。已經開發(fā)出創(chuàng)新的導電材料來幫助干細胞轉化以進行神經修復（圖4）。

圖4：將間充質干細胞納入醫(yī)學治療以支持身體恢復

【NO.7】3D生物打印

3D生物打印涉及包含活細胞和生物材料的生物墨水的逐層沉積，以創(chuàng)建三維結構。該技術允許對細胞放置進行精確的空間控制，并摻入多種細胞類型、生長因子和ECM基質成分。最近的研究強調了3D生物打印在干細胞應用中的幾項進展：

1.定制生物墨水

研究人員正在開發(fā)與天然組織的生化和機械特性非常相似的生物墨水。例如，Gao等人的一項研究報告了一種結合了明膠甲基丙烯酰（GelMA）和藻酸鹽的混合生物墨水，該墨水支持在以軟骨樣結構打印時將MSC分化為軟骨細胞。

2.血管化

生物打印組織內的血管結構整合對于營養(yǎng)物質和廢物交換至關重要。Fischer等人的一項研究表明，生物打印的血管網絡可以增強人類多能干細胞（hPSC）向心肌細胞的存活和分化，從而改善體外功能。

3.多材料打印

最近的進步允許在單個打印作業(yè)中使用多種材料，從而能夠創(chuàng)建異質組織。Zhao等人開發(fā)了一種多材料打印方法，允許空間控制生長因子的釋放，促進打印的骨樣結構中MSC的成骨分化。

【NO.8】微流體平臺

微流體平臺利用小規(guī)模通道在微觀尺度上縱流體，從而能夠精確控制細胞微環(huán)境。器官芯片系統(tǒng)復制人體器官的結構和功能，為研究干細胞行為提供動態(tài)環(huán)境。

1.干細胞分化中的應用

微流控技術在增強干細胞分化方面有多種應用。微流體設備可以產生信號分子或剪切應力的梯度，模擬生理條件。Choi等人的一項研究表明，在微流控系統(tǒng)中施加流體剪切應力通過促進細胞排列和增強血管生成標志物來增強MSC的內皮分化。微流控平臺允許同時分析多種條件，有助于對影響干細胞分化的因素進行高通量篩選。Lee等人的研究證明了一種微流控芯片，可以在hPSC上測試生長因子的各種組合，確定它們分化為神經譜系的最佳條件。器官芯片模型，這些模型整合了多種細胞類型，以創(chuàng)建更逼真的組織環(huán)境。例如，Viraj等人開發(fā)了一種肝臟芯片模型，該模型結合了肝干細胞和內皮細胞，允許在受控環(huán)境中研究肝臟分化和藥物代謝。

【NO.9】挑戰(zhàn)和未來方向

雖然干細胞開發(fā)材料已經取得了進步，但仍有許多挑戰(zhàn)有待解決。

【NO.10】可擴展性

制造足夠的生物材料用于臨床用途是相當困難的。關鍵挑戰(zhàn)之一是增加產量。為醫(yī)療保健目的大規(guī)模生產生物材料存在相當大的困難。現有技術經常導致材料難以大批量生產，同時保持穩(wěn)定的質量和性能。當我們認識到需要充足的生物材料供應以實現有效的組織再生時，這種限制的重要性就更加突出，尤其是在創(chuàng)建可能受益于使用患者的自己的組織。正在進行的研究側重于發(fā)現在不損害生物材料關鍵品質的情況下提高生物材料生產水平的策略。

【NO.11】監(jiān)管障礙

遵循生物材料和干細胞治療規(guī)則需要完整的安全性和有效性信息。滿足生物材料和干細胞治療的法律要求和指南是一個需要克服的重要障礙。在允許在醫(yī)學中使用新的生物材料之前，監(jiān)管機構需要有關其安全性和有效性的全面數據。這個過程可能耗時且成本高昂，這通常會阻礙有益的生物材料技術從實驗室迅速實施到實際醫(yī)療實踐中。證明生物材料對人體的安全性及其促進干細胞生長和分化的能力是一個復雜的過程，這給獲得監(jiān)管批準帶來了挑戰(zhàn)。

【NO.12】長期整合

確保生物材料能夠長時間有效地與身體組織整合而不導致并發(fā)癥至關重要。這是成功治療的關鍵。雖然生物材料應支持細胞的初始附著和生長，但它們也需要保持穩(wěn)定并在與周圍組織整合時隨著時間的推移表現良好。植入式生物材料的有效性會受到免疫系統(tǒng)反應、炎癥和材料降解速度等因素的顯著影響。然而，確保它們的長期整合仍然具有挑戰(zhàn)性。未來的研究應該優(yōu)先考慮智能材料的設計，這些材料能夠在細胞級別內迅速適應周圍環(huán)境的變化。這些材料可能包含根據pH值或溫度等周圍因素改變其特性的成分，從而提高它們在生物體內的有效性。此外，探索各種材料的組合以產生適應性支持物可以增強干細胞的功能并促進更好的組織愈合。這些創(chuàng)新概念將在應對當前挑戰(zhàn)和推動組織工程領域的發(fā)展方面發(fā)揮關鍵作用。

【NO.13】結論

生物材料取得的進步大大提高了我們引導干細胞分化為有助于組織再生的特定細胞類型的能力。這為多個醫(yī)學學科的治療開辟了新的、激動人心的途徑。研究人員可以通過檢查生物材料和干細胞之間的相互作用來開發(fā)改進的技術來創(chuàng)造功能性可移植組織。采用先進材料和干細胞技術可以有效支持骨骼愈合、心臟健康的恢復和神經的再生。然而，提高產量、遵守法規(guī)和確保與身體組織的長期兼容性等挑戰(zhàn)仍然是其在醫(yī)療機構中采用的重大障礙。隨后的研究應優(yōu)先考慮設計可以根據細胞周圍條件改變其特性的響應材料。科學家們應該探索合并各種材料以創(chuàng)建適應性結構的可能性。材料科學、生物學和醫(yī)學領域的合作對于應對這些挑戰(zhàn)并將最新發(fā)現轉化為有效療法至關重要。這將改善接受再生醫(yī)學治療的患者的預后。

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