图1 组织工程原理

功能膜或纺织材料在医用领域的应用越发广泛。与金属钛合金植入物类似，它们在再生医学领域及缺失病变组织移植方面具有很大的应用潜力。瑞士圣加仑EMPA实验室与伯尼尔大学医学院心血管外科临床专业的Hendrik Tevaearai教授及弗里堡大学心脏病学专业的Marie-No?lle Giraud博士合作，研发出一种新型功能性纺织材料，并对其应用于肌肉组织修复方面进行了评估。

1 极具应用前景的组织工程治疗手段

人体正常的肌肉组织质量超过人体质量的30%，其包含有600多块的独立肌肉，负责完成各种形体姿态、身体移动及定向运动；另外，还有超过47块的肌肉控制面部表情。因此，若人体因患上肿瘤、遭受截肢、受到枪伤或者基因疾病(如肌营养不良)等而产生大面积的肌肉缺陷，病患会感到严重的身体不适及精神压力。肌肉组织的自身修复能力十分有限，加之现今医疗技术手段难以治愈大块的肌肉缺失，目前的医疗手段主要侧重于缓解性治疗，倾向于减轻病痛引起的不适及控制肌肉萎缩，肌肉再生或移植尚未得到广泛的重视。

于是，组织工程作为一项备选的且极具应用前景的治疗策略，逐渐引起科学界的普遍关注。在过去10年里，交叉学科研究领域对组织工程的关注越来越多，大量的试验研究展示了在缺失或病变肌肉组织的再生或移植方面所取得的成果。

组织工程综合了材料学及细胞生物学领域的专业知识，注重自体细胞(来自病人)的培殖及体外组织结构的再生。再生的组织结构可移植到病人的肌肉缺失部位，形成再生肌肉组织。组织工程的原理如图1所示。具体操作：将取自病人活组织的细胞在体外隔离后培殖膨大，同时研制出合适的基质，采用静电纺丝技术形成非织造结构材料以培养细胞，继而形成功能性组织，最后将这种体外工程组织移植到病人受伤处，使新组织再生或取代坏组织。

2 静电纺丝、等离子体处理及细胞培殖

组织工程分为3个重要领域：细胞种类的选择及其隔离，培养基的生成及表征，细胞和培养基在适宜的培殖环境下生成功能性组织。

EMPA实验室主要关注培养基的设计、研制、功能化和表征，进而研发医用的膜结构。在自然环境下，自身器官内的细胞被浸在所谓的细胞外基质(ECM)中。大量的ECM由胶原蛋白纤维组成，其直径在数百个纳米级。体外培养基的设计模仿了这种纤维状结构，并赋予人工仿造结构，以提高细胞的吸附性和力学稳定性。基质的设计必须从移植后能够生物降解且不产生有毒降解物，同时能为细胞的增殖和分化提供适宜的微环境的角度出发。植入病人身体后，该组织不能产生任何排斥反应。

图2 静电纺原理

图3 静电纺纤维的扫描电子显微镜图

图4 肌细胞附着于静电纺纤维上

为满足上述要求，可采用静电纺技术制作纤维状的支架。静电纺能制出纤维直径在纳米级到微米级的非织造结构材料。静电纺原理：将聚合物溶液注入电场，形成喷射流体；流体经过紊乱运动后，在加速器上牵伸、干燥；再采用接收板采集纤维(图2)。聚集后的纤维形成了适宜细胞培殖的紧密多孔的非织造结构材料，十分适宜培殖细胞(图3)。通过改进静电纺工艺，可以加工出各种聚合物材料，并能按照纤维直径、形态、力学和化学性能设计工艺参数，如电压、喷丝头到接收板的距离、纺丝速度等。现有研究表明，聚己内酯(PCL)在这方面已有应用。

PCL是已通过美国食品药物管理局检测的一种聚合物，先前曾应用于医疗，如用作伤口缝合线。PCL可生物降解，植入后不影响二次手术，可在病人体内降解，不产生毒副作用。但PCL具有高疏水性，需依靠额外的表面涂层来增强细胞附着、药物扩散及生物相容性。EMPA实验室采用纺织工业广泛使用的后整理工艺，提高非织造结构材料的功能性，即采用无线电频率驱动低压等离子气体聚合产生CO2、C2H4气体，再使用氧化后的碳化氢对材料进行涂层。由羰基(—COOH，—COH)构成的纳米级涂层可增强材料的吸湿性。

瑞士伯尼尔大学医学院完成了体外培殖鼠类肌原细胞试验，且结果表明：肌肉细胞随着碳化氢等离子体涂层含氧量的增加而增殖。鼠类肌肉细胞先从老鼠体内取出并隔离，再在培养基上培养，融合为微小的肌纤维，即肌小管(图4)。图4(b)中纤维位于底层，细胞骨架被着色剂涂染成绿色，原子核被涂染成蓝色，肌原细胞融合成细长、多核的肌细胞。