雙層仿生骨組織支架材之設計及分析

組織工程的目的是為克服因捐贈者短缺的移植難題，及突破人工材料不能夠取代所有受傷或缺損的器官或組織。為容納細胞且使其成長及組織再生，組織工程需要有三維多孔的細胞外基質或支架。人工合成支架材料必須具備生物相容性，且與骨組織相近的結構及機械性。骨組織是一種複合材，主要是由有機相（膠原蛋白）與無機相（HA）構成。是以成功的取代材設計應以骨組織本質為藍圖。
矽是早期骨形成階段的重要微量元素，在低鈣濃度時其含量隨鈣而增加，但當新生骨組成接近氫氧基磷灰石時，則含量低於偵測極限值。材料中溶解的矽可刺激第一型膠原蛋白合成及造骨細胞分化。鍶可以促進骨形成及增加骨密度。由天然高分子（明膠與幾丁聚醣）與鍶鈣矽酸陶瓷組裝成類似於自然骨組織形態與性質的複合材，不僅克服陶瓷脆性而不損其機械性質，且具有高生物活性及骨鍵結能力。另一方面，成功的組織工程支架應在生物力學功能與生物因子（生長因子）輸送上達成平衡，以便支架降解時，能提供後續傳輸以利再生組織進行生物功能。
本三年計劃的主要目標是結合天然高分子及矽酸鈣鍶，製造骨組織工程用之新式仿生支架，研究支架設計對仿生複合材機械及生物性能之影響。第一年計劃將經由各種材料基本分析與體外模擬測試，達成仿生複合材製程參數最佳化，製程參數包括溶膠-凝膠法的前導物比例、粉體燒結溫度及高分子含量等。第二年將利用MG63細胞株研究此具潛力的材料之刺激骨細胞增殖、分化及其基因表現。作為蛋白質釋放之明膠高分子（或幾丁聚醣）載體將一併於本年度製備。最後一年將構築機械性質與海綿骨相近之多孔支架，藉此並開發出同時擁有多孔及緻密之雙層結構特性的骨組織支架，且具蛋白質生長因子釋放功能。本三年計畫兼顧基礎研究及醫學應用，預期此三年研究結果在生醫材料及生物科技領域上會有其顯著效能。