支架是組織工程的關鍵要素之一。在肌肉組織工程中, 多孔支架具備獨特的優勢, 包括利于細胞的存活、成肌分化及血管長入等, 應用潛力巨大。多孔支架的性能與材料的性質密切相關, 此外支架的孔徑大小及孔隙率等直接影響細胞黏附、增殖與分化。本文就肌肉組織工程中常用多孔支架的種類、應用及優勢等作一綜述。
引用本文： 孫妍, 鄒玲, 劉鈞. 多孔支架在肌肉組織工程中的應用. 生物醫學工程學雜志, 2015, 32(6): 1343-1347. doi: 10.7507/1001-5515.20150237 復制
0 引言
由創傷、腫瘤、先天性缺陷、代謝性疾病等多種原因造成的肌肉缺損或功能喪失十分常見。目前，臨床上肌肉缺損主要是通過肌肉移植來進行形態和功能的修復，但可利用的肌肉來源有限，而且會對供區產生較大的損傷，同時還存在異體移植供體來源困難及免疫排斥等問題，這些因素使較大面積肌肉缺損的修復治療受到很大程度的限制。組織工程技術的出現，為肌肉缺損修復重建提供了一條新的途徑。支架作為細胞外基質的替代物，是組織工程的關鍵要素和核心技術之一。其中，多孔支架(porous scaffold)以其獨特的優勢使支架的性能得到很大改善，在肌肉組織工程中的具有很大的應用潛力。
1 肌肉組織工程支架常用材料的種類
支架的性能與材料的性質密切相關，目前常用的肌肉組織工程支架主要是水凝膠類材料及其它一些生物材料[1-3]。
1.1 水凝膠(hydrogel)
水凝膠是天然聚合物和合成聚合物的子類，在結構上類似于胞外基質，生物相容性良好，是理想的可注射支架材料，可用于充填不規則形狀缺損，可通過改良提高機械性能，應用前景良好，是肌肉組織工程常用的支架材料[1-3]。
1.1.1 天然水凝膠
包括纖維蛋白、膠原、藻酸鹽、殼聚糖、瓊脂糖等。其中纖維蛋白、膠原等材料已應用于臨床，但有可能導致機體的免疫反應。天然水凝膠多可用于肌肉組織工程，這些天然聚合物含有利于細胞吸附或維持不同功能的物質(如特定的蛋白質)，有好的生物相容性，結構穩定，可以引導細胞發育[2]。Guo等[4]成功利用纖維蛋白凝膠攜帶骨髓來源的心肌干細胞治療大鼠心肌梗死，纖維蛋白利于移植心肌干細胞的存活、遷移及成肌分化，促進新生血管的生成。
1.1.2 合成水凝膠
常用合成水凝膠包括聚乙烯醇(polyvinyl alcohol, PVA)、聚乙二醇(polyethylene glycol, PEG)、聚己內酯(polycaprolactone, PCL)、聚乳酸(polylactic acid, PLA)等及其衍生物，已被應用于肌肉組織工程[2]。相比天然聚合物，合成聚合物的理化性能更易改變。如Duling等[5]利用PCL降解速率慢，生物相容性好的性能，對其進行加工改造，用于組織工程。但合成水凝膠存在親水性差、降解產物可能會影響細胞生長等問題。
1.1.3 復合水凝膠
復合兩種或兩種以上的天然、合成水凝膠，目的在于使它們優勢互補，達到所需的理想性能。Pok等[6]利用明膠-殼聚糖凝膠類似胞外基質的多孔結構與良好的生物性能、PCL較高的機械強度，將PCL作為核心夾在明膠-殼聚糖水凝膠中，構建了一個“三明治”式的結構。該支架操作性好，降解速度適中，且細胞在支架構建的仿生環境中自由遷移、增殖、分化，最終和自身組織融合。
1.2 其他材料
無機生物材料陶瓷剛性高，可塑性低，較少用于肌肉組織工程的研究。研究表明生物活性玻璃與軟組織有良好的結合性，其生物相容性良好，降解產物能促進生長因子分泌及細胞增殖，可應用于肌肉組織工程[7]。近年有研究利用錐形玻璃纖維的不同降解速率產生管道來改善軸向細胞組織的生長，進而可促進再生組織血管化、神經化，對肌肉這種極性組織的再生比較有利[8]。脫細胞基質是用物理、化學、酶等方法處理得到無活細胞存在的胞外基質，具有良好的生物相容性，豐富的生長因子，因此在誘導組織再生方面具有較大的優勢，但可能存在免疫原性[9]。蠶絲具有一定的拉伸強度而且降解速度較慢，能滿足肌肉修復的力學強度要求，此外蠶絲生物相容性良好，前期研究表明蠶絲適用于肌肉缺損修復[10]。
2 多孔支架在肌肉再生領域的應用
不同多孔材料結構可具有一定的差異，多孔支架的孔徑、孔的方向、孔隙率、孔的連通性可影響多孔支架的性能。孔徑大小一般在10~1 000μm，大孔支架(macroporous scaffold，孔徑＞100μm)更利于養分供給、代謝物傳輸及細胞與血管長入[11]。在應用不同材料、不同方法制備多孔支架時要合理設計，在保證較大孔徑、較高孔隙率、較高孔連通性的前提下，維持支架的強度和穩定性。肌肉組織再生中常用溶液澆鑄-顆粒濾除法、冷凍干燥法、靜電紡絲法、添加致孔微球法及快速成型法等制備多孔支架[12]，以下是上述方法制備多孔支架的性能比較。
2.1 溶液澆鑄-顆粒濾除法
將組織工程材料、致孔顆粒溶于有機溶劑中形成均勻溶液，然后有機溶劑揮發除去，形成三維支架，最后用材料不溶而致孔顆粒溶解的溶劑使顆粒浸泡濾除制成多孔三維支架。Gong等[13]利用該技術制成孔隙率達90%的帶有軸向孔徑梯度的多層大孔PLA支架，通過控制鹽與聚合物的比例、鹽的顆粒直徑分別來控制孔隙率、孔徑。該法簡單、快捷，適用范圍廣，孔隙率、孔徑易于調節；但一次只能制成較薄的支架，操作過程中需用到有機溶劑，且存在致孔劑顆粒殘留的問題。Lee等[14]通過控制致孔顆粒大小產生不同孔徑的支架，研究不同孔徑對平滑肌細胞黏附、增殖的影響，結果表明超過一定范圍，孔徑增大并不會明顯改善細胞生長，且不同細胞生長對孔徑要求也不同。
2.2 冷凍干燥法
將水凝膠等支架在低溫下冷凍發生相分離，經冷凍干燥除去分散的溶劑而形成多孔結構。Kroehne等[15]利用冷凍干燥法，控制溫度以相同速度冷卻，產生沿溫度梯度排列的指狀冰晶，冰晶升華產生有序多孔膠原支架。該種支架用于肌肉組織工程時，支架使得大量單個細胞分布在缺損肌組織的特定位置，內部的幾何結構可促使隨意分布的細胞形成穩定的肌組織。該法易于操作，避免了高溫，利于生物活性分子的引入和控釋，不足之處是該法所產生的孔尺寸偏小，同時冷凍、干燥過程中冰晶產生的機械應力可能對多孔支架的穩定性產生影響[16]。
2.3 靜電紡絲法
在高壓靜電作用下高聚物溶液或熔體經分化、拉伸、收集可獲得平行或無序排列的納米纖維，可通過改變靜電紡絲的參數來改變纖維的直徑及排列方向。Aviss等[17]通過控制接地極的旋轉速度，產生一種纖維無序排列的支架(300 r/min)和一種纖維有序排列的支架(1 500 r/min)，并將支架用于肌肉再生。比較兩種支架的性能表明，有序支架在機械強度、伸長率、誘導細胞分化等方面都優于無序支架。該法產生的纖維直徑可達納米級，精細程度高，纖維交錯編織構成的支架具有一定的力學性能，孔隙率高且具有良好的生物仿生性能。但此法并非產生細胞外基質(extracellular matrix, ECM)類似物的理想方法，比如聚合物經過電紡、沉積最終得到的纖維直徑往往是微米級，超過ECM構成纖維直徑(50~500 nm)的上限。Blakeney等[18]改進電紡技術，制備了一個低密度、未經壓縮的三維棉球狀支架，極大地增加了孔隙率和孔內部連通性，改善細胞的滲入和增殖活力，利于組織再生。該法產生的纖維直徑可達納米級，精細程度高，纖維交錯編織構成的支架具有一定的力學性能、高孔隙率及良好的生物仿生性能。
2.4 添加致孔微球法
添加致孔微球法是將支架中植入致孔微球，致孔微球降解后留下空隙形成多孔支架。可以通過控制致孔微球的大小、數量、排列來調控支架的孔徑大小、孔隙率、孔的排列及連通性。有學者在水凝膠支架中添加冷凍明膠微球[19]，隨后微球融化致孔。但微球是在4℃低溫下凝膠化形成的，這種低溫環境可能對細胞生長產生不利影響。Liu等[11]將氧化的藻酸鹽和纖維蛋白制成快速降解微球，植入到纖維蛋白凝膠中可得到大孔支架材料，研究得出35%的微球含量可保持纖維蛋白穩定不收縮，并能獲得最大程度的細胞增殖量，并將支架成功用于構建工程化肌肉組織。這種大孔支架材料具有可注射性，可用于肌肉缺損部位的微創、原位塑形修復。
2.5 快速成型法
快速成型法近年來發展迅速，應用領域廣泛，其是將預設計的復雜結構件，經過計算機處理離散化為面、線、點數據作為結構單元，實現結構單元有序堆積、累加過程，最后自動粘接成型。在多孔支架制備方面應用較多的是三維打印和熔融堆積成型技術。該法成型時間短，可重復性高，利于規模化生產；但其產生的多孔支架孔隙率偏低, 材料類型受限，技術準備方面還不充分[20]。因此，快速成型技術在多孔支架制造方面尚有較大的發展空間。
多孔支架制備方法多樣，當然，也存在各自的不足之處。近年來，有學者將上述方法改良或幾種方法復合來制備多孔支架。Lee等[21]應用間接三維打印技術來制備生物仿生支架，先打印一個含明膠致孔劑的模具，再利用致孔劑粒子濾出產生三維多孔支架，應用該技術的材料類型較直接打印技術多，且產生的多孔支架有良好的細胞相容性和生物活性。不同技術結合制備多孔支架，可以彌補單一制備技術存在的不足之處，在組織再生多孔支架的制備中具有獨特的優勢。如何能將各種方法的優勢結合起來，制備出既能釋放生物活性物質，生物和力學性能又好，又符合理想支架基本要求的組織工程多孔支架是未來需要研究的方向之一。
3 多孔支架用于肌肉再生的優勢
3.1 利于細胞的存活
與無孔支架相比，多孔支架利于氧氣、營養物質、代謝廢物在支架內外交換。良好的物質交換可增強細胞活性，促進細胞的增殖、黏附、遷移[11, 18, 22]。研究還發現細胞與組織工程支架復合時呈現一種特殊生長現象——邊緣旺盛現象[23]，即與基質中間相比細胞在水凝膠的邊緣增殖更加旺盛。由于多孔支架的表面積大，多孔結構會極大地提高細胞的增殖潛力[11, 24]。
3.2 影響成肌分化
成肌分化與細胞的形態密切相關。多孔支架比無孔支架更利于細胞延展，而細胞延展對于成肌分化具有十分重要的意義[24-25]。體內肌肉組織呈極性生長，肌管按一定的空間走向平行排列，因此構建出極性排列的肌管才能符合肌生理要求。研究發現，在隨意排列的納米纖維基質中，肌細胞呈現扁平、多級性，而在整齊排列的纖維中細胞黏附單個纖維且呈現雙極性，而整齊排列的纖維基質中形成的肌管比隨意排列中形成得更長[26-27]。Jana等[28]將殼聚糖制成多孔支架，其孔是單向微管孔，離散的肌管沿孔的長軸形成。該研究提示，有序排列的孔加上合適的支架材料能促進肌細胞定向遷移、延長、成熟，隨后肌細胞可融合形成有序排列的肌管。此外，可利用錐形玻璃纖維的不同降解速率實現肌肉的極性再生[8]，因此可嘗試生物玻璃與其它材料形成復合多孔支架材料，形成具有較好綜合性能的用于肌肉組織工程領域的新型支架材料。
3.3 利于血管長入
當工程化組織的厚度超過150~200μm時，組織內部將缺氧而影響細胞活性[29]。顯然大多數肌肉組織超過該厚度，只有血管長入才能有效地進行氧氣、營養物質、代謝廢物的交換。多孔支架可使周圍血管更易長入植入區。研究表明，在一定范圍內，多孔支架的孔徑越大，血管長入支架中心的時間越短，同時長入的血管也越多[30-31]。Artel等[30]研究發現多孔支架孔徑在160~270μm時會獲得較快、較廣泛的血管再生。另一方面，較高的孔連通性有利于細胞遷移，從而促進血管化。Thomson等[32]將纖維蛋白制成了內部連通的多孔、多微管支架，并植入心肌細胞、內皮細胞及成纖維細胞，該支架結構設計提高了移植細胞的存活率，利于預血管網絡的生成，促進心肌組織再生并與宿主組織整合良好。
3.4 利于負載各種物質
多孔性使得支架具有較大的表面積，利于細胞的定植，亦成為負載各種生物活性物質的優良載體。有學者將血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)，胰島素樣生長因子-1 (insulin like growth factor 1, IGF-1)等因子載入多孔支架，不僅促進血管形成，還較早地形成肌肉組織，使再生的肌肉組織持續快速地生長，加速再生過程[33]。
4 展望
多孔支架作為細胞外基質的替代物，經過不斷地優化、改進，其理化性能逐漸接近胞外基質。現有材料制備技術已經制備出較大孔徑、較高孔隙率、較好內部連通性的多孔支架，這些材料在肌肉再生領域具有一定的光明前景。同時，肌肉組織作為極性組織，其再生過程對支架材料、結構要求具有自身特殊性。制備出具有促進極性排列肌管再生能力的多孔支架是未來肌肉組織工程的重要研究方向之一。
0 引言
由創傷、腫瘤、先天性缺陷、代謝性疾病等多種原因造成的肌肉缺損或功能喪失十分常見。目前，臨床上肌肉缺損主要是通過肌肉移植來進行形態和功能的修復，但可利用的肌肉來源有限，而且會對供區產生較大的損傷，同時還存在異體移植供體來源困難及免疫排斥等問題，這些因素使較大面積肌肉缺損的修復治療受到很大程度的限制。組織工程技術的出現，為肌肉缺損修復重建提供了一條新的途徑。支架作為細胞外基質的替代物，是組織工程的關鍵要素和核心技術之一。其中，多孔支架(porous scaffold)以其獨特的優勢使支架的性能得到很大改善，在肌肉組織工程中的具有很大的應用潛力。
1 肌肉組織工程支架常用材料的種類
支架的性能與材料的性質密切相關，目前常用的肌肉組織工程支架主要是水凝膠類材料及其它一些生物材料[1-3]。
1.1 水凝膠(hydrogel)
水凝膠是天然聚合物和合成聚合物的子類，在結構上類似于胞外基質，生物相容性良好，是理想的可注射支架材料，可用于充填不規則形狀缺損，可通過改良提高機械性能，應用前景良好，是肌肉組織工程常用的支架材料[1-3]。
1.1.1 天然水凝膠
包括纖維蛋白、膠原、藻酸鹽、殼聚糖、瓊脂糖等。其中纖維蛋白、膠原等材料已應用于臨床，但有可能導致機體的免疫反應。天然水凝膠多可用于肌肉組織工程，這些天然聚合物含有利于細胞吸附或維持不同功能的物質(如特定的蛋白質)，有好的生物相容性，結構穩定，可以引導細胞發育[2]。Guo等[4]成功利用纖維蛋白凝膠攜帶骨髓來源的心肌干細胞治療大鼠心肌梗死，纖維蛋白利于移植心肌干細胞的存活、遷移及成肌分化，促進新生血管的生成。
1.1.2 合成水凝膠
常用合成水凝膠包括聚乙烯醇(polyvinyl alcohol, PVA)、聚乙二醇(polyethylene glycol, PEG)、聚己內酯(polycaprolactone, PCL)、聚乳酸(polylactic acid, PLA)等及其衍生物，已被應用于肌肉組織工程[2]。相比天然聚合物，合成聚合物的理化性能更易改變。如Duling等[5]利用PCL降解速率慢，生物相容性好的性能，對其進行加工改造，用于組織工程。但合成水凝膠存在親水性差、降解產物可能會影響細胞生長等問題。
1.1.3 復合水凝膠
復合兩種或兩種以上的天然、合成水凝膠，目的在于使它們優勢互補，達到所需的理想性能。Pok等[6]利用明膠-殼聚糖凝膠類似胞外基質的多孔結構與良好的生物性能、PCL較高的機械強度，將PCL作為核心夾在明膠-殼聚糖水凝膠中，構建了一個“三明治”式的結構。該支架操作性好，降解速度適中，且細胞在支架構建的仿生環境中自由遷移、增殖、分化，最終和自身組織融合。
1.2 其他材料
無機生物材料陶瓷剛性高，可塑性低，較少用于肌肉組織工程的研究。研究表明生物活性玻璃與軟組織有良好的結合性，其生物相容性良好，降解產物能促進生長因子分泌及細胞增殖，可應用于肌肉組織工程[7]。近年有研究利用錐形玻璃纖維的不同降解速率產生管道來改善軸向細胞組織的生長，進而可促進再生組織血管化、神經化，對肌肉這種極性組織的再生比較有利[8]。脫細胞基質是用物理、化學、酶等方法處理得到無活細胞存在的胞外基質，具有良好的生物相容性，豐富的生長因子，因此在誘導組織再生方面具有較大的優勢，但可能存在免疫原性[9]。蠶絲具有一定的拉伸強度而且降解速度較慢，能滿足肌肉修復的力學強度要求，此外蠶絲生物相容性良好，前期研究表明蠶絲適用于肌肉缺損修復[10]。
2 多孔支架在肌肉再生領域的應用
不同多孔材料結構可具有一定的差異，多孔支架的孔徑、孔的方向、孔隙率、孔的連通性可影響多孔支架的性能。孔徑大小一般在10~1 000μm，大孔支架(macroporous scaffold，孔徑＞100μm)更利于養分供給、代謝物傳輸及細胞與血管長入[11]。在應用不同材料、不同方法制備多孔支架時要合理設計，在保證較大孔徑、較高孔隙率、較高孔連通性的前提下，維持支架的強度和穩定性。肌肉組織再生中常用溶液澆鑄-顆粒濾除法、冷凍干燥法、靜電紡絲法、添加致孔微球法及快速成型法等制備多孔支架[12]，以下是上述方法制備多孔支架的性能比較。
2.1 溶液澆鑄-顆粒濾除法
將組織工程材料、致孔顆粒溶于有機溶劑中形成均勻溶液，然后有機溶劑揮發除去，形成三維支架，最后用材料不溶而致孔顆粒溶解的溶劑使顆粒浸泡濾除制成多孔三維支架。Gong等[13]利用該技術制成孔隙率達90%的帶有軸向孔徑梯度的多層大孔PLA支架，通過控制鹽與聚合物的比例、鹽的顆粒直徑分別來控制孔隙率、孔徑。該法簡單、快捷，適用范圍廣，孔隙率、孔徑易于調節；但一次只能制成較薄的支架，操作過程中需用到有機溶劑，且存在致孔劑顆粒殘留的問題。Lee等[14]通過控制致孔顆粒大小產生不同孔徑的支架，研究不同孔徑對平滑肌細胞黏附、增殖的影響，結果表明超過一定范圍，孔徑增大并不會明顯改善細胞生長，且不同細胞生長對孔徑要求也不同。
2.2 冷凍干燥法
將水凝膠等支架在低溫下冷凍發生相分離，經冷凍干燥除去分散的溶劑而形成多孔結構。Kroehne等[15]利用冷凍干燥法，控制溫度以相同速度冷卻，產生沿溫度梯度排列的指狀冰晶，冰晶升華產生有序多孔膠原支架。該種支架用于肌肉組織工程時，支架使得大量單個細胞分布在缺損肌組織的特定位置，內部的幾何結構可促使隨意分布的細胞形成穩定的肌組織。該法易于操作，避免了高溫，利于生物活性分子的引入和控釋，不足之處是該法所產生的孔尺寸偏小，同時冷凍、干燥過程中冰晶產生的機械應力可能對多孔支架的穩定性產生影響[16]。
2.3 靜電紡絲法
在高壓靜電作用下高聚物溶液或熔體經分化、拉伸、收集可獲得平行或無序排列的納米纖維，可通過改變靜電紡絲的參數來改變纖維的直徑及排列方向。Aviss等[17]通過控制接地極的旋轉速度，產生一種纖維無序排列的支架(300 r/min)和一種纖維有序排列的支架(1 500 r/min)，并將支架用于肌肉再生。比較兩種支架的性能表明，有序支架在機械強度、伸長率、誘導細胞分化等方面都優于無序支架。該法產生的纖維直徑可達納米級，精細程度高，纖維交錯編織構成的支架具有一定的力學性能，孔隙率高且具有良好的生物仿生性能。但此法并非產生細胞外基質(extracellular matrix, ECM)類似物的理想方法，比如聚合物經過電紡、沉積最終得到的纖維直徑往往是微米級，超過ECM構成纖維直徑(50~500 nm)的上限。Blakeney等[18]改進電紡技術，制備了一個低密度、未經壓縮的三維棉球狀支架，極大地增加了孔隙率和孔內部連通性，改善細胞的滲入和增殖活力，利于組織再生。該法產生的纖維直徑可達納米級，精細程度高，纖維交錯編織構成的支架具有一定的力學性能、高孔隙率及良好的生物仿生性能。
2.4 添加致孔微球法
添加致孔微球法是將支架中植入致孔微球，致孔微球降解后留下空隙形成多孔支架。可以通過控制致孔微球的大小、數量、排列來調控支架的孔徑大小、孔隙率、孔的排列及連通性。有學者在水凝膠支架中添加冷凍明膠微球[19]，隨后微球融化致孔。但微球是在4℃低溫下凝膠化形成的，這種低溫環境可能對細胞生長產生不利影響。Liu等[11]將氧化的藻酸鹽和纖維蛋白制成快速降解微球，植入到纖維蛋白凝膠中可得到大孔支架材料，研究得出35%的微球含量可保持纖維蛋白穩定不收縮，并能獲得最大程度的細胞增殖量，并將支架成功用于構建工程化肌肉組織。這種大孔支架材料具有可注射性，可用于肌肉缺損部位的微創、原位塑形修復。
2.5 快速成型法
快速成型法近年來發展迅速，應用領域廣泛，其是將預設計的復雜結構件，經過計算機處理離散化為面、線、點數據作為結構單元，實現結構單元有序堆積、累加過程，最后自動粘接成型。在多孔支架制備方面應用較多的是三維打印和熔融堆積成型技術。該法成型時間短，可重復性高，利于規模化生產；但其產生的多孔支架孔隙率偏低, 材料類型受限，技術準備方面還不充分[20]。因此，快速成型技術在多孔支架制造方面尚有較大的發展空間。
多孔支架制備方法多樣，當然，也存在各自的不足之處。近年來，有學者將上述方法改良或幾種方法復合來制備多孔支架。Lee等[21]應用間接三維打印技術來制備生物仿生支架，先打印一個含明膠致孔劑的模具，再利用致孔劑粒子濾出產生三維多孔支架，應用該技術的材料類型較直接打印技術多，且產生的多孔支架有良好的細胞相容性和生物活性。不同技術結合制備多孔支架，可以彌補單一制備技術存在的不足之處，在組織再生多孔支架的制備中具有獨特的優勢。如何能將各種方法的優勢結合起來，制備出既能釋放生物活性物質，生物和力學性能又好，又符合理想支架基本要求的組織工程多孔支架是未來需要研究的方向之一。
3 多孔支架用于肌肉再生的優勢
3.1 利于細胞的存活
與無孔支架相比，多孔支架利于氧氣、營養物質、代謝廢物在支架內外交換。良好的物質交換可增強細胞活性，促進細胞的增殖、黏附、遷移[11, 18, 22]。研究還發現細胞與組織工程支架復合時呈現一種特殊生長現象——邊緣旺盛現象[23]，即與基質中間相比細胞在水凝膠的邊緣增殖更加旺盛。由于多孔支架的表面積大，多孔結構會極大地提高細胞的增殖潛力[11, 24]。
3.2 影響成肌分化
成肌分化與細胞的形態密切相關。多孔支架比無孔支架更利于細胞延展，而細胞延展對于成肌分化具有十分重要的意義[24-25]。體內肌肉組織呈極性生長，肌管按一定的空間走向平行排列，因此構建出極性排列的肌管才能符合肌生理要求。研究發現，在隨意排列的納米纖維基質中，肌細胞呈現扁平、多級性，而在整齊排列的纖維中細胞黏附單個纖維且呈現雙極性，而整齊排列的纖維基質中形成的肌管比隨意排列中形成得更長[26-27]。Jana等[28]將殼聚糖制成多孔支架，其孔是單向微管孔，離散的肌管沿孔的長軸形成。該研究提示，有序排列的孔加上合適的支架材料能促進肌細胞定向遷移、延長、成熟，隨后肌細胞可融合形成有序排列的肌管。此外，可利用錐形玻璃纖維的不同降解速率實現肌肉的極性再生[8]，因此可嘗試生物玻璃與其它材料形成復合多孔支架材料，形成具有較好綜合性能的用于肌肉組織工程領域的新型支架材料。
3.3 利于血管長入
當工程化組織的厚度超過150~200μm時，組織內部將缺氧而影響細胞活性[29]。顯然大多數肌肉組織超過該厚度，只有血管長入才能有效地進行氧氣、營養物質、代謝廢物的交換。多孔支架可使周圍血管更易長入植入區。研究表明，在一定范圍內，多孔支架的孔徑越大，血管長入支架中心的時間越短，同時長入的血管也越多[30-31]。Artel等[30]研究發現多孔支架孔徑在160~270μm時會獲得較快、較廣泛的血管再生。另一方面，較高的孔連通性有利于細胞遷移，從而促進血管化。Thomson等[32]將纖維蛋白制成了內部連通的多孔、多微管支架，并植入心肌細胞、內皮細胞及成纖維細胞，該支架結構設計提高了移植細胞的存活率，利于預血管網絡的生成，促進心肌組織再生并與宿主組織整合良好。
3.4 利于負載各種物質
多孔性使得支架具有較大的表面積，利于細胞的定植，亦成為負載各種生物活性物質的優良載體。有學者將血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)，胰島素樣生長因子-1 (insulin like growth factor 1, IGF-1)等因子載入多孔支架，不僅促進血管形成，還較早地形成肌肉組織，使再生的肌肉組織持續快速地生長，加速再生過程[33]。
4 展望
多孔支架作為細胞外基質的替代物，經過不斷地優化、改進，其理化性能逐漸接近胞外基質。現有材料制備技術已經制備出較大孔徑、較高孔隙率、較好內部連通性的多孔支架，這些材料在肌肉再生領域具有一定的光明前景。同時，肌肉組織作為極性組織，其再生過程對支架材料、結構要求具有自身特殊性。制備出具有促進極性排列肌管再生能力的多孔支架是未來肌肉組織工程的重要研究方向之一。