Biodegradable Polymers as the Pivotal Player in the Design of Tissue Engineering Scaffolds

Advanced healthcare materials - Tập 9 Số 13 - 2020
Fan Zhang1, Martin W. King2,1
1Wilson College of Textiles, North Carolina State University, Raleigh, NC 27606, USA
2College of Textiles, Donghua University, Songjiang District, Shanghai, 201620 China

Tóm tắt

Abstract

Biodegradable polymers play a pivotal role in in situ tissue engineering. Utilizing various technologies, researchers have been able to fabricate 3D tissue engineering scaffolds using biodegradable polymers. They serve as temporary templates, providing physical and biochemical signals to the cells and determining the successful outcome of tissue remodeling. Furthermore, a biodegradable scaffold also presents the fourth dimension for tissue engineering, namely time. The properties of the biodegradable polymer change over time, presenting continuously changing features during the degradation process. These changes become more complicated when different materials are combined together to fabricate a composite or heterogeneous scaffold. This review undertakes a systematic analysis of the basic characteristics of biodegradable polymers and describe recent advances in making composite biodegradable scaffolds for in situ tissue engineering and regenerative medicine. The interaction between implanted biodegradable biomaterials and the in vivo environment are also discussed, including the properties and functional changes of the degradable scaffold, the local effect of degradation on the contiguous tissue and their evaluation using both in vitro and in vivo models.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

10.1126/science.8493529

10.1038/s41467-019-12545-3

10.1089/ten.tea.2018.0306

10.1016/j.progpolymsci.2015.02.004

10.1038/s41598-018-27097-7

10.1126/scitranslmed.aau6210

10.1016/j.biomaterials.2017.11.041

10.7150/thno.29766

10.1073/pnas.1905966116

10.1038/nature03521

10.1088/1758-5090/ab15ce

10.1016/j.biomaterials.2019.03.015

10.1007/s12010-019-03135-6

10.1016/j.biomaterials.2018.01.002

10.1002/adma.201704235

10.1016/j.msec.2017.05.132

10.1016/j.msec.2018.12.084

10.1016/j.cej.2018.11.145

10.1088/1758-5090/ab14ff

10.1016/j.actbio.2019.05.013

King M. W., 2019, Biotechnology and Bioengineering

10.1038/s41467-018-03759-y

10.1021/acsbiomaterials.8b00419

10.1016/j.actbio.2017.12.042

10.1007/s10439-013-0933-0

10.1016/j.msec.2018.04.016

10.1083/jcb.201210152

10.1021/bm801197m

10.5301/jabfm.5000302

10.1038/nmat3339

10.1073/pnas.1521342113

10.1038/s41467-018-03759-y

10.1002/adma.201800242

10.1016/j.bprint.2018.e00032

10.1038/s41578-018-0077-9

10.1021/acs.biomac.9b00160

10.1016/j.biomaterials.2018.11.009

10.1016/j.devcel.2017.12.004

10.1002/smll.201702650

10.1016/S0092-8674(00)81801-2

10.1038/nrm3896

10.1186/s40824-019-0160-3

10.1088/1758-5090/ab1ee5

10.1038/srep29510

10.1038/s41598-017-10182-8

10.1088/1758-5090/aaa15d

10.1002/adfm.201706248

10.1126/sciadv.aat9365

10.1002/adfm.201300570

10.1016/j.biomaterials.2014.05.093

10.1002/term.2688

10.1038/ncb2074

10.3389/fphys.2018.00824

10.1016/j.actbio.2019.05.055

10.1038/340307a0

10.1016/j.biomaterials.2019.119334

10.1038/nmat2732

10.1016/j.biomaterials.2017.06.025

10.1002/adhm.201800672

10.1038/nmat4489

10.1016/j.molp.2019.03.001

10.1002/term.2948

10.1016/j.jmbbm.2018.04.002

10.1088/1758-5090/ab1a8b

H.Ramakrishna Ph.D. Thesis North Carolina State University2019.

10.1016/j.bpj.2014.04.051

10.3892/etm.2016.3206

10.1111/apha.12725

10.1016/j.biomaterials.2017.10.003

10.1016/j.bbamcr.2016.11.011

10.1016/j.stemcr.2017.05.035

10.1016/j.biomaterials.2014.04.018

10.1007/s10856-018-6144-3

10.1021/acs.biomac.8b00276

10.1016/j.msec.2016.12.116

10.1021/acsnano.6b08193

10.1002/adhm.201700845

10.1016/j.msec.2017.11.005

10.1016/S0021-9258(18)71604-9

10.1016/S1050-1738(03)00065-3

10.1242/dev.00223

10.1021/acsami.9b19452

Chen M., 2018, Biomed. Res. Int., 2018, 8472309

10.7150/thno.28315

10.1038/nbt1101-1029

10.1126/scitranslmed.3009696

10.1016/j.biomaterials.2017.10.025

10.1126/sciimmunol.aax4783

10.1002/jbm.b.34093

10.1002/jbm.b.33871

10.1155/2017/9616939

10.1016/j.matdes.2018.11.044

10.1016/j.colsurfb.2018.07.004

10.1016/j.biomaterials.2018.06.023

10.1089/ten.tea.2018.0167

10.1021/acsami.9b02502

10.1016/j.cej.2018.01.010

10.1021/acsbiomaterials.7b00692

10.1021/acsmacrolett.8b00424

10.1093/rb/rbx009

10.1016/j.bioactmat.2017.06.001

10.1021/acsami.7b17620

10.1039/C7LC01224A

10.1016/j.msec.2018.12.003

10.1016/j.msec.2019.03.014

10.1016/j.msec.2017.08.005

10.1016/j.msec.2019.02.062

10.1021/acsami.6b16488

10.1021/acsomega.7b01604

10.3390/molecules22122092

10.1021/acsami.8b02656

10.1089/scd.2018.0106

10.1002/adma.200306264

10.1038/nmat4570

10.1016/j.cej.2019.02.072

10.1016/j.msec.2016.03.035

10.1016/j.actbio.2018.12.040

10.1021/acsbiomaterials.8b01112

10.1021/acsami.7b18197

10.1002/marc.200800634

10.1002/adfm.201400828

Xie Y., 2019, Ph.D. Thesis

10.2147/IJN.S128030

10.1016/j.biomaterials.2017.06.004

10.1039/C8SM02575D

10.1016/j.biomaterials.2017.05.011

10.1088/1758-5090/aa730a

10.1016/j.biomaterials.2019.119229

10.1016/j.msec.2018.09.045

10.1016/j.actbio.2018.12.008

10.1016/j.carbpol.2018.03.033

10.1016/j.ijbiomac.2018.03.091

10.1016/j.ijbiomac.2019.04.113

10.1016/j.biomaterials.2019.119294

10.1016/j.biomaterials.2019.119451

10.1002/adma.201705912

10.1038/s41578-018-0023-x

10.1039/C6TB02484J

10.1016/j.actbio.2019.04.018

10.1089/ten.teb.2015.0380

10.1021/acsami.7b17020

10.1016/j.ijbiomac.2018.11.099

10.1002/jbm.a.35666

10.1002/adhm.201700836

10.1016/j.actbio.2017.12.025

10.1146/annurev-pharmtox-061616-030146

10.1038/nature21365

10.1016/j.addr.2006.03.004

10.1038/s41596-019-0208-9

10.1016/j.biomaterials.2015.09.027

10.1016/j.msec.2018.12.126

10.1021/acsabm.8b00769

10.1021/acs.nanolett.5b01688

10.1039/C9NR00313D

10.1002/adfm.201703437

10.1016/j.msec.2018.12.122

10.1038/s41563-019-0377-5

10.1002/advs.201801716

10.1529/biophysj.104.050682

10.1016/j.biomaterials.2004.01.066

10.1002/jbm.a.35766

10.1007/s10856-018-6033-9

10.1021/acsbiomaterials.7b01005

10.1002/term.2380

10.1016/j.actbio.2019.05.037

Vaid R., 2019, Proc. of Society for Biomaterials Annual Meeting, 1078

R.Vaid Ph.D. Thesis North Carolina State University2020.

10.1016/j.biomaterials.2014.02.029

10.1038/s41578-019-0129-9

Kong X., 2015, Int. J. Clin. Exp. Med., 8, 3498

10.1007/s10853-015-8946-8

10.1021/acsbiomaterials.7b00512

10.1021/ma2000948

10.1016/j.jconrel.2007.05.034

10.1016/j.biomaterials.2019.02.020

10.1007/s10856-017-6019-z

10.1016/j.msec.2014.02.007

10.1016/j.biomaterials.2010.05.008

10.1016/j.msec.2017.05.028

10.1080/21691401.2017.1337021

10.1016/j.msec.2019.03.070

10.1016/j.msec.2019.109927

10.1038/srep25897

10.1088/1748-605X/ab1d9c

10.1002/adhm.201800605

10.1364/BOE.5.004089

10.1016/j.biomaterials.2006.05.012

10.1038/s41563-019-0307-6

10.1016/j.jconrel.2015.05.279

10.1002/term.2569