铜离子在骨组织工程中的应用生物相容性抗菌性血管生成活性及成骨活性

摘要：

文题释义：

组织工程学：是一门将生物学、医学和材料工程学等学科结合，进行体内或体外构建组织或器官的新兴学科，致力于发展生物材料以修复、替代、提高人体器官及其功能。组织工程的四要素主要包括种子细胞、生物材料、细胞与生物材料的整合以及植入物与体内微环境的整合。组织工程学的发展提供了新的组织再生技术手段，将改变外科传统治疗模式，步入无创修复的新阶段。

铜离子：是由铜原子失去最外层的两个电子得到的，通常显蓝色，水合铜离子呈蓝色，故常见的铜盐溶液大多呈蓝色，是一种具有良好的生物相容性、抗菌性、血管生成活性及成骨活性的离子。

背景：铜离子因具有良好的生物相容性、抗菌性、血管生成活性及成骨活性在骨组织工程领域研究和应用正日益深入。

目的：总结铜离子在在骨组织工程领域研究和应用及未来的发展方向。

方法：检索2000年2月至2021年2月期间PubMed 数据库、中国知网、万方数据库收录的文献，中文检索词为“铜，生物相容性，抗菌性，血管生成活性，成骨活性，骨组织工程”，英文检索词为“copper，biocompatibility，antibacterial properties，angiogennesis，osteogenic differentiation，bone tissue engineering”。

结果与结论：①在骨组织领域中，铜离子具有良好的生物相容性、抗菌性、血管生成活性及成骨活性；在细胞水平上，铜离子可促进成骨细胞分化，抑制破骨细胞分化进而影响骨的代谢；在分子生物学水平上，铜离子可通过影响缺氧诱导因子1α通路、ERK1/2信号传导、整联蛋白信号传导、TLR信号传导等从而影响骨的代谢；②当前铜离子血管生成机制、成骨机制的研究相对较少；③对于铜离子在骨组织工程中应用的研究或可在一定程度上减少假体周围感染、假体松动等情况的发生。

https://orcid.org/0000-0001-5582-7249 (郭苏童)

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

关键词: 铜离子, 生物相容性, 抗菌性, 血管生成活性, 成骨活性, 骨组织工程, 综述

引用本文: 郭苏童, 郭 宇, 王 凌, 李雅欣, 丁育健, 高静锋, 徐海涛, 任天皓, 冯德宏. 铜离子在骨组织工程中的应用：生物相容性、抗菌性、 血管生成活性及成骨活性[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(21): 3410-3414.

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铜离子在骨组织工程中的应用：生物相容性、抗菌性、血管生成活性及成骨活性

铜元素对人体的好处?

1、铜的离子(铜质)对生物而言，不论是动物或植物，是必需的元素。人体缺乏铜会引起贫血，毛发异常，骨和动脉异常，以至脑障碍。但如过剩，会引起肝硬化、腹泻、呕吐、运动障碍和知觉神经障碍。

2、铜是人体必需的微量矿物质，在摄入后15分钟即可进入血液中，同时存在于红血球内外，可帮助铁质传递蛋白，在血红素形成过程中扮演催化的重要角色。而且在食物烹饪过程中，铜元素不易被破坏掉。

3、铜是人体健康不可缺少的微量营养素，对于血液、中枢神经和免疫系统，头发、皮肤和骨骼组织以及脑子和肝、心等内脏的发育和功能有重要影响。铜主要从日常饮食中摄入。

4、铜在人体内含量约100～150mg，血清铜正常值100～120μg/dl，是人体中含量位居第二的必需微量元素。含铜的酶有酪氨酸酶、单胺氧化酶、超氧化酶、超氧化物歧化酶、血铜蓝蛋白等。

5、铜对血红蛋白的形成起活化作用，促进铁的吸收和利用，在传递电子、弹性蛋白的合成、结缔组织的代谢、嘌呤代谢、磷脂及神经组织形成方面有重要意义。

扩展资料：

以下人员应特别注意对铜的摄入：

①孕妇、婴儿和儿童

他（她）们需要摄入较多的铜。保持体内钢的平衡是决定胎儿和婴儿成长快慢的一个主要因素，应特别关注。

②膳食不正常的人群

贫困地区营养不良的居民，生活难以自理（主要是老年人和残疾人）或有偏食习惯的人群，他们的膳食结构往往不合理容易由于缺铜而影响健康。

③某些病人

慢性肝炎的患者，定期接受血液透析以及长期依赖输液代替或补充进食的病人，应对他们的铜摄入量进行监测。此外，某些患有代谢异常的病人也应该注意缺铜的潜在影响。

④严重铜代谢异常的遗传病人

参考资料来源：百度百科-铜

铜元素对人体有何作用？铜元素过多或过少对身体有何影响？

　　铜在人体中的含量比铁少得多，仅为100-200毫克。
　　缺乏
　　其主要功能为辅助造血，即催化血红蛋白的合成。铜不足可影响铁的吸收，从而导致血红蛋白合成减少。铜还是碳水化合物代谢中的催化剂，也是多种酶的活性组成部分。因此，缺铜将使体内重要的酶活性降低，并可导致骨骼生成障碍，造成骨质疏松。缺铜还可发生脱发症以及白化病等，如常见的白癜风就跟血清中缺少铜离子有关系。铜还以脑铜蛋白的形式存在于中枢神经系统，所以缺铜会影响脑发育。
　　人和动物的血液中有铜蓝蛋白，这种多功能的氧化酶，其重要作用之一是催化Fe2+氧化为Fe3+，从而有利于体内贮备铁的动用和食物中铁的吸收。
　　食物来源
　　食物中各种动物肝脏、蛤蜊、鱼虾含铜较多，果品汁液中叶比较丰富。此外，红糖、豆浆、香菇、谷类、蔬菜中都含有一定量的铜。只要在膳食上合理搭配，通常可以保证人体对铜的需要量，一般也不会造成蓄积。
　　过量
　　普通膳食每天可以供给铜约2-5克，这已经能满足人体需要。供给量再大，则会积蓄，主要在肝脏内。
　　特殊用途
　　研究指出铜对于胚胎发育有重要作用http://www.sina.com.cn 2001年06月05日 08:58 新浪科技
　　美国华盛顿时间6月4日下午(北京时间6月5日凌晨)消息，美国国家科学研究院近日进行的研究显示，铜这种人体所需的营养物质对于胚胎的正常发育起着重要的作用。研究人员指出，巧克力和龙虾中虽富含铜元素，但他们并不建议怀孕妇女多吃巧克力。
　　科学家在利用老鼠进行的研究中发现，铜元素可以帮助未出生的老鼠进行正常的器官和组织发育。科学家之一、密歇根医科大学生物化学系教授丹尼斯-西尔勒在接受采访时表示 ：“我们几乎可以肯定的是，铜对未出生老鼠产生的影响力同样适用于人类。”
　　科学家指出，尽管大多数人可以从日常的饮食中获得铜，但是由于遗传的原因，一些人的基因使他们的机体无法正常摄取并利用这种营养物质。科学家还提出一种猜测，即一些妇女之所以流产的原因可能与基因缺陷有关，而这种基因缺陷又与铜元素缺乏有关。
　　科学家指出，人体需要铜元素来吸入氧气，在细胞中产生能量，帮助神经系统向各个器官传输信号，对铁元素进行代谢，发育血管，形成皮肤、腱以及毛发。但如果铜元素在体内的含量过高，则有可能导致中毒。
　　西尔勒教授和他的同事在实验中主要对一种名为Ctr1、可以帮助铜元素进入人体细胞的基因进行了研究。Ctr1基因的主要作用就是帮助铜元素通过细胞表面的隔膜进入细胞内部，由细胞内部的蛋白质负责将铜元素送入具体的细胞室。其间，研究人员将某些老鼠的基因进行了修改，使其缺少Ctr1，结果发现所有老鼠胚胎都在未出世前就死去了。另外，这些老鼠的胚胎较之正常胚胎体积小，而且器官及细胞发育中还存在重大缺陷。
　　专家指出，目前富含铜元素的食物包括巧克力、大豆、花生、龙虾、螃蟹、牡蛎以及其他甲壳类动物、菠菜和红酒等等。华盛顿大学的乔纳桑-吉特林博士表示：“我们早已知道铜是一种重要的元素，但这一研究使我们对这种元素对于胚胎发育的影响力有了全新的认识。”但是，这位博士表示他不会建议怀孕妇女因此而增加饮食中铜的摄入量。
　　吉特林博士说：“正好相反，因为铜同样是一种能够导致人体中毒的物质，所以我们并不建议怀孕妇女增加饮食中铜的含量。西尔勒教授也同意这一观点，他说：“怀孕妇女最好不要因此而有意补充铜的摄入量。”(清晨)