由于Ⅰ型胶原能促进成骨细胞粘附、增殖和分化，增强其成骨能力。Mizuno等［22］将Ⅰ型胶原用作骨髓基质细胞的培养基质，发现骨髓基质细胞可定向分化为成骨细胞，最终形成含骨髓成份的新生骨组织，成骨过程中无软骨生成，而Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ型胶原上则未见新骨生成。
Ⅰ型胶原由于含特定的细胞识别信号(如某些氨基酸序列)，利于成骨细胞粘附、增殖和分化，但其最大的缺点是缺乏一定的机械强度，难以单独用作成骨细胞培养基质材料，可作为良好的材料包埋和添加剂。另外，还存在生理学性质不稳定和外来胶原引起的免疫反应等问题。
2.2 纤维蛋白
纤维蛋白单体在凝血酶作用下可聚合成立体网状结构的纤维蛋白凝胶。聚合后的纤维蛋白凝胶可通过释放β转化因子和血小板衍生生长因子等来促进细胞粘附、增殖并分泌基质，具有良好的生物相容性。另外，纤维蛋白凝胶可塑性强，通过降低凝血酶浓度的方法可延缓纤维蛋白聚合过程，为凝胶的塑形提供充分的时间。这种纤维蛋白凝胶来源于自身血液，避免了免疫原性问题，是较理想的细胞外基质材料。Sims等［14］首次报道了用纤维蛋白凝胶复合软骨细胞植入无胸腺小鼠皮下，12周后新生软骨组织为透明软骨，氨基葡聚糖与软骨湿重比接近正常软骨。
但是纤维蛋白凝胶也存在天然材料的共同缺点，如缺乏机械强度、大量获取困难、降解时间难以控制等，故也难以单独作为组织工程中成骨细胞种植基质材料。
2.3 甲壳素及其衍生物
甲壳素，亦称甲壳质、几丁质，是自然界中仅次于纤维素的天然多糖，广泛存在于昆虫、甲壳类动物外壳及真菌细胞壁中。经脱乙酰化反应变成甲壳胺，即壳聚糖。甲壳素一般不溶于水、碱和常规有机溶剂中。只溶于盐酸等无机酸及甲醇、乙醇等。高度脱乙酰化甲壳胺可溶于水。甲壳胺分子中有许多胺基和羟基，容易进行化学修饰和改性。这类天然多糖具有明显碱性、良好的生物相容性和生物可降解性。壳聚糖在体内溶菌酶、甲壳酶的作用下水解成低聚糖。由于壳聚糖的体内降解属于酶解作用，故难于对它的降解速度进行人为调控。降解产物为对人体无毒的N-乙酰氨基葡萄糖和氨基葡萄糖。降解过程中产生的低分子量甲壳素(胺)或其寡聚糖在体内不积累，无免疫原性。
Klokkevold等［23］研究了壳聚糖对体外成骨细胞分化和骨形成的影响。他们取胎鼠颅盖骨间充质细胞按3.5×105个/ml的细胞浓度种植于培养皿中，加入200 ml浓度为2 mg/ml的壳聚糖乙酸溶液共同培养14天，发现其成骨细胞克隆形成率为(6.2±1.2)个/皿，明显高于未加壳聚糖的对照组颗粒形成率(3.6±0.6)个/培养皿，新生骨组织的平均面积亦明显高于对照组。使用结果表明，壳聚糖具有促进前成骨细胞分化，加速骨形成的作用。倪斌等［24］用壳聚糖膜包绕骨缺损断端，认为它对骨膜下骨痂的生长能起导向作用。
壳聚糖的生物相容性一般认为是良好的，但这些评价大都是将壳聚糖制成膜材料、线材料和药物载体的研究观察到的。当材料的几何形状变化时，通过蛋白质和细胞在其表面触发反应，可能损害与它接触的细胞和组织。张建湘等［25］发现在壳聚糖钉周围的炎症反应较明显，表现在钉周围始终有以淋巴细胞、中性粒细胞和异物巨噬细胞为主的炎症反应存在，以及组织学上偶尔见到小脓肿形成。一般认为中性粒细胞和小脓肿是非特异的异物排斥反应，而异物巨噬细胞是可降解材料组织反应的免疫原性所致。壳聚糖钉周围的明显炎症反应也可能与正电荷密度增高有关，因此有人认为壳聚糖不适合作为体内埋植材料。
2.4 藻酸盐
藻酸盐是从海藻中分离出的一类多糖，是由D-mannuronate和L-guluronate组成的共聚物，在二价离子如钙离子存在时可通过离子交联作用形成开放晶格的水凝胶。藻酸钙水凝胶可塑性好，可预先制成各种形状。其力学强度与钙浓度和藻酸盐浓度均有关。在钙浓度高达500 mmol/L或藻酸盐浓度达4%时，对生物活性物质的渗透扩散仍无阻碍作用。藻酸钙通过酶解作用分解，产物对人体无毒害作用。因此，藻酸盐被用作伤口覆盖材料、药物载体和细胞培养载体等。
Paige等［26］采用藻酸钙水凝胶复合软骨细胞移植入小鼠皮下，产生新生软骨获得成功。这种藻酸钙水凝胶为细胞提供三维生长空间，与PLA、PGA等聚合物相比，藻酸钙水凝胶具有更好的亲水性，营养物质易于渗透等优点。但藻酸钙仍存在体内难降解、组成成份不稳定、不同成品纯度不一等不足，且植入体内后，随着钙离子的扩散丢失，藻酸钙难以维持其水凝胶样结构。
3 骨组织工程细胞外基质材料的发展方向
3.1 增强材料对成骨细胞的粘附力
细胞与材料的相互作用是组织工程研究的主要领域，其中细胞与材料的粘附是基础，细胞必须与材料发生适当的粘附，才能进行迁移、分化和增殖［27］。因此，新材料的开发和应用必须考虑是否有利于细胞粘附这一重要问题。
正常情况下，细胞与ECM的粘附主要通过特异性受体-整合素(Integrin)与ECM特异配体位点结合。Integrin是由α、β两个亚基组成的跨膜受体，已知有14个α亚基和8个β亚基。成骨细胞表达α1、α2、α3、α4、α5、αv、α6、β1、β3等亚基。α5β1为纤维连接蛋白(fibronectin,FN)受体，识别FN的精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(Arg-Gly-Asp,RGD)序列［28］；α2β1为Ⅰ型胶原受体，识别Ⅰ型胶原的α1(Ⅰ)链的天冬氨酸-甘氨酸-谷氨酸-丙氨酸(Asp-Gly-Glu-Ala,DGEA)序列［29］。Integrin一方面介导细胞与ECM和细胞-细胞间的粘附；另一方面激活信号传导通路，联系细胞外微环境与细胞内代谢活动，对细胞生长、代谢起重要作用。
因此，采取预衬或溶剂链接的方法，将FN、胶原或RGD、DGEA等促细胞粘附短肽引入基质材料的表面或整体，将促进细胞粘附、增强生长代谢。Garcia等［30］将FN预衬于生物活性玻璃表面，可显著增强其对成骨细胞的粘附力，并与FN的表面密度呈正相关，成骨细胞的粘附是由FN的RGD位点介导，用FN抗体或与FN竞争的短肽RGD可抑制成骨细胞的粘附。
但FN或胶原除粘附成骨细胞外，对其他多种细胞都有粘附力。骨组织工程用基质材料最好能对种子细胞具有特异性吸附作用，尽量减少非种子细胞
