软骨支架材料的制备方法及优缺点

背景:软骨组织工程支架材料是提供空间和结构的平台,对软骨组织的再生至关重要,国内外学者均在尝试采用不同方式制备更理想的软骨组织工程支架材料。目的:综述软骨支架材料的设计原则和制备方式,并进一步探讨各种制备方法的优缺点。方法:应用计算机检索中国知网、万方、PubMed和FMRS数据库1998-2023年发表的与软骨组织工程中支架材料有关的文献,中文检索词包括“软骨修复,软骨组织工程,软骨支架材料,制备方法”,英文检索词包括“Cartilage repair,cartilage tissue engineering,cartilage scaffold materials,preparation”,最终选择57篇文献进行综述。结果与结论:①关节软骨结构特殊,其损伤后的自我修复能力较差,即使发生自我修复其新生的软骨通常为纤维软骨,无论是结构还是力学性能都远远不如正常关节软骨,难以维系正常的功能,通常很快就会发生退行性病变。目前设计制备软骨修复的支架材料需要考虑以下内容:生物相容性和生物降解性、适宜的孔隙结构和孔隙率、合适的力学性能及生物活性。②软骨支架制备的研究取得了显著进展,不断涌现出新的制备方法和优化策略,这些方法各有优劣,可以根据具体需求选择合适的方法为软骨支架的定制化制备和功能性设计提供了更多可能性。

高分子三维支架材料通过诱导外周巨噬细胞的极化促进成骨前体细胞分化

目的:考察硫酸软骨素-壳聚糖-羟基磷灰石(SF-CS-HA)三维支架材料对小鼠巨噬细胞极化的影响,并进一步研究骨免疫微环境调控对小鼠颅顶骨前体细胞在骨皮质外骨生成的影响。方法:制备SF-CS-HA三维支架材料,将支架材料与小鼠巨噬细胞RAW264.7共培养,流式细胞术检测巨噬细胞的M2型分化情况,RT-qPCR检测炎症因子基因的表达,Western blot检测TGF-β蛋白表达的变化。将巨噬细胞与SF-CS-HA三维支架材料共孵育后,制备条件培养基,比较完全培养基和条件培养基对小鼠颅顶骨前体细胞MC3T3-E1(3T3)增殖、迁移、ALP活性及形态变化,并通过Western blot检测骨生成相关蛋白的表达。最后,通过动物模型验证SF-CS-HA材料对于小鼠颅骨骨量增加的影响。结果:扫描电镜观察显示,SF-CS-HA三维支架材料表面和内部都具有均匀的空腔结构。流式细胞术检测结果显示,SF-CS-HA三维支架材料能够促进小鼠外周巨噬细胞向M2型极化。RT-qPCR和Western blot结果显示,SF-CS-HA三维支架材料提高了IL-10基因和TGF-β蛋白的表达量,降低了IL-1β基因的表达量。且SF-CS-HA三维支架能够促进MC3T3-E1细胞的增殖,显著提高ALP活性,增加细胞的迁移能力,提高细胞骨架蛋白Factin的生成。而条件培养基(骨免疫微环境调控下)对于MC3T3-E1细胞增殖和迁移能力的提升更为显著。此外,Western blot结果显示,骨免疫微环境调控下,骨生成蛋白OPN、COLA1、RUNX2、OCN和TGF-β显著增加。动物实验结果显示,SF-CS-HA材料能够在体内促进小鼠颅骨的新骨形成。结论:SF-CS-HA三维支架材料能够促进小鼠外周巨噬细胞的极化,且SF-CS-HA能够调控骨免疫微环境,促进骨细胞生成,在骨皮质外达到骨增量。

两种方案设计下支架材料对无牙上颌种植固定修复影响的有限元分析

背景:在上颌无牙颌种植体支持式固定修复治疗中,上部支架结构材料的选择及不同远端种植体植入方式的设计密切影响着全口种植修复体的长期稳定性。目的:采用三维有限元方法,综合研究3种材料的上部支架及2种固定种植设计方案对上颌种植固定修复生物力学的影响。方法:根据1名健康成人正常颌的锥形束CT资料,采用Mimics软件分离上颌骨及上颌牙列三维实体模型,利用Geomagic Studio软件结合具体的模型参数构建无牙上颌全牙弓种植固定义齿的三维有限元模型。依据上颌后牙区远中种植体植入方式设计的不同,建立两种方案模型:方案1,按照临床常规应用的“All-on-4”设计,即2个种植体垂直植入上颌骨的双侧侧切牙区,另2个种植体则倾斜30°植入到双侧第二前磨牙区;方案2,即2个种植体垂直植入上颌骨的侧切牙区,后牙区采用2个短植体垂直植入双侧第二前磨牙区;在两种方案设计中使用3种材料(钛、氧化锆及聚醚醚酮)分别对上部支架结构进行赋值,得到6个模型,随后对比分析在斜向加载力方向下种植体、周围骨组织及上部支架结构的生物力学效果。结果与结论:①无论采用何种材料的上部支架,在两种无牙颌种植固定修复方案设计下,每个模型的最大应力峰值均分布于后侧种植体周围的颈部区域和皮质骨处;②与方案2中采用短种植体垂直植入的替代设计相比,方案1在上颌骨上显示出更为理想的应力分布;③由聚醚醚酮材料构建的支架模型,向上颌骨接近载荷区的种植体和周围骨组织传递了更高的应力,其次是钛、氧化锆;对于支架本身,聚醚醚酮上部支架内部应力峰值均明显小于氧化锆和钛支架;在3种上部支架材料中,选用氧化锆支架更有利于分散种植体及骨组织的应力分布;④结果提示,两种无牙颌种植固定修复设计方案都可以应用于临床实践,但从生物力学角度上考虑,方案1设计中的种植体、周围骨组织及上部支架的应力分散较为理性,更有利于无牙颌患者固定种植修复的远期预后;上部支架材料对种植体-骨界面的应力分布有着一定的影响。

支架材料在牙骨质再生领域的研究进展

牙骨质是建立牙周组织与牙体组织联系的重要枢纽,维持牙根部位稳定。牙骨质再生是牙周组织功能性再生的前提,是组织工程牙再生的重要研究内容。牙周病是中老年人最常见的口腔疾病之一,严重的牙周病可能影响患者全身的健康状况。功能性牙周组织再生对于提高老年人健康水平以及生活质量非常重要。由于缺乏理想的组织工程再生支架材料和方法,牙骨质再生一直是牙周组织再生的热点与难点。本文对牙骨质组织工程再生材料的研究现状进行综述,并分析当下再生材料面临的挑战,旨在为支架材料的开发研究提供参考。

中药有效成分结合支架材料促进骨组织再生

背景:随着淫羊藿苷、黄连素等中药被证实可以促进骨再生,研究者将中药活性成分与骨组织工程相结合,发现其在骨缺损的修复中具有独特优势。目的:从促进成骨的中药有效成分出发,筛选其与不同载药支架材料有效结合的案例,归纳总结有潜力应用于骨组织工程的中药有效成分。方法:应用计算机检索中国知网、万方、PubMed、Web of Science等数据库,以“骨组织工程,骨组织工程支架材料,骨缺损,骨修复,骨再生,中医药”为中文检索词,以“bone tissue engineering,bone tissue-engineered scaffold materials,bone defect,bone repair,bone regeneration,traditional Chinese medicine”为英文检索词,检索时限限定为2000-2023年,根据纳入和排除标准进行筛选,最终纳入87篇文献进行综述。结果与结论:促进骨再生的中药有效成分种类繁多,主要包括黄酮类化合物、非黄酮类多酚、生物碱、苷类,有消炎止痛、促进成骨细胞和抑制破骨细胞以及促进血管早期生成的作用。中药有效成分与骨组织工程结合后在抗炎、加速胶原蛋白和骨骼形成、促进成骨基因表达等方面效果显著,为中药在骨组织再生中的应用提供了理论依据,同时为骨缺损修复提供了新的思路。

复合骨修复支架材料的研究现状

骨组织工程是一个结合了支架材料、种子细胞和生长因子的复杂系统。在组织工程的研究中,支架材料扮演着重要角色,它们为细胞提供必要的结构支持,成为引导组织生长和构建的基础模板。本文将深入探讨各类支架材料的当前研究进展。

生物支架材料在治疗椎间盘退行性变中应用的临床前研究进展

椎间盘退行性变(intervertebral disc degeneration,IVDD)与40%~50%的腰痛有关,是导致中老年人腰痛的主要原因[1]。其治疗方法包括保守治疗和手术治疗。保守治疗主要包括卧床休息、应用非甾体类抗炎药物及康复锻炼等,虽然可以在一定程度上缓解部分患者的疼痛症状,但无法阻止IVDD的发展,且病情易反复[2]。当保守治疗的效果不显著时,患者通常会选择手术治疗。手术治疗包括椎间盘切除、椎管减压、椎体融合以及椎间盘置换术等[3],虽能立即缓解患者大部分的症状,但存在不同程度的脊柱力学性能改变、活动度下降和邻近节段退变等风险[4]。因此,寻找一种疗效佳且风险小的方法成为治疗IVDD的研究热点。

上颌窦底提升支架材料的临床应用现状

上颌窦底提升是解决上颌后牙区剩余牙槽嵴骨高度不足最常见的手术方法,应用支架材料能够有效维持上颌底提升空间的稳定性。本文从上颌窦底提升的生物学原理出发,简述了理想支架材料应具备的性能,着重对临床现有的上颌窦底提升支架材料的应用现状进行综述,最后对上颌窦底提升的支架材料应用进行了总结与展望。

ZQL型迈步自移式超前支架材料力学分析

为进一步探究迈步自移式超前支架的力学特点,以某煤矿企业的ZQL2×3000/18/37型迈步自移式超前支架为研究对象,通过有限元分析方法对其进行力学分析,以明确其应力分布情况,提出针对性的优化策略.从实际优化效果来看,该支架结构的力学性能得到显著改善,可为后续工作提供参考借鉴.

组织工程心脏瓣膜支架材料的选择与应用

本文以承德医学院附属医院心脏介入专家成功应用SAPIEN 3瓣膜为一位28岁患者行三尖瓣瓣中瓣植入手术为例,探讨了心脏瓣膜支架材料的选择与应用。文章首先介绍了患者病情及手术需求,然后分析了微创介入手术的优势和适用条件。接着讨论了手术预案的制定和术前演练的重要性。随后详细介绍了SAPIEN 3瓣膜的优势和适用性,以及在手术中的具体应用情况。最后,本文强调了外科和介入手术的相辅相成,医生需要具备两种技术背景,以便在不同情况下选择最合适的治疗方式,从而最大程度地保障患者的安全和治疗效果。

人工软骨支架材料、结构设计与制备技术研究进展

骨软骨是一种半透明状组织,主要功能是传递、吸收应力和减少摩擦。由于结构和功能复杂性,软骨一旦受损很难修复和再生,软骨缺损治疗仍是一大临床难题。随着再生医学蓬勃发展,组织工程人工软骨技术有望在软骨修复和治疗领域发挥重要作用。首先介绍了天然关节软骨不同分层的解剖结构和功能特征,然后重点从人工软骨支架构建材料、结构设计和制备技术等方面系统地综述了人工软骨组织工程技术的最新进展,最后讨论了人工软骨支架当前面临主要问题和未来发展方向,以期为相关研究提供参考。

支架材料对成血管微环境的影响及作用机制

背景:血管生成是组织修复和再生的关键,但血管化问题一直是组织工程的难题。通过仿生支架材料设计和调控成血管微环境,是解决成血管问题的有效途径。目的:综述支架材料对成血管微环境的影响及作用机制,为再生医学中生物材料的设计提供思路。方法:利用计算机检索中国知网、Pub Med数据库相关文献,中文检索词为“血管生成、支架材料”,英文检索词为“angiogenesis,scaffolds,tissueengineering,microenvironment”,部分经典文献延长检索时间限制,分析所得文献的摘要及内容,通过纳入和排除标准得到相关文献,对62篇符合标准的文献进行综述。结果与结论:①一个完整的血管网络是组织工程成功的关键,为了生成完整的血管化网络,必须模拟和再现血管生态位,血管生态位包括血管周围的生物物理和生物化学微环境。②支架材料的设计对于优化血管生成信号通路以支持血管细胞在组织中的附着、增殖、分化或迁移是必要的。③通过调节工程支架材料的生物物理和生物化学特性,如硬度、表面形貌、孔隙结构、生物分子功能化和血管生成因子的负载等,可以提高机体再生潜力,驱动内源性细胞的增殖和迁移,实现成血管微环境的模拟和重现,从而加速血管生成。④因此,利用仿生支架材料提供的生物物理和生物化学信号对成血管微环境进行精确调控,在组织工程功能性血管网络的构建方面有很大的发展前景。

骨组织工程支架材料的研究进展

寻找理想的支架材料是目前骨组织工程研究的热点之一。文章阐述了用于骨组织工程的天然支架材料,人工合成支架材料及其复合材料的研究现状。分析了这些材料的优缺点,并展望了骨组织工程支架材料的发展趋势。

软骨组织工程支架材料研究的新进展

软骨缺乏血管和神经滋养,自我修复和再生能力十分有限。将支架、细胞及活性因子相结合的组织工程技术,被认为是修复软骨损伤的重要的新方向。支架不仅为细胞提供黏附的支撑位点,还可改善局部微环境,影响细胞的增殖和分化,在软骨再生过程中发挥着重要作用。支架材料包括天然材料、合成材料和复合材料。本文对目前在软骨组织工程中应用较广泛的材料进行综述,以期为该领域的研究提供有价值的参考。

骨组织工程支架材料的研究进展

支架材料的研究是目前骨组织工程学的热点之一。本文综述了组织工程化骨支架材料的基本要求,以及目前研究较多的复合支架材料,并分析了骨组织工程支架材料今后有待解决的问题及发展趋势。

生物培育肉三维培养支架材料研究进展

生物培育肉因可通过动物细胞体外培养方式生产肉类,解决当前养殖业转化效率低、资源耗费大且污染环境等问题,故被认为是替代蛋白最有前景的技术之一。然而,在体外构建具有真实质感的肌肉组织,需开发合适的细胞三维培养支架材料和三维培养体系,进而实现细胞的三维培养与生长,这限制了生物培育肉的发展和应用。本文综述当前生物培育肉三维培养支架材料和培养体系构建方法的研究现状,对现有材料的可食用性进行分析,以期为未来生物培育肉的研究与应用提供参考。

负载骨碎补活性成分的骨缺损修复支架材料的最新研究进展

近年来,骨组织工程技术应用于骨缺损修复逐渐受到学者重视,在支架材料中植入具有成骨作用的中药或其活性成分成为骨缺损修复的一个重点研究方向。骨碎补及其主要成分骨碎补总黄酮、柚皮苷可促进骨组织再生,促进成骨,进而修复骨缺损。本文对负载骨碎补或其主要活性成分的支架材料在骨缺损修复应用中的研究进展进行综述,旨在为骨缺损的临床治疗提供理论依据。

人工合成支架材料促进腱骨愈合的研究进展

韧带/肌腱重建术后腱骨愈合的难题当今尚未得到解决。近年来应用组织工程支架材料,尤其是人工合成支架材料促腱骨愈合的研究越来越多,均得到了较好的效果。本文就人工合成支架材料及其在促腱骨愈合的研究进展进行概述,为人工合成支架的设计及其临床应用提供参考思路。

3D打印白硅钙石支架材料在大鼠Onlay骨移植中的应用

目的评价3D打印白硅钙石(bredigite,BRT)骨支架材料在大鼠Onlay骨移植中的效果。方法通过3D打印技术制备骨BRT支架材料作为实验组,β⁃磷酸三钙(β⁃tricalcium phosphate,β⁃TCP)骨支架材料作为对照组,通过扫描电镜(scanning electron microscopy,SEM)、X射线衍射(X⁃ray diffraction,XRD)、力学测试和体外降解测试实验对其进行表征观察。建立SD大鼠颅骨Onlay骨移植的动物模型,根据移植物的不同,分为自体骨移植组(Auto组)、β⁃TCP组及BRT组。术后12周获取标本行大体观察、micro⁃CT扫描检测分析、组织学HE染色。结果SEM观察显示,BRT有规则的多孔结构,XRD衍射峰较为锐利。与β⁃TCP组(11.29±1.30)MPa相比,BRT支架材料(46.80±3.44)MPa具有更好的力学强度(P<0.001);在体外第35天时,BRT降解率为27.18%±1.41%,并且在降解过程中释放钙、镁、硅离子。micro⁃CT及组织学染色实验结果提示,Auto组有一定程度的骨吸收,β⁃TCP和BRT组均有一定新骨生成。micro⁃CT和组织学定量结果,BRT组新生骨组织占比分别为16.83%±2.11%和19.08%±2.17%,均高于β⁃TCP组(8.48%±1.85%,10.81%±1.33%)(P<0.05)。结论3D打印BRT骨支架材料促进Onlay骨移植中的骨再生。