Biodegradable materials for bone defect repair

Compared with non-degradable materials,biodegradable biomaterials play an increasingly important role in the repairing of severe bone defects,and have attracted extensive attention from researchers.In the treatment of bone defects,scaffolds made of biodegradable materials can provide a crawling bridge for new bone tissue in the gap and a platform for cells and growth factors to play a physiological role,which will eventually be degraded and absorbed in the body and be replaced by the new bone tissue.Traditional biodegradable materials include polymers,ceramics and metals,which have been used in bone defect repairing for many years.Although these materials have more or fewer shortcomings,they are still the cornerstone of our development of a new generation of degradable materials.With the rapid development of modern science and technology,in the 21 st century,more and more kinds of new biodegradable materials emerge in endlessly,such as new intelligent micro-nano materials and cell-based products.At the same time,there are many new fabrication technologies of improving biodegradable materials,such as modular fabrication,3 D and 4 D printing,interface reinforcement and nanotechnology.This review will introduce various kinds of biodegradable materials commonly used in bone defect repairing,especially the newly emerging materials and their fabrication technology in recent years,and look forward to the future research direction,hoping to provide researchers in the field with some inspiration and reference.

Preparation and characterization of hemihydrate calcium sulfate-calcium hydroxide composite bone repair materials

Objective:To prepare a bone repair material with certain mechanical strength and biological activity,this paper used calcium sulfate hemihydrate(CSH)powder compounded with calcium hydroxide(Ca(OH)2)powder to prepare a bone repair scaffold material for physicochemical property characterization and testing.Methods:The physical and chemical properties and characterization of the dried and cured bone repair materials were determined by Fourier infrared spectroscopy(FT-IR),X-ray diffraction(XRD),and scanning electron microscopy;Universal material testing machine to determine the mechanical and mechanical strength of composite materials.Results:XRD showed that the structure of the composite material phase at 5%concentration was calcium sulfate hemihydrate and calcium hydroxide after hydration.The FT-IR and XRD analyses were consistent.Scanning electron microscopy(SEM)results showed that calcium hydroxide was uniformly dispersed in the hemihydrate calcium sulfate material.0%,1%,5%,and 10%specimen groups had compressive strengths of 3.86±3.1,5.27±1.28,8.22±0.96,and 14.4±3.28 MPa.10%addition of calcium hydroxide significantly improved the mechanical strength of the composites,but also reduced the the porosity of the material.Conclusion:With the addition of calcium hydroxide,the CSH-Ca(OH)2 composite was improved in terms of mechanical material and is expected to be a new type of bone repair material.

金属有机框架材料在骨组织工程和骨科疾病治疗中的多重应用

背景:金属有机框架材料因其可调节的孔隙率、较大的表面积、生物相容性良好和结构多样等独特的性质在骨组织工程和骨疾病治疗中展现出巨大的应用前景。目的:综述金属有机框架材料在骨修复、关节炎、骨感染和骨肿瘤中的研究进展、运用及优缺点,为后续研究提供参考及策略。方法:检索Web of science、Pub Med和中国知网数据库,英文检索词为“Metal-Organic Frameworks,MOFs,Orthopedics,Bone Repair,Bone Regeneration,Orthopaedic Applications,Bone Tissue Engineering,Bone Infection,Arthritis,Bone Tumor,Osteosarcoma”,中文检索词为“金属有机框架,骨科,骨修复,骨再生,骨科应用,骨组织工程,骨感染,关节炎,骨肿瘤,骨肉瘤”,检索了2015-2023年的相关文献。根据纳入与排除标准对所有文献进行初筛后,最终纳入72篇文章进行综述。结果与结论:(1)在促进骨修复过程中,金属有机框架材料中的金属离子中心能够激活相应信号通路,从而通过促进成骨基因的表达、抑制破骨细胞、促进血管生成、加速骨矿化进程4个方面促进成骨,因此,以钙、锶、钴、铜和镁离子等金属离子作为金属中心的金属有机框架材料在改善骨缺损植入物的性能方面具有很大潜力。(2)以锌/钴金属有机框架为代表的金属有机框架材料能发挥类细胞保护酶的活性,清除活性氧,促进软骨再生,与天然酶相比具有不易失活和更好的稳定性等优势。(3)锌基金属有机框架材料凭借宽带隙、光生载流子的有效分离迁移以及高稳定性的特点,在光催化领域表现出色,广泛用于细菌及肿瘤细胞的杀灭。(4)双金属金属有机框架材料由于额外金属的掺杂,导致结构性能发生优化而具有关键优势,例如锌/镁金属有机框架74具有更高的稳定性进而实现持续抗菌,钽/锆金属有机框架光吸收能力及光催化效率的增加,成为了放疗增敏剂。(5)然而,金属有机框架材料在临床应用中仍面临诸如药物释放的不确定性、生物体内安全性及长期存在可能诱发的免疫反应等挑战.

中药有效成分结合骨组织工程材料用于骨修复

背景:如何修复骨缺损一直以来是临床难题,中药有效成分在骨修复方面具有良好的生物活性与治疗效果,将中药有效成分与组织工程材料相结合在骨修复领域具有广阔的前景。不同中药有效成分与支架的组合在作用关系方面具有相似之处。目的:搜集常见的中药有效成分与支架材料组合的案例,基于七情配伍的启发将组织工程支架与中药有效成分类比为产生配伍关系的两类中药,以二者的作用关系为纲进行归纳总结。方法:检索1998年1月至2024年1月Pub Med和中国知网数据库中发表的相关文献,英文检索词:“traditional Chinese medicine,Chinese medicine,traditional Chinese medicine monomers,bone defect,bone repair,bone tissue engineering,tissue engineering,scaffold”,中文检索词:“中药,中药有效成分,中药单体,骨组织工程,骨组织工程支架,支架,组织工程,骨缺损,骨修复”,最终纳入88篇文献进行综述分析。结果与结论:(1)组织工程支架材料与中药有效成分各自均在骨修复领域有广泛的运用,二者在成骨方面优势明显但仍有许多缺陷,许多研究致力于将二者制备成复合材料,希望通过二者间的相互作用发挥减毒增效作用。(2)一些药物与材料在成骨、抗菌、促血管生成方面能互相促进,增强原有的效果,受到传统方剂配伍观念的启发,文章将其归纳为“相须”关系,并举实例佐证。(3)一些药物能提高材料的强度,而某些材料能对负载于其上的药物实现缓释控释效果、增加载药量与稳定性,或是进行靶向递送,文章将这种单方面的提升效果归纳为“相使”关系。(4)一些中药与材料搭配使用能减少对方的毒副反应,文章将这种减毒关系归纳为“相畏相杀”。(5)文章得出了一个由七情配伍关系启发、基于作用关系分类的关于中药复合支架的全新视角,将中药传统观念引入组织工程领域,为后续复合支架的研究者提供新的研究思路,并在选材搭配方面提供一定的便利。

骨诱导膜中H型血管动态表达及耦合骨生成修复大段骨缺损

背景:骨诱导膜技术治疗大段骨缺损存在骨修复缓慢、成骨质量不佳等问题。H型血管具有诱导成骨作用,可增强局部成血管-成骨偶联作用,促进骨修复,但H型血管在骨诱导膜中的作用鲜有报道。目的:构建SD大鼠胫骨大段骨缺损模型,观察骨诱导膜中H型血管表达特征,进而明确骨诱导膜中H型血管表达高峰点与植骨最佳时期。方法:采用随机数字表法将60只SD大鼠随机分为对照组(n=30)与模型组(n=30),两组又各自分为骨水泥植入后4,6,8周3个亚组,每组10只大鼠。对照组与模型组大鼠均构建右侧胫骨4 mm骨缺损模型,模型组植入聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥诱导骨生物膜形成,对照组不植入骨水泥。骨水泥植入后4,6,8周,每个时间点随机取6只大鼠,模型组切取骨诱导膜组织,对照组切取对应部位的非骨性软组织,通过免疫荧光鉴定H型血管动态表达,苏木精-伊红染色观察诱导膜组织形态改变,血管造影观察血管形成情况,免疫组化染色检测成骨细胞特异性转录因子表达;每个时间点剩余4只大鼠,模型组切开诱导膜后取出骨水泥,植入自体尾骨,对照组骨缺损区植入自体尾骨,植骨后8周进行胫骨缺损部位Micro-CT评估。结果与结论:①免疫荧光染色显示,模型组H型血管表达在骨水泥植入后6周最明显,模型组骨水泥植入后各时间点的H型血管表达高于对照组(P<0.05);②苏木精-伊红染色与血管造影检测显示,模型组骨水泥植入后各时间点的新生血管数、血管体积均大于对照组(P<0.05),模型组组内新生血管数、血管体积大小顺序为:骨水泥植入后8周>骨水泥植入后6周>骨水泥植入后4周;③免疫组化染色显示,模型组骨水泥植入后各时间点的成骨细胞特异性转录因子阳性表达高于对照组(P<0.05),模型组成骨细胞特异性转录因子阳性表达在骨水泥植入后6周最明显;④Micro-CT检测显示,模型组3个亚组的骨修复效果明显优于对照组对应的亚组,模型组骨水泥植入后6周亚组的骨修复效果优于骨水泥植入后4,8周亚组。结果表明:骨诱导膜中H型血管呈动态表达并在骨水泥植入后6周达高峰,在骨水泥植入后6周进行骨诱导膜植骨可获得良好的骨修复效果。

Recent progress in injectable bone repair materials research

Minimally invasive injectable self-setting materials are useful for bone repairs and for bone tissue regeneration in situ. Due to the potential advantages of these materials, such as causing minimal tissue injury, nearly no influence on blood supply, easy operation and negligible postoperative pain, they have shown great promises and successes in clinical applications. It has been proposed that an ideal injectable bone repair material should have features similar to that of natural bones, in terms of both the microstructure and the composition, so that it not only provides adequate stimulus to facilitate cell adhesion, proliferation and differentiation but also offers a satisfactory biological environment for new bone to grow at the implantation site. This article reviews the properties and applications of injectable bone repair materials, including those that are based on natural and synthetic polymers, calcium phosphate, calcium phosphate/ polymer composites and calcium sulfate, to orthopedics and bone tissue repairs, as well as the progress made in biomimetic fabrication of injectable bone repair materials.

Novel injectable and self-setting composite materials for bone defect repair

Although calcium sulfate bone cements possess favorable characteristics of excellent clinical handling and osteoconductivity,the rapid degradation and poor bioactivity limit their wide applications.This study reports a type of novel injectable and self-setting composite materials for bone defect repair.Magnesium substituted tricalcium phosphate nanoparticles(43.8±9.0 nm)and calcium sulfate hemihydrate micro-size particles(5–21μm)were mixed with a polyvinyl alcohol solution with optimal compositions to obtain the composite materials,which showed reasonable initial setting time(11.7–19.2 min)and suitable compressed strength(2.28–6.33 MPa).By utilizing magnesium powder as a porogen,macro-pores(>100μm)together with micro-pores were created in the final product after setting.In addition,MC3T3-E1 cells extended well and exhibited numerous lamellipodia and long filopodia when cultured with the composite materials,indicating that they had no cytotoxicity.The in vivo results indicated that the injectable composite materials could achieve bone defect repair,when implanted in beagle femoral condyle defects for 10 months.Our results show that the new injectable composite materials are biocompatible and biodegradable,which possess great potential for bone defect repair.

Bio-inspired Cell Membrane Ingredient Cholesterol-conjugated Chitosan as a Potential Material for Bone Tissue Repair

We prepared a cholesterol-conjugated chitosan（CHCS） material and evaluated its potential application as a bone tissue repair material by in vitro cell experiments. Cell proliferation, differentiation and morphology on CHCS membrane surfaces with different graft degrees were assessed in mouse pre-osteoblasts MC3T3-E1 cells. The results indicate that CHCS materials could promote the proliferation of MC3T3-E1 cells at low graft degrees, but the CHCS material with high graft degree inhibits the proliferation of cells in contrast to the pure chitosan membrane. However, the alkaline phosphatase（ALP） activity of MC3T3-E1 ceils on different CHCS membrane surface increased with in- creasing graft degrees of cholesterol. The area of cells stretched onto the surface of CHCS materials was larger than on the surface of CS materials, and more microfilaments and stress fibers in cells were observed on CHCS materials than on the pure chitosan material surface. After 7 d, the expression of related osteogenic marker genes, such as rum-related transcription factor 2（Runx2）, osterix（OSX）, osteocalcin（OCN）, osteopontin（OPN）, ALP and collagen I（COL-I） were all up-regulated in CHCS materials to different degrees compared to pure chitosan material, which in- dicated that the CHCS materials facilitated MC3T3-EI cell differentiation and maturation, Characterizing CHCS materials is useful in designing and developing strategies for bone tissue engineering.

The use of bioactive peptides to modify materials for bone tissue repair

It has been well recognized that the modification of biomaterials with appropriate bioactive peptides could further enhance their functions.Especially,it has been shown that peptide-modified bone repair materials could promote new bone formation more efficiently compared with conventional ones.The purpose of this article is to give a general review of recent studies on bioactive peptide-modified materials for bone tissue repair.Firstly,the main peptides for inducing bone regeneration and commonly used methods to prepare peptide-modified bone repair materials are introduced.Then,current in vitro and in vivo research progress of peptide-modified composites used as potential bone repair materials are reviewed and discussed.Generally speaking,the recent related studies have fully suggested that the modification of bone repair materials with osteogenicrelated peptides provide promising strategies for the development of bioactive materials and substrates for enhanced bone regeneration and the therapy of bone tissue diseases.Furthermore,we have proposed some research trends in the conclusion and perspectives part.

硼硅酸盐生物活性玻璃的矿化及机理初探

目的探讨硼硅酸盐生物活性玻璃体外矿化成类骨层状结构的机理。方法模拟体内环境,将硅酸盐玻璃(0B)、硼硅酸盐玻璃(2B)和硼酸盐玻璃(3B)浸泡于SBF溶液和含有明胶的SBF溶液中1周;随后采用质量损失分析、SEM、EDS、XRD及FTIR等测试方法对多种生物活性玻璃的矿化产物进行系统分析与比较;采用固体核磁NMR对生物玻璃进行玻璃结构分析。结果浸泡1周后,SEM观察到硼硅酸盐玻璃(2B)和不含硅的硼酸盐玻璃(3B)表面产生层状矿化产物,而硅酸盐玻璃(0B)表面只有一层矿化产物层;XRD和FTIR结果显示3种玻璃的表面产物均为含有部分羟基磷灰石的钙磷化合物;固体核磁波谱(11B)测试结果表明硼硅酸盐玻璃(2B)和不含硅的硼酸盐玻璃(3B)都存在大量[BO_(3)]平面三角体。最后,当硼硅酸盐玻璃(2B)浸泡在含有明胶的SBF溶液后,其矿化产物仍能维持层状结构;通过EDS分析可知形成明胶有机层和含羟基磷灰石的无机层相互堆积的特殊层状结构。结论2B和3B玻璃内部存在大量[BO_(3)]平面三角体所构造的二维平面结构。矿化过程中,不溶性反应物沉积在二维平面结构上,从而使矿化产物呈现层状结构。在浸泡液中添加一定量的明胶后,其可以有效地与硼硅酸盐玻璃的层状矿化结构相互匹配结合,最终堆叠形成有机相层与无机层相互交错的特殊结构。

两种供试品不同浸提条件及作用剂量下的体外人淋巴细胞增殖实验

背景:体外淋巴细胞增殖实验常用于检测医疗器械潜在的免疫原性,但在相关标准中均未给出详尽的浸提条件及作用剂量。目的:考察供试品不同浸提条件及作用剂量对体外人淋巴细胞增殖的影响,思考在选择体外淋巴细胞增殖实验条件时需考虑的因素。方法:实验检测同种骨修复材料与肝素修饰人工晶状体两种供试品,均分为以下12组:①实验组1:供试品24 h完全培养基(含体积分数10%胎牛血清的RPMI改良培养基)浸提液200μL+淋巴细胞悬液50μL;②阴性对照组1:24 h完全培养基200μL+淋巴细胞悬液50μL;③实验组2:供试品24 h完全培养基浸提液100μL+淋巴细胞悬液100μL;④阴性对照组2:24 h完全培养基100μL+淋巴细胞悬液100μL;⑤实验组3:供试品72 h RPMI改良培养基浸提液(实验前加体积分数10%胎牛血清)200μL+淋巴细胞悬液50μL;⑥阴性对照组3:72 h RPMI改良培养基(实验前加体积分数10%胎牛血清)200μL+淋巴细胞悬液50μL;⑦实验组4:供试品72 h RPMI改良培养基浸提液(实验前加体积分数10%胎牛血清)100μL+淋巴细胞悬液100μL;⑧阴性对照组4:72 h RPMI改良培养基(实验前加体积分数10%胎牛血清)100μL+淋巴细胞悬液100μL;⑨阳性对照组1:含10μg/mL植物血凝素M的完全培养基200μL+淋巴细胞悬液50μL;⑩阳性对照组2:含10μg/mL植物血凝素M的完全培养基100μL+淋巴细胞悬液100μL;⑪空白对照组1:250μL完全培养基;⑫空白对照组2:200μL完全培养基。培养3 d后,采用CCK-8法检测淋巴细胞增殖。结果与结论:①不同实验条件下,同种骨修复材料浸提液均可增强人淋巴细胞的活性,以RPMI改良培养基浸提72 h、浸提液与淋巴细胞悬液的体积比为4∶1的实验条件最为显著;肝素修饰人工晶状体在该条件下对淋巴细胞活性有明显的抑制作用,可能与浸提液中的肝素有关,但在完全培养基浸提24 h、浸提液与淋巴细胞悬液的体积比为4∶1的实验条件下对淋巴细胞活性有轻微的增强作用;②供试品不同浸提条件及作用剂量下,人体外淋巴细胞增殖实验结果可能会有较大差异,实验条件的选择需结合产品临床应用情况,也需考虑产品的固有特性。

可降解新型聚乳酸膜在引导骨组织再生中的应用

目的探索一种可降解新型聚乳酸膜(PDLLA/PLLA)在引导骨组织再生中的应用效果。方法新西兰大白兔24只,体重2.5~3.0 kg,在动物一侧下颌骨体部近下颌骨下缘处制备10 mm×5 mm×3 mm箱状骨缺损,然后将动物随机分为实验组、对照组和空白组,每组8只。实验组动物骨缺损处填Bio-oss骨粉后将PDLLA/PLLA覆盖于缺损表面,对照组动物骨缺损处填Bio-oss骨粉后将Guidor聚乳酸可吸收膜覆盖于缺损表面,空白组动物不作处理。术后8、12周采集缺损处标本,进行大体观察、Micro-CT检查和组织病理学观察。结果实验期间各组实验动物均未发生炎症和排异反应,各组创口愈合良好,成骨活跃。大体观察显示,术后8周实验组动物成骨量较多,材料降解较少,对照组动物成骨量较实验组少,材料降解完全;术后12周实验组动物和对照组动物成骨量相当,实验组材料进一步降解,空白组动物成骨量少于实验组和对照组。术后8、12周,Micro-CT可以观察到实验组和对照组缺损区域新生骨明显多于空白组。术后8、12周,实验组动物和对照组动物新生骨相对骨体积分数(BV/TV)、骨密度(BMD)和骨小梁数量(Tb.N)均显著高于空白组动物(P<0.05),且术后8周实验组动物新生骨BV/TV高于对照组(P<0.05);但在术后12周时实验组与对照组新生骨BV/TV、BMD和Tb.N比较,差异无统计学意义(P>0.05)。组织切片观察显示,术后8周实验组动物新生骨小梁周边细胞生长活跃,并可见少量成骨细胞及破骨细胞;术后12周实验组动物骨小梁周围可见大量成骨细胞及破骨细胞,骨缺损部位骨组织密度接近周边正常骨组织。结论与对照组和空白组相比,PDLLA/PLLA呈现出了良好的生物相容性和骨传导性,可以明显促进缺损处愈合。

纳米复合甲基丙烯酰明胶水凝胶在不同骨缺损环境中应用的价值

背景:近年来,纳米复合甲基丙烯酰明胶水凝胶在修复骨组织损伤方面的研究备受关注。目的:综述应用于骨组织工程的纳米复合甲基丙烯酰明胶水凝胶近年来的最新进展,举例说明纳米复合甲基丙烯酰明胶水凝胶在不同骨缺损环境中的应用。方法:应用计算机检索中国知网、万方、PubMed和Web of Science数据库2016-2023年发表的相关文献,中文检索词为:“明胶,甲基丙烯,纳米,骨,骨组织工程,骨再生,成骨”,英文检索关键词为“gelatin,methacryl*,nano*,bone,bone tissue engineering,bone regeneration,osteogenesis”。结果与结论:①当前作为甲基丙烯酰明胶填料的纳米材料包括无机纳米材料、有机纳米材料以及有机-无机纳米杂化材料。②无机纳米材料可有效提高水凝胶的力学强度、触变性能,调节其降解时间,同时还可通过调节自身表面电荷、搭载药物/因子、自身降解释放金属离子等方式,实现水凝胶的抗菌、促骨形成、免疫调节、促血管生成等功能。③有机纳米材料、有机-无机纳米杂化材料复合甲基丙烯酰明胶水凝胶是两类新兴的材料,目前研究相对较少,但从已发表的研究来看,相比无机纳米材料复合甲基丙烯酰明胶水凝胶,有机纳米材料复合甲基丙烯酰明胶水凝胶的生物相容性及载药性能更佳,纳米相与有机聚合物相间的相互作用更强,纳米粒子的分散性更好。④有机-无机纳米杂化材料复合甲基丙烯酰明胶水凝胶结合了前二者的优势,且金属离子释放可控性更佳,具有巨大的研究潜力。⑤纳米材料可增强甲基丙烯酰明胶水凝胶的抗菌、免疫调控、促成骨等生物学性能,以促进感染性骨缺损、伴糖尿病骨缺损、骨肉瘤切除术后等复杂骨缺损环境下的骨再生。然而,纳米复合甲基丙烯酰明胶水凝胶用于骨缺损修复中的研究还仅限于动物实验,仍需要进行更多的安全性评价和临床试验。

骨免疫调节特性骨组织工程支架在修复骨缺损中的应用和发展

背景:在使用骨支架修复骨缺损时,注意骨免疫反应的调节对骨再生具有重要意义。目的:综述骨免疫反应对骨修复的影响和具有调节骨免疫功能的骨组织工程支架的设计和其在骨修复中的应用。方法:从Science Direct、PubMed、Web of Science与中国知网数据库中检索1973-2023年发表的相关文献。英文检索词:“Osteoimmunology,Macrophages,Bone repair materials,Bone scaffold,Bone defects,Bone regeneration”;中文检索词:“骨免疫,巨噬细胞,骨修复材料,骨支架,骨缺损,骨再生”,对筛选出该领域最新研究进展的80篇文献进行归纳分析。结果与结论:①文章详细梳理了骨免疫的起源和发展进程中的重要时间点,并阐述了巨噬细胞作为骨免疫调控体系中重要成员,可分为M1(促炎)和M2(抗炎)两类表型,并在骨再生的不同时期发挥着关键作用。在炎症期,M1型巨噬细胞一方面能激活破骨细胞,启动组织修复进程,同时参与骨内微血管网的重建,另一方面炎症后期的骨组织再生过程中,持续高表达M1型巨噬细胞会阻碍新骨形成;而在修复期,M2型巨噬细胞一方面可分泌成骨细胞因子,刺激骨髓间充质干细胞的成骨分化和矿化,进而促进骨形成,另一方面,长期激活的M2型巨噬细胞会增加促纤维化分子的分泌,导致瘢痕组织的过度形成,从而延迟愈合过程。因此调控巨噬细胞在适宜的阶段进行表型转换,构建有益于成骨的免疫微环境对骨再生意义巨大。②在设计具备骨免疫调控特性的骨支架过程中,可通过改变支架粗糙度、孔隙结构、刚度、亲水性、表面电荷、表面官能团等理化性质影响非特异性蛋白质和细胞黏附,从而影响骨支架与免疫系统的相互作用。而将羟基磷灰石,生物活性玻璃、金属离子、细胞外基质、药物、细胞因子和外泌体等生物活性物质进行表面功能涂层设计,则可在植入机体之后通过释放生物活性物质,主动调控免疫微环境,影响巨噬细胞极化和巨噬细胞与骨骼细胞之间的串扰,促进巨噬细胞更多的M2极化,构建出有利于骨再生的骨免疫微环境。③基于骨组织工程支架的研发,除了关注干细胞成骨分化的直接调控因素外,还应注重对干细胞分化的免疫微环境的管理,通过调控适宜的骨免疫微环境,诱导更多的干细胞成骨分化,增强支架的成骨效能,并凝练出“骨免疫调节特性”的理念,深入阐明了骨免疫微环境的多向调节作用并介绍了现有改变支架理化性能和表面功能涂层策略赋予支架骨免疫调控潜能的策略,为指导新一代具有骨免疫调控特性的骨组织工程支架的研发提供新思路。但是骨免疫微环境是一个动态平衡状态,现有研究的调控策略多数未顾虑到调控的动态匹配性,因此针对具有高效且靶向调控免疫微环境的智能骨免疫调控支架的研发,是未来学者研究的重点关注方向。

脱矿牙本质基质和脱细胞牙本质基质成骨效果的对比研究

目的比较骨缺损区植入脱矿牙本质基质和脱细胞牙本质基质的成骨效果。方法制备脱矿牙本质基质和脱细胞牙本质基质。将24只SPF级SD雄性大鼠随机分为脱矿组(A组)、脱细胞组(B组)、Bio-Oss骨粉组(C组)、空白组(D组),每组6只大鼠,在麻醉条件下制备双侧股骨骨缺损。A、B、C组大鼠分别在骨缺损区植入脱矿牙本质基质、脱细胞牙本质基质、Bio-Oss骨粉,D组大鼠不植入任何材料。术后4周和8周,每组各随机处死3只大鼠。大体观察骨缺损区愈合情况,血清学检测成骨指标骨形态发生蛋白(BMP)-2及碱性磷酸酶(ALP)浓度,影像学观察骨缺损区高密度灰色区(代表骨愈合)分布情况,组织形态学观察新骨形成情况,计算新骨形成率。结果术后4周和8周,大体观察见A组成骨能力较其他组活跃,血清学检测A组BMP-2及ALP浓度均高于其他组,差异有统计学意义(P<0.05)。8周时,影像学观察可见A组骨缺损区高密度灰色区分布均匀,组织形态学观察见A组排列规则的骨基质。A组4、8周时的新骨形成率分别为28.51%±0.55%、32.57%±2.28%,均高于其他组,差异有统计学意义(P<0.05)。结论脱矿牙本质基质比脱细胞牙本质基质具有更好的成骨潜能。

不同含量B_(2)O_(3)对生物活性玻璃支架力学性能与生物活性的影响

背景:生物活性玻璃骨修复材料具有骨结合能力、骨诱导能力及骨传导特性,但目前生物活性玻璃的性能尚不符合临床应用要求,添加硼元素有望改善生物活性玻璃的性能。目的:研究不同含量B_(2)O_(3)替代SiO_(2)对生物活性玻璃力学性能及生物活性的影响。方法:以含磷氮氧生物活性玻璃(成分为:SiO_(2)-CaO-ZnO-Na2O-Si3N4-P2O5)为基础,以B_(2)O_(3)部分替代其中的SiO_(2),采用高温熔融法烧制含B_(2)O_(3)质量分数分别为0%(A组),5%(B组),10%(C组),15%(D组)的基础玻璃(基础玻璃中SiO_(2)与B_(2)O_(3)的质量分数总和为41%),采用有机泡沫浸渍法制作多孔生物活性玻璃支架,利用万能力学试验机单轴压缩和三点弯曲法测试力学性能;将4组支架浸泡于模拟体液中,检测支架的降解性能,利用扫描电镜观察浸泡前后支架的形貌变化,以及X射线衍射分析浸泡前后的支架物相组成。结果与结论:①随着B_(2)O_(3)质量分数的增加,多孔生物活性玻璃支架的抗压强度与抗弯强度升高,4组支架的抗压强度与抗弯强度比较差异有显著性意义(P≤0.05);②浸泡于模拟体液中后,随着时间的延长,多孔生物活性玻璃支架逐渐降解;相同浸泡时间点下,随着B_(2)O_(3)质量分数的增加,支架的降解速率加快,4组支架的抗压强度与抗弯强度比较差异有显著性意义(P≤0.05);③浸泡于模拟体液后的扫描电镜显示,A、B组浸泡1 d后表面沉积大量的颗粒状物质,3 d后表面的颗粒状物质相互融合形成薄膜样沉积,7 d后表面的薄膜即相互融合成片,基本覆盖整个试件表面;C组浸泡1 d后表面形成薄膜样物质沉积,3 d后表面的薄膜即相互融合成片,基本覆盖整个试件表面;D组浸泡1 d后可见基本覆盖整个试件表面的片状物质;④浸泡于模拟体液中1 d后的X射线衍射分析显示,4组支架表面的沉积物为结晶态的羟基磷灰石;⑤B_(2)O_(3)替代部分SiO_(2)会增强多孔生物活性玻璃支架的力学性能、降解性能及体外矿化活性。

丝素蛋白基骨修复材料的应用研究进展

为拓展和促进丝素蛋白材料在骨再生领域中的应用,综述了近年来丝素蛋白骨修复材料的研究进展,简要概括了丝素蛋白骨修复材料的种类和制备方法,重点阐述了丝素蛋白骨修复材料的仿生设计以及力学性能和成骨性能的调控方法。分析发现:丝素蛋白基薄膜、水凝胶和多孔支架均能诱导骨再生;调控分子量、β-折叠结构或形成定向通道可有效提高材料的力学性能;与羟基磷灰石复合不仅能提高力学性能还可促进成骨分化;同时,负载细胞或生长因子可显著增加新生骨的体积,进而修复大尺寸骨缺损。最后,总结使用丝素蛋白修复骨缺损存在的问题,并指出丝素蛋白支架的仿生设计以及保持生长因子或种子细胞的活性仍是未来研究中考虑的重点。

组织工程中的骨缺损修复微环境研究

既往对于骨修复材料的设计多倾向于材料的成骨效能,对材料的其他功能化作用关注不足。组织工程材料用于促进骨缺损修复是一个包含多因素的复杂过程,涉及细胞调控、骨免疫、骨稳态、血管化与神经化多方面的因素,现今将“骨缺损修复微环境”作为一个整体概念正越来越受到人们的重视,注重多种微环境之间的串扰机制和骨组织工程三要素之间的合适组成是未来骨修复材料发展的重点。本研究综述骨缺损修复研究中的多种微环境,为组织工程技术应用于骨缺损修复的研究思路提供借鉴。

可塑型骨修复材料在牙龈瘤电切术后牙槽骨缺损患者中的应用

目的 探究可塑型骨修复材料在牙龈瘤电切术后牙槽骨缺损修复中的应用效果。方法 选取2022年2月至2023年10月郑州大学第一附属医院收治的120例牙龈瘤电切术后牙槽骨缺损患者作为研究对象,按随机数表法分为观察组和对照组各60例。两组患者在切除牙龈瘤后均保留累及牙齿,对照组患者创口植入Bio-Oss Collagen骨填充材料并覆盖Bio-Gide可吸收生物膜,观察组患者创口植入可塑型骨修复材料并覆盖天然生物膜。比较两组患者术后6个月临床疗效、骨粉融合程度,术前及术后3个月、6个月的牙槽骨高度及密度、牙齿松动度,同时比较两组患者的不良事件发生率。结果 术后6个月,观察组和对照组患者的治疗有效率分别为91.67%、90.00%,差异无统计学意义(P>0.05);术后3、6个月,两组患者的牙槽骨高度和密度比较差异均无统计学意义(P>0.05);术后6个月,观察组患者的骨粉融合程度1分、2分、3分占比分别为20.00%、45.00%、28.33%,与对照组的23.33%、40.00%、31.67%比较差异均无统计学意义(P>0.05);术后3、6个月,两组患者间的牙齿松动度比较差异无统计学意义(P>0.05);观察组患者的不良事件发生率为8.33%,略高于对照组的5.00%,但差异无统计学意义(P>0.05)。结论 国产可塑型骨修复材料与Bio-Oss Collagen骨填充材料用于牙龈瘤电切术后牙槽骨缺损治疗均具有良好修复效果,且安全性高,生物相容性好,术者可根据患者经济情况及需求选择合适材料。