人骨髓基质细胞在骨组织工程临床应用中的探讨

目的研究人骨髓基质干细胞经体外诱导表达成骨细胞表型,作为骨组织工程临床应用种子细胞的可行性。方法人骨髓中密度梯度法分离骨髓基质干细胞,诱导组予条件培养液,对照组予单纯DMEM培养液,分别培养至第3代细胞,计算各代倍增时间和3代总的扩增倍数,经相差显微镜观察,钙结节茜素红染色,四环素荧光,免疫荧光检测骨钙蛋白,成骨细胞转录因子RT-PCR检测Ⅰ型胶原,骨钙蛋白mRNA表达。结果诱导组骨髓基质干细胞(MSC)经体外诱导,三代平均扩增163.4倍后,形成钙结节,骨钙蛋白(OCN),成骨细胞转录因子(cbfa1)免疫荧光结果阳性,RT-PCR证实Ⅰ型胶原,骨钙蛋白mRNA的表达;对照组未能形成钙结节,无成骨细胞特征性蛋白OCN,cbfa1的表达。结论人MSC体外经条件培养液诱导培养三代后仍可表达成骨细胞表型,可以满足骨组织工程临床应用对种子细胞质和量的需要。

三维数字化技术在下颌角截骨中应用的研究

目的建立个性化的三维数字虚拟手术设计平台,为下颌角截骨整形的术前设计及术中截骨定位提供依据。方法随机选择20例在上海九院整形外科行下颌角肥大截骨术患者,术前均行头部螺旋CT检查,DICOM数据输入图形工作站,重建下颌骨、下齿槽神经三维数学模型,行下颌角虚拟截骨术,测量截骨线位置及截骨角度,同时对虚拟手术后的下颌角角度、下颌角外翻角度、下颌升支高度、下颌角间宽进行三维测量。结果经CT检查和DICOM处理,获得了下颌骨、下齿槽神经三维数学模型,及截骨线位置和截骨角度。将模拟截骨术前后的下颌角间宽、下颌角角度、下颌角外翻角度、下颌升支高度的三维数据进行比较,其差异有统计学意义(P<0.05)。结论三维数字化技术在下颌角截骨中的应用,提高了下颌角肥大手术的安全性和有效性,同时为数字化导航手术的实现奠定了基础。

快速成型机实现人骨髓基质干细胞三维定向打印的初步研究

目的:采用快速成型技术实现人骨髓基质干细胞的三维打印。方法:常规培养人骨髓基质干细胞至第2代,胰酶消化,调整为1×106/mL单细胞悬液,细胞先行PI荧光标记,应用快速成型组织打印机进行三维细胞打印,单细胞悬液作为打印介质,x轴间隔300μm,y轴间隔500μm,z轴间隔50μm,打印速度20mm/s,频率50Hz,采用激光共聚焦显微镜进行细胞形态学观察。结果:通过生物打印后,每"细胞墨滴"包含人骨髓基质干细胞15～35个,三维平面上x轴间隔300μm,y轴间隔500μm,z轴间隔50μm,存在"细胞墨滴"层面间隔50μm,符合原设计对z轴的要求。"细胞墨滴"在三维组织中分布规则,满足三维设计细胞打印要求。结论:快速成型生物打印技术可实现人骨髓基质干细胞在三维平面上的规则分布,符合组织工程对组织三维打印的要求。

组织工程骨修复颅颌面骨缺损预塑形技术的研究

目的:采用快速成型技术对组织工程支架材料进行预塑形,探讨其在治疗颅颌面骨缺损中的应用前景。方法:选择10只成年杂交犬,均拟行组织工程骨修复颅颌面骨缺损实验研究(下颌骨节段缺损,颅骨全层缺损),螺旋CT连续薄层容积扫描,数据传至工作站后行三维重建,按实验设计方案进行模拟手术,并转换成*.stl文件格式,快速成型机制造骨缺损三维实体模型,据此制作阴模,填充磷酸三钙高温烧结后制成多孔支架,复合骨髓基质细胞后回植,螺旋CT检测组织工程骨和骨缺损完全匹配情况。结果:10例均按预设计制备骨缺损三维实体模型,据此制备个性化组织工程支架材料,手术回植和骨缺损完全匹配。结论:采用快速成型技术可对组织工程骨支架材料进行预塑形,对未来组织工程技术治疗复杂性颅颌面骨缺损具有重要的临床实用价值。

基于Micro-CT的三维打印组织工程骨建模技术

目的建立符合组织工程要求支架材料的空间构型,建立支架材料CAD的微观建模。方法以Micro-CT所得的DICOM文件作为三维建模的输入文件,通过对生物骨骼组织构造研究,对DICOM格式的CT数据按灰度进行筛选,结合大量断面数据得到骨结构轮廓,进行微观仿生骨组织建模,得到骨骼微观结构的STL文件。结果建立基于通过Micro-CT所得的DICOM文件,可建立的骨骼微观结构的STL文件。结论Micro-CT所得仿生三维模型对三维打印组织工程骨建模技术有重要意义。

人骨髓基质细胞表面标志的研究

目的研究人骨髓基质干细胞经体外培养后细胞的表型。方法8例成年志愿者(无系统性疾病,20～40岁)髂前上嵴骨穿法得人骨髓,密度梯度法分离骨髓基质干细胞(human bone marrow mesenchymal stem cell,hMSC),单纯DMEM培养液,分别培养至第2代细胞,免疫荧光和流式细胞仪鉴定hMSCs细胞表型,CD105,CD166,CD29的表达。结果第二代细胞可见明显CD105,CD166,CD29表达,第二代细胞CD105阳性率78±6％,CD166阳性率43±7％,CD29阳性率69±12％。结论人MSC体外经传代培养后可表达干细胞特征表型。

人骨髓基质细胞诱导成骨细胞和脱钙骨粘附率的研究

目的 研究人MSC诱导为成骨细胞后 ,其在脱钙骨上的粘附特性。方法 采用密度梯度法分离人骨髓中骨髓基质干细胞 ,条件培养液诱导培养至第 3代细胞 ,经相差显微镜观察 ,钙结节茜素红染色 ,免疫组化检测Ⅰ型胶原和骨钙蛋白 ,RT -PCR检测Ⅰ型胶原和骨钙蛋白mRNA的表达。不同浓度细胞悬液接种脱钙骨 ,MTT计数未粘附细胞量 ,计算不同浓度下MSC的粘附率 ,单位重量脱钙骨上MSC最多能粘附的细胞数量。结果 MSC经体外诱导形成钙结节 ,Ⅰ型胶原和骨钙蛋白免疫组化结果阳性 ,RT -PCR证实Ⅰ型胶原和骨钙蛋白mRNA的表达。脱钙骨上接种MSC达到饱和后 ,MSC的粘附率随接种浓度上升而下降。单位重量脱钙骨最多粘附的MSC量为 3 .5×1 0 7/ g。 结论 人MSC在体外经条件培养液诱导可表达成骨细胞表型 ,在脱钙骨上有良好的粘附能力 。

基于点云数据建立颅骨缺损数字模型

目的通过快速成型技术建立临床颅骨缺损数字模型,探讨其在组织工程骨治疗颅颌面骨缺损中的应用前景。方法选择10例临床颅骨缺损病例,均拟行组织工程骨修复颅骨缺损临床应用研究,全头颅螺旋CT连续薄层容积扫描,数据传至工作站后行三维重建,建立颅骨缺损数字模型,通过镜像复制原理及数据插补原理建立颅骨缺损的数字模型,并转换成stl文件格式,快速成型机制造骨缺损三维实体模型,结果10例临床颅骨缺损病例均建立颅骨缺损数字模型,可被快速成型设备数据读取并加工为个体化预制的修复体模型。结论采用快速成型技术对临床颅骨缺损建立数字模型,对未来以组织工程技术治疗复杂性颅颌面骨缺损具有重要的临床实用价值。

Cathepsin K基因抑制后对软骨细胞功能的影响研究

目的研究应用RNA干扰技术早期抑制人Cathepsin K(CTSK)基因的表达对延缓软骨细胞的去分化过程及维持软骨细胞表型的影响。方法pGCsilencerTMH1/Neo/GFP/CTSK RNAi质粒体外转染人软骨细胞,并用G418筛选3周,再通过RT-PCR检测CTSK、Ⅱ型胶原和Aggrecan cDNA转录的表达,Western-Blot、免疫荧光检测转染后软骨细胞的CTSK、Ⅱ型胶原和Aggrecan在蛋白水平的表达。结果装入质粒载体转染第1代的软骨细胞,在体外通过细胞形态观察可发现,抑制CTSK基因后3周软骨细胞仍大多数保持多角形,而对照组则向成纤维样细胞形态变化。RT-PCR结果显示,在mRNA水平抑制了CTSK的表达,而不影响对软骨细胞Ⅱ型胶原和Aggrecan的mRNA表达。免疫荧光和Western-blot的结果证实了在早期抑制了软骨细胞CTSK基因表达并维持3周左右,软骨细胞的特异性基质Ⅱ型胶原和Aggrecan在蛋白水平明显增加。结论早期抑制了软骨细胞CTSK基因的表达,可使软骨细胞去分化过程中其软骨特异性基质Ⅱ型胶原和Aggrecan增加,说明可以维持软骨细胞的表型。

快速成型技术在整形外科中的应用

快速成型技术是一种利用材料逐层或逐点堆积来制造实物的制造技术（Rapid prototyping，简称RPl．诞生于上世纪80年代后期。它根据CT数据或物体的计算机辅助设计（CAD）模型，通过材料的精确堆积复制原型，是一种基于离散、堆积成型原理的新的数字化成型技术，集中体现了计算机辅助设计及制造技术、激光加工、逆向工程技术、分层制造技术（SFF）、材料去除成形（MPR）、材料增加成形（MAP）技术、数控和新材料开发等多学科、多技术的综合应用。

基于改进分水岭算法的组织细胞图像分析

组织细胞图像分割算法的研究是组织学图像检测技术的关键和难点所在。本文提出的细胞分割算法首先运用基于数学形态学的预处理把图像灰度间距拉开,然后模拟梯田灌溉的方式,通过先过分割再合并的改进分水岭算法来分割组织细胞图像,以得到最终结果。针对骨髓和软骨细胞进行实验,实验结果表明该算法的有效性。

软骨细胞老化特征及机制的研究进展

软骨细胞的老化是一个极其复杂的过程,其特征包括:细胞不可逆的生长停滞于G1期;老化相关β-半乳糖苷酶的表达;端粒长度缩短;软骨细胞分化特征的改变。目前认为其机制为基因表达的程序性或减进性改变,包括肿瘤抑制基因p53和pRb等在细胞生长停滞中的作用;端粒结合蛋白和端粒酶对端粒长度的调节;细胞骨架蛋白的重组使软骨细胞形态的变化;基质降解酶类表达增加以及各种细胞因子的变化对软骨细胞代谢的影响。

基于增强现实的下颌角截骨配准技术的研究

目的:通过增强现实技术,将下颌骨的虚拟三维数字模型及术前设计的预截骨平面同时显示在快速成型实体模型上,实现虚拟图像与实体的重叠配准。方法:选取20例下颌骨肥大患者,行三维CT扫描,重建下颌骨三维数字模型。利用上海九院整形设计系统完成术前设计,生成截骨平面,并与下颌骨合并为STL文件。取患者下牙石膏牙模,制作包含下牙咬合板在内的标志物支架,固定于石膏牙模,两者一并扫描。然后将扫描数据和下颌骨三维数字模型数据导入同一三维处理平台,选择右第一磨牙的远中舌尖、第二磨牙的近中舌尖、左第一磨牙的近中舌尖,进行标志物支架和下颌骨的拟合,生成虚拟影像。此时的三维虚拟数字化影像包括标志物、下颌骨及预截骨平面。然后将标志物支架的下牙咬合板固定于下颌骨快速成型模型上,采用增强现实视频检测方法,用视频捕捉器识别到标志物后,将虚拟影像与下颌骨快速成型实体模型进行配准。结果:该技术实现了三维虚拟数字化影像与下颌骨快速成型模型的虚实融合叠加,使下颌骨和术前设计的预截骨平面实时显示在下颌骨实体上。结论:本研究建立的配准方法具有良好的重复性,有望成为下颌角截骨术可视化手术有效的配准途径,为未来增强现实手术应用研究奠定了基础。

定制型聚羟基乙酸/聚乳酸支架与犬骨髓基质细胞的体外复合培养

背景:聚羟基乙酸、聚乳酸均属于脂肪族聚酯,是一种具有一定机械强度和良好成型性能的生物可降解材料,在体内无毒,不聚积,且有良好的生物相容性。目的:应用CAD、CAM、快速成型和激光扫描技术等组成的数字医学系统制作聚羟基乙酸/聚乳酸三维仿真的下颌支髁突形态模型,并检测其细胞生物相容性。方法:通过CT扫描获得犬头颅骨影像信息,以CAD和CAM实现下颌骨髁突形态的三维重建影像,快速成型技术获得下颌骨髁突的树脂阳模。阴阳模转换获得相应石膏阴模,聚羟基乙酸/聚乳酸在阴模内成型。抽取犬髂骨骨髓获得骨髓基质细胞,与定制型聚羟基乙酸/聚乳酸支架在体外复合培养,检测支架材料的生物相容性。结果与结论:定制型聚羟基乙酸/聚乳酸支架和影像原型比较,当测试点误差小于1.0mm时,复合率大于95%。通过CAD、CAM、快速成型技术、预压成型技术和激光扫描技术等组成的数字医学系统可实现颅颌面下颌骨髁突形态结构聚羟基乙酸/聚乳酸生物材料的三维仿真。体外复合培养结果表明,定制型聚羟基乙酸/聚乳酸支架和骨髓基质细胞具有良好的生物相容性。

应用组织工程技术构建角膜基质组织(英文)

目的应用角膜基质细胞和聚羟基乙酸(PGA)多聚体复合物构建角膜基质,为组织工程技术构建角膜提供依据。方法将培养后的角膜基质细胞-生物材料复合物植入balb/c裸鼠皮下。6周后,对新生组织进行组织学和透射电镜检测,并测定胶原纤维直径。结果石蜡包埋切片显示新生角膜组织具有似正常角膜基质层波浪交叉编织结构。组织工程化的角膜基质胶原纤维直径(27.7±6.2)nm,与正常角膜基质胶原纤维直径相似。结论组织工程技术重建的角膜基质已经具备角膜基质层组织形态学和组织学特征。

计算机辅助设计定制化植入体在复杂眶周畸形治疗中的应用

目的探讨计算机辅助设计定制化植入体,对复杂眶周畸形患者治疗的准确性和安全性。方法本文回顾了2009年1月至2012年12月,于我科接受计算机辅助设计定制化植入体治疗的眶周复杂畸形患者共106例,将患者术后6月CT扫描重建影像与术前计算机模拟设计行表面几何学差异分析,判断植入体与术前设计间的差异,并统计患者并发症的发生情况。结果 106例患者中,采集6个月后随访CT共105例,植入体形态平均误差(1.32±1.64)mm,85.72%的患者误差小于2 mm。除1例患者由于反复的额窦感染,在术后2个月取出植入体,其余患者均未发生严重的并发症。结论计算机辅助定制化植入体,治疗眶周复杂畸形高效、准确、安全,可作为复杂眶周畸形临床治疗的推荐方案之一。

增强现实导航下颌骨截骨术的实验研究

目的在动物实验中建立下颌骨截骨术的增强现实导航系统。方法随机选取10只比格犬,经CT扫描、牙模制作和激光三维扫描,分别建立CT三维数据来源的数字模型和激光三维数据来源的数字模型(简称CT模型和激光模型),将两种数字模型在图形工作站中打开,根据牙尖标志点进行拟合,将拟合信息叠加到比格犬的下颌骨上,进行增强现实导航的下颌骨截骨手术。结果CT模型可重建骨组织,激光模型能迅速、精确地完成牙齿信息的三维重建,通过拟合可制作出截骨方案的增强现实模型,并能用于导航动物的下颌骨截骨术。结论通过CT扫描、牙模制作和激光三维扫描建立的下颌骨截骨术的增强现实导航系统,可以准确应用于动物实验,对其临床操作具有极好的指导价值。

口内入路下颌角弧形截骨术矫正重度下颌角肥大

目的探讨口内入路下颌角弧形截骨术对矫正重度下颌角肥大的疗效。方法应用口内入路下颌角弧形截骨术对20例重度下颌角肥大患者进行矫正,通过X线头影测量,比较术前术后数据变化及容貌改变来评价疗效。结果术前面下部宽度12.221±0.765cm,术后面下部宽度10.797±0.688cm;术前下颌角角度111.209±7.946°,术后下颌角角度129.491±6.277°。手术前后比较有明显差异,术后数据接近正常人群。所有患者容貌较术前有明显改观,未出现下颌骨骨折,下齿槽神经损伤。结论针对重度下颌角肥大患者采用口内入路下颌角弧形截骨术,结合良好术前设计截骨线,可以有效矫正下颌角肥大,取得良好效果。

快速成型三维模型在唇腭裂治疗中的应用研究

目的通过三维激光扫描、CAD、快速成型技术,建立唇腭裂患者齿槽区精确的数字三维模型,并快速成型制作三维实体模型。方法随机选取上海市第九人民医院10例唇腭裂患者,取齿槽区石膏模型,经三维激光扫描、CAD软件处理、快速成型等步骤,制作齿槽区三维实体模型。结果对传统石膏模型和数字三维实体模型的裂隙曲线进行测量比对,数字三维实体模型精确度达97.7%～99.01%,平均精确度为98.51%。结论通过快速成型技术建立唇腭裂齿槽区的精确化数字三维实体模型可替代石膏模型,对于病情判断、术前分析模拟以及未来新型唇腭裂术前矫形器的研发具有重要意义。