新型聚乳酸与纳米羟基磷灰石复合人工骨的性能测试研究

目的通过原位聚合法制备新型的聚乳酸与纳米羟基磷灰石复合材料,找到两者复合的最佳配比,从而得到理想的人工骨移植材料。方法采用原位聚合法按一定的配比(纳米羟基磷灰石质量分数分别为0,10%,20%,30%,40%)聚乳酸与纳米羟基磷灰石复合人工骨,对这类新型的人工骨进行性能测试,通过抗弯,抗压,弹性模量,电镜扫描,体外降解实验,观测该人工骨的力学性能、微观结构、纳米羟基磷灰石在聚乳酸中的分散情况以及复合材料的降解性能。结果 (1)力学测试显示:随着n-HA含量的增加,复合材料的拉伸强度逐渐减少。复合材料的弯曲强度在n-HA微粒的质量分数为20%时弯曲强度出现峰值(156.8 MPa)。复合材料的弯曲模量随着n-HA微粒质量分数的增加而增大。(2)SEM扫描显示:纯PDLLA材料断裂表面较平整;在n-HA含量为10%时出现大量的韧窝,明显的粗糙断裂面;在n-HA含量为20%断裂表面凹凸不平,形成大量的韧窝;在n-HA含量为30%以上时断口又变得越来越平整,尚有许多小的韧窝。(3)体外降解实验显示:随着降解时间的延长,降解液的pH值均逐渐降低,复合材料的力学性能也逐渐的产生一定的衰减。结论当n-HA含量为20%时,该人工骨复合材料有着更好的力学性能和降解性能,筛选出该种新型人工骨的最佳配比,制备出性能良好的PDLLA/n-HA复合人工骨材料。

低温快速成型3D打印磁性纳米复合人工骨的性能测定

目的利用低温快速成型技术的可控性、三维多孔立体结构的优点,制备骨组织修复材料磁性纳米多孔复合人工骨支架材料(n-HA/PLLA/Fe_2O_3),并检测其力学和降解性能。方法低温快速成型仪分别制备不同成分比例的n-HA/PLLA/Fe_2O_3,再通过乙醇浸泡法测定支架孔隙率,采用电子试验机通过检测抗弯,抗压,弹性模量评价支架力学性能,通过电镜观察支架超微结构,浸泡磷酸盐缓冲液(PBS)进行降解试验,观察降解液的p H值变化,材料力学性能的变化。结果 n-HA和Fe_2O_3的比例增加,复合支架材料的拉伸强度减弱,弯曲强度在n-HA和Fe_2O_3的质量分数为10%时达到峰值(111.9 MPa),弹性模量随着n-HA和Fe_2O_3质量分数的增加而增大。在n-HA和Fe_2O_3含量为5%时出现大量的韧窝,孔隙率为83%;在n-HA和Fe_2O_3含量为10%断裂表面凹凸不平,孔隙率达到90%以上;在n-HA和Fe_2O_3含量为15%以上时断口又变得越来越平整,孔隙率在80%左右。随着降解时间的延长,支架材料的力学性能也一定程度的衰减。结论复合人工骨支架材料的制备比例中,通过不同组分的筛选和测定,设定最佳的组分配比来制备出性能优良的支架材料。当n-HA和Fe_2O_3成分为10%时,该磁性纳米多孔复合人工骨支架材料具有更好的生物力学性能以及可降解性能。

新型聚乳酸复合纳米羟基磷灰石人工骨的细胞相容性

目的前期试验证实,当纳米羟基磷灰石含量为20%时的聚乳酸复合纳米羟基磷灰石人工骨材料能满足人体骨缺损修复的生物力学要求,尚需进一步的观察其细胞相容性,为临床应用提供参考数据。方法制备纳米羟基磷灰石含量为20%时的聚乳酸复合纳米羟基磷灰石人工骨材料,并提取浸提液。设立阴性对照组(含10%胎牛血清的DMEM完全培养基)、实验组(浸提液)、阳性对照组(质量浓度为0.64%的苯酚),用兔骨髓间充质干细胞与材料浸提液共培养的方式进行。观察兔骨髓间充质干细胞在培养3,5,7 d各时相点的细胞形态学变化,运用MTT比色法,测定上述各组兔骨髓间充质干细胞细胞培养3,5,7 d的相对增殖度,判断材料对细胞的毒性程度。结果随着时间的延长,3组细胞的吸光度值均明显增加(P<0.01)。实验组兔骨髓间充质干细胞相对增殖度在第3,5,7天分别为95.3%,96.8%和97.6%,参照国家标准聚乳酸复合纳米羟基磷灰石人工骨材料的细胞毒性为1级;实验组与阴性对照组比较差异不显著(P>0.05),阳性对照组与其他两组比较差异显著(P<0.05)。实验组细胞形态正常,呈梭形,贴壁生长良好。结论聚乳酸复合纳米羟基磷灰石人工骨材料细胞相容性良好,细胞毒性为1级,参照GB/T16886.5.2003标准属于安全范围。

纳米羟基磷灰石复合聚乳酸人工骨的研究进展

随着材料学和医学的发展,新型人工骨复合材料一直以来都是生物材料领域的研究热点之一。人工骨复合材料的研究不仅要具有良好的生物相容性,而且能够与天然骨组织间形成骨性结合,从而使植入生物体内人工骨复合材料能够长期发挥相应的生理功能[1]。

低氧诱导因子-1α诱导分化的骨髓间充质干细胞复合纳米人工骨修复兔桡骨缺损

目的探讨低氧诱导因子-1α(hypoxia-inducible factor-1α,HIF-1α)诱导分化的骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cells,BMSCs)复合纳米羟基磷灰石(nano-hydroxyapatite,nano-HA)人工骨修复兔桡骨缺损的效果。方法取兔胫骨的骨髓分离培养并鉴定BMSCs;制备携带HIF-1α的慢病毒表达系统,感染BMSCs后与nano-HA共培养得到HIF-1α-e GFP/BMSCs/nano-HA人工骨材料。将30只2月龄新西兰大白兔随机分为3组,每组10只,均通过手术截骨后制成桡骨骨缺损模型,实验组填充HIF-1α-e GFP/BMSCs/nano-HA人工骨材料,对照组填充BMSCs/nano-HA,空白组不填充任何材料。于术后4、8、12周摄X线片观察骨缺损处,并于术后12周获得兔桡骨的大体标本和病理切片,比较桡骨缺损的愈合情况。结果经鉴定,分离培养得到的BMSCs形态良好,高表达CD90、CD105;所有实验动物的桡骨中段缺损模型均构建成功,通过对实验兔的大体标本、X线片及病理切片进行比较分析,实验组和对照组的骨缺损均有所修复,但实验组的新骨形成量更大,骨缺损修复能力优于对照组,空白组骨缺损区未能得到修复。结论 HIF-1α诱导分化的BMSCs与nano-HA复合制成的HIF-1α-e GFP/BMSCs/nano-HA复合人工骨具有良好的骨缺损修复能力,可能成为一种理想的骨缺损修复材料。

磁性纳米多孔复合支架材料的细胞相容性研究

目的研究磁性纳米多孔复合(n-HA/PLLA/Fe2O3)材料的细胞相容性,探讨细胞在材料表面黏附、增殖、表达等生物学行为,为其医学应用提供实验依据。方法将大鼠成骨细胞与磁性纳米多孔复合材料共培养,采用CCK-8法检测细胞增殖、扫描电镜观察细胞在材料上的黏附、RT-PCR检测I型胶原和骨钙素基因的表达。结果 CCK-8检测显示实验组磁性纳米多孔复合材料上细胞的增殖与空白对照组没有差异性(>0.05);扫描电镜观察到细胞在磁性纳米多孔复合材料的表面和孔隙内大量黏附、增殖和生长,随着共培养时间的增加,材料表面的细胞数量明显增多;RT-PCR显示随着共培养时间的增加,I型胶原基因的表达增强(<0.05),骨钙素的表达无明显差异(>0.05)。结论磁性纳米多孔复合支架材料适于成骨细胞的黏附、生长和分化,具有良好的细胞相容性。

三维打印双相磁性纳米复合支架材料的性能测定

目的研究制备出一种新型双相磁性纳米复合支架材料(PLGA/Col-I-PLGA/n-HA/Fe_2O_3),通过各项生物学性能检测,评价并探讨其作为骨组织工程支架的可行性。方法通过低温快速成型方法制备双相磁性纳米复合支架材料(PLGA/Col-I-PLGA/n-HA/Fe_2O_3),采用电子试验机检测支架材料的抗弯,抗压,弹性模量评价其力学性能,通过电镜观察支架材料超微结构;以介质(乙醇)浸泡法测定支架材料的孔隙率,将支架材料与骨髓间充质干细胞复合共培养,检测其生物相容性。结果双相磁性纳米复合支架材料力学检测结果显示其具有良好的力学性能,电镜观察结果显示上下两层孔径均匀分布,上层软骨相孔径较小,中间连续相良好融合,孔径及孔隙率检测结果显示软骨层支架的孔径为189um,孔隙率86.5%。骨层支架的孔径为364um,孔隙率77.1%,符合双层支架材料的设计要求。双相磁性纳米复合支架材料与骨髓间充质干细胞共培养,结果显示骨髓间充质干细胞的增殖效果很好,能更好的促进分化为目的细胞,说明双相磁性纳米复合支架材料具有良好的生物相容性。结论双相磁性纳米复合支架材料(PLGA/Col-I-PLGA/n-HA/Fe_2O_3)有很好的力学性能和生物相容性,孔径及孔隙率达到细胞粘附生长的要求,与正常的关节软骨及软骨下骨生理结构更加接近,有望可以更好的修复骨关节炎或者外伤等疾病带来的软骨和软骨下骨损伤。

三维多孔支架材料PLLA／n-HA的体外生物相容性研究

目的研究三维多孔支架材料聚乳酸/纳米羟基磷灰石(PLLA/n-HA)的体外生物相容性,探讨其作为细胞培养材料和骨组织工程支架的可行性。方法将大鼠成骨细胞接种于PLLA/nHA复合支架上,体外共同培养后,CCK-8法检测大鼠成骨细胞增殖活性,荧光倒置显微镜、扫描电子显微镜下观察PLLA/n-HA复合支架材料表面和孔隙内细胞粘附情况。结果 CCK-8法检测显示实验组复合支架材料上细胞的增殖与空白对照组的差异无统计学意义(P>0.05);电镜观察到细胞在复合支架材料表面和孔隙内大量黏附、生长,并且随着共培养时间的增加,材料表面的细胞数量呈几何级增长。结论三维多孔支架材料PLLA/n-HA的生物相容性较好,可望成为一种性能良好的骨组织工程支架材料。

Runx2重组慢病毒感染骨髓间充质干细胞并促进其成骨分化的研究

目的利用重组Runx2基因的慢病毒感染大鼠骨髓间充质干细胞(BMSCs),使其Runx2基因的表达水平提高,观察BMSCs成骨相关基因的表达情况,研究Runx2基因促进BMSCs的成骨分化情况。方法 PCR扩增Runx2基因,并连接到慢病毒表达载体质粒Pez-lv201,与包装质粒共转染293T细胞进行包装,测得慢病毒液滴度。取4周龄SD大鼠胫骨,分离、培养BMSCs,流式细胞仪鉴定。将Runx2重组慢病毒感染BMSCs。显微镜下观察细胞形态变化;RT-PCR分析BMSCs成骨基因的表达情况。结果Runx2基因重组慢病毒表达载体质粒酶切和测序鉴定正确。测得慢病毒液滴度为1.6×109TU/ml。流式细胞仪检测表面抗原CD90和CD105,表达率为99.8%、99.3%。重组慢病毒感染后实验组细胞形态呈成骨样细胞改变;对照组未见明显变化。实验组Runx2、OCN、osteonectin、ALP、BMP-2、OPN基因的表达水平随时间推移而增高;对照组上述基因均无明显表达。结论利用Runx2重组慢病毒感染BMSCs,使其高表达Runx2基因,可以使OCN、osteonectin、ALP、BMP-2、OPN基因表达增强,说明Runx2基因可以促进BMSCs向成骨方向分化。

胫骨平台骨折诊治的研究进展

胫骨平台由胫骨近端的干骺端及关节面组成,作为人体膝关节重要的负荷结构,其功能是非常重要的。此处骨折多因高能量暴力撞击或挤压所致。胫骨平台解剖结构复杂,一旦损伤常伴随半月板及韧带损伤。如治疗不当,往往严重影响患者生活。近年来,随着医疗水平的提高,医疗技术的提升,各种手术方式及手术器材的应用使胫骨平台骨折的治疗得到了快速的发展,但对何种手术方式是治疗胫骨平台骨折的最佳方案一直存在争议,本文现结合最新的研究进展对胫骨平台骨折进行综述。

Runx2及其在骨组织工程中的应用

Runx2在成骨分化信号转导通路中起核心作用,能够诱导骨髓间充质干细胞(BMSC)向成骨细胞定向分化并促进成骨细胞和软骨细胞成熟,从而促进骨愈合,被视为骨组织工程中最具有应用前景的转录因子之一。利用携带Runx2基因的腺病毒载体感染BMSC,使BMSC中Runx2蛋白表达增高,并将BMSC复合于骨材料上以提高骨性愈合效率,已成为骨组织工程研究新热点。该文就Runx2及其在骨组织工程中应用研究进展作一综述。

软骨组织工程支架材料研究进展

软骨组织工程支架材料中天然高分子材料、人工合成高分子材料和复合材料,均有独特的理化性质,结合不同材料特点制成合适的支架材料对软骨组织工程研究十分关键。该文就近年软骨组织工程支架材料研究进展作一简要综述。

大鼠股骨缺损模型中BBP增强BMP-2的骨诱导作用

目的验证在大鼠节段性骨缺损模型中骨形态发生蛋白结合肽（BMP Binding Peptide,BBP）对于重组人骨形态发生蛋白-2（recombinent human bone morphogenetic protein-2,rhBMP-2）骨诱导作用的影响。方法 70只缺损大鼠分别分成7组,每组不同剂量的rhBMP-2＋/-1000 gBBP,4w和8w后分别摄片,动物8w后处死,股骨样本分别手工评估,采用uCT测量骨容积,随后分别采用组织学和生物力学分析。结果高剂量（10 g）rhBMP-2组术后8w可见骨愈合,骨缺损处骨完全覆盖和桥接,但低剂量（5 g和2 g）rhBMP-2组术后8w骨愈合欠佳。与单独应用rhBMP-2相比,使用低剂量的rhBMP-2复合一定量的BBP可以取得更满意的骨形成量。BBP增强rhBMP-2的骨形成活性发生于4~8w时,而在术后早期并无明显作用。单纯应用BBP仅可见骨缺损处局部的钙化,未见骨愈合。结论 BBP能显著增强rhBMP-2的骨形成活性,这种增强作用需要一定时间来产生效果;其活性发生于术后4~8w时,在术后早期并无明显作用。而且BBP本身并没有骨诱导潜力,仅仅能增强rhBMP-2的骨形成活性。BBP起到缓释作用,与rhBMP-2紧密结合后,让rhBMP-2缓慢而持久的释放。

软骨细胞去分化研究进展

关节软骨修复一直是临床难题,软骨组织工程发展为软骨修复提供了新思路并取得了一定突破,然而体外培养软骨细胞去分化现象极大地限制了该技术进一步发展。多种机制参与软骨细胞去分化过程,包括软骨细胞自身老化及相关基因、信号转导通路等。该文就软骨细胞去分化及其相关机制研究进展作一综述。

低温快速成型亲水改性复合人工骨支架的性能测定

背景:低温快速成型技术具有支架成型可控性、保持材料生物学活性和易于实现支架材料的三维多孔立体结构等优势,被迅速用于骨组织工程支架的制备。目的:采用低温快速成型制备聚乙二醇改性聚乳酸-乙醇酸/纳米羟基磷灰石复合支架,并检测其性能。方法:采用低温快速成型设备分别制备聚乙二醇改性聚乳酸-乙醇酸/纳米羟基磷灰石与聚乳酸-乙醇酸/纳米羟基磷灰石复合支架,通过电镜观察支架超微结构,以介质(乙醇)浸泡法测定支架孔隙率,采用电子试验机检测支架力学性能;将两种支架材料分别与大鼠成骨细胞共培养,培养12 h采用沉淀法检测细胞黏附率,培养1,3,5,7,9,12 d采用CCK-8法检测细胞增殖。结果与结论:两组支架孔径均在理想范围内并具有较高孔隙率,但聚乙二醇改性聚乳酸-乙醇酸/纳米羟基磷灰石支架的孔径波动范围大,孔径均值较聚乳酸-乙醇酸/纳米羟基磷灰石支架小且部分有闭塞现象。聚乙二醇改性聚乳酸-乙醇酸/纳米羟基磷灰石支架的细胞黏附率及表面细胞增殖活性高于聚乳酸-乙醇酸/纳米羟基磷灰石支架(P<0.05),力学性能低于聚乳酸-乙醇酸/纳米羟基磷灰石支架(P<0.05)。表明聚乙二醇改性聚乳酸-乙醇酸/纳米羟基磷灰石复合支架具有良好的细胞相容性。

骨髓间充质干细胞向软骨细胞诱导分化的研究进展

骨性关节炎是一种以关节软骨进行性退行性变为特征的软骨病变,最终导致关节不可逆功能障碍。应用骨髓间充质干细胞体外诱导分化成有活性的软骨细胞,通过复合支架材料移植到软骨缺损区,是治疗骨性关节炎的一种微创和有效的治疗方式,作为骨组织工程领域研究重点,目前主要研究的方向包括细胞因子、信号间的传导通路、物理影响因素及支架材料的构建等方面。

α-氰基丙烯酸丁酯类医用骨胶改性研究进展

α-氰基丙烯酸丁酯(BCA)类医用胶已广泛应用于临床手术,其在粉碎性难固定骨折治疗中的应用是目前骨组织工程研究的重要方向之一。目前α-BCA改性研究重点是复合有机或无机纳米材料,以提高复合材料黏合力、骨传导性能、细胞生物相容性及适宜的降解速率。该文就α-BCA类医用胶改性研究进展作一综述。

nHA-PLGA支架材料与兔软骨细胞体外培养的生物相容性研究

目的研究新型多孔复合支架材料纳米羟基磷灰石(nHA)-聚乳酸羟基乙酸共聚物(PLGA)的生物相容性,探讨其作为骨组织工程支架的可行性。方法将胎兔膝关节软骨细胞接种于制备的nHA-PLGA复合支架上,体外共同培养后采用四甲基偶氮唑蓝(MTT)法检测软骨细胞增殖活性,倒置荧光显微镜、扫描电镜观察支架材料表面和孔隙内软骨细胞黏附情况,流式细胞术检测软骨细胞周期情况。结果实验组(A组)复合支架材料上细胞增殖活性与空白对照组(B组)相比,无统计学差异(P>0.05);倒置荧光镜、扫描电镜观察显示A组细胞在复合支架材料表面和孔隙内大量黏附、生长,其数量随着共培养时间增加呈几何级增长;流式细胞仪检测显示A组与B组细胞周期差异无统计学意义(P>0.05)。结论 nHA-PLGA多孔复合支架生物相容性好,是一种性能良好的骨组织工程支架材料。

微RNA调控间充质干细胞软骨分化的机制研究进展

间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSCs)是软骨组织工程的一种理想种子细胞,体外条件下诱导MSCs软骨分化,将直接影响组织工程修复软骨的成败。微RNA(micro RNA,mi RNA)是一类由内源基因编码、长度为22个核苷酸左右的单链RNA,在细胞增殖、分化、凋亡以及疾病发生过程中发挥重要的调控功能,其在转录后水平调控与软骨分化相关转录因子及信号通路靶基因的表达,以此调控MSCs软骨分化。本文就mi RNA调控MSCs软骨分化的机制研究进展作一综述。

两种改性可吸收界面螺钉重建前交叉韧带的生物力学研究

目的探索两种改性可吸收界面螺钉聚乳酸/羟基磷灰石/α-Fe2O3(PLLA/HA/α-Fe2O3)和聚乳酸-聚乙二醇/羟基磷灰石(PLLA-PEG/HA)重建前交叉韧带(anterior cruciate ligament,ACL)早期是否能满足对移植物固定的初始力学要求。方法猪胫骨及游离的猪伸趾肌腱被随机分为3组,每组包括8个胫骨及8个伸趾肌腱,分别应用PLLA/HA/α-Fe2O3、PLLA-PEG/HA及临床使用聚乳酸/羟基磷灰石(Bio RCI-HA,Smith&Nephew,USA)三种界面螺钉对胫骨端移植物进行挤压固定。移植物固定完成后对三组实验样本实施生物力学测试,包括最大载荷、刚度和失败模式。结果最大载荷:Bio RCI-HA组为(483.4±103.8)N,PLLA/HA/α-Fe2O3组为(456.0±102.0)N,PLLA-PEG/HA组为(445.7±90.1)N,三组最大载荷差异无统计学意义。抗拉刚度:Bio RCI-HA组(48.0±6.7)N/mm>PLLA-PEG/HA组(40.7±6.7)N/mm和PLLA/HA/α-Fe2O3组(41.2±4.6)N/mm,前者抗拉强度较后两者差异有统计学意义。失败模式:所有样本测试失败模式均为移植物滑出,并无出现移植物撕裂或者固定装置损坏发生。结论改性界面螺钉PLLA/HA/α-Fe2O3、PLLA-PEG/HA在重建猪ACL中能满足生物力学要求。