PLLA/β-TCP支架表面多孔结构的构建及其对细胞黏附的影响

目的通过NaOH溶液的简单处理构建3D打印PLLA/β-TCP骨组织工程支架表面多孔结构,增加支架的粗糙度和亲水性,促进支架表面的细胞黏附。方法通过3D打印熔融沉积成型技术制备PLLA/β-TCP网状支架,并通过NaOH蚀刻的方法进行支架的粗糙化改性,依据支架表面微观形貌、能谱、接触角、力学、细胞黏附等观察NaOH浓度、时间两项反应参数对支架的影响。结果通过熔融沉积成型技术制备的PLLA/β-TCP复合支架存在预先设置的网状结构;经NaOH蚀刻构建了兼有宏观和微观空隙的多孔形态。NaOH浓度、时间中任意一种参数的增加都会导致支架表面微观孔隙的孔径、孔密度增加。NaOH处理参数为0.1 mol/L(9 h)时,可显著减小支架表面水接触角,且对支架的压缩强度无显著影响。体外细胞检测显示,经NaOH蚀刻后的表面多孔复合支架在骨髓间充质干细胞(BMSCs)的黏附增殖上更具优势。结论用NaOH处理3D打印PLLA/β-TCP骨组织工程支架可有效改善支架表面形态,优化该类支架的亲水性及细胞黏附。

3D打印技术制备β-TCP仿生骨支架的形态结构特点及其成骨性能分析

目的 分析3D打印技术制备β-磷酸三钙(β-TCP)仿生骨支架的形态结构特点及其成骨性能。方法 随机选取24只新西兰兔,建立股骨髁部缺损模型。采用3D打印技术制备β-TCP仿生骨支架,将实验兔随机分为2组,每组12只。其中对照组未植入任何材料;实验组植入β-TCP仿生骨支架,观察4周、8周和12周后的两组骨修复结果,评价其成骨性能。结果 实验组术后第4周、8周、12周时的骨组织学评分均高于对照组,骨小梁厚度、数目、骨小梁体积/总体积均高于对照组(P<0.05)。3D打印的仿生骨支架的直径、高度、孔隙率以及抗压强度、弹性模量与天然松质骨之间的差异无统计学意义(P>0.05)。结论 3D打印技术制备的β-TCP仿生骨支架,可促进骨缺损的修复,支架形态学结构及成骨性能与松质骨相近。

煅烧牛松质骨制备β-TCP/HAP/Ca_2P_2O_7多孔陶瓷反应机制研究

以牛松质骨(CBB)为原料,经过系列脱脂处理,采用低温煅烧工艺,通过调整浸泡溶液NH4H2PO4浓度及煅烧温度等工艺参数,制备出具有天然骨多孔结构的β-TCP/HAP/Ca2P2O7多相生物陶瓷材料。利用X射线衍射分析对煅烧产物的相组成进行表征,采用FTIR、TG对反应机制进行探讨。结果表明:浸泡溶液NH4H2PO4浓度对制备的样品相组成具有重要影响,通过合理控制NH4H2PO4浸泡溶液浓度,可以获得不同相组成的多孔生物陶瓷材料。煅烧产物的相组成主要受到HAP分解的OH-量(x)和与NH4H2PO4反应的OH-的量(3m)影响,当x>3m时,煅烧产物含有β-TCP与HAP两相;当x=3m时,煅烧产物为纯相β-TCP;x<3m时,煅烧产物含有β-TCP、Ca2P2O7和HAP或β-TCP和Ca2P2O7。

多孔镁表面生物活性β-TCP涂层的制备及其细胞相容性研究

采用化学沉积法在镁支架表面制备生物活性的β-TCP(磷酸三钙陶瓷)涂层,利用X射线衍射,扫描电子显微镜研究β-TCP涂层的相结构和表面形貌。并对表面改性的镁支架与类成骨细胞UMR106的体外生物相容性进行了详细研究。结果表明,表面改性后的镁支架浸提液细胞毒性为1级,即无细胞毒性;材料浸提液无细胞DNA毒性,对细胞周期无改变,也无异倍体细胞出现。实验结果证明,表面改性后的多孔镁具有良好的细胞相容性,是一种很有前景的新型骨组织工程支架材料。

两种不同三维结构β-TCP材料体内血管化的比较研究

[目的]研究支架内部三维结构对β-TCP材料体内血管化的影响。[方法]将2种不同三维结构的β-TCP材料(孔径400～500μm,内连接径为120μm的圆片状β-TCP材料和相同成份、重量的β-TCP材料碎颗粒,直径在100～200μm)包埋入24只成年新西兰兔的双侧腰背筋膜内,术后1、2、4、8周对材料进行组织学观察、同位素骨扫描及扫描电镜等检查,观察2种不同内部三维结构β-TCP材料的体内血管化情况。[结果]两组材料具有良好的生物相容性。术后1周,2种结构材料只有周边部分孔隙内可见幼稚的毛细血管形成。术后4周,圆片状人工骨材料内全层出现新生血管,血管数量增多,管腔变大,外周血管发育成熟,进入血管化高峰期。术后8周血管数量无明显增多,仅有管腔增大,偶见成熟的微血管结构。而颗粒状材料血管化进程缓慢,血管数较少,管腔小,结构差。4周时,仍以发育幼稚的毛细血管为主,8周时出现部分毛细血管闭塞。[结论]材料孔隙间的连通是影响材料体内血管化的关键因素,具体地说,较高的连通率可以使材料血管化更为完全,而连通径的大小可以限制新生血管管腔的大小。

用海绵浸渍法制备多孔β-TCP生物材料

利用海绵浸渍方法制备出具有优良生物降解特性的β-Ca_3(PO_4)_2(β-TCP)多孔陶瓷材料,采用图象分析和扫描电镜分析了样品内部孔结构特点,实验结果表明,这种材料不仅孔径大、气孔率高,而且孔洞之间相互连通,构成网状结构,从而非常有利于材料植入体内后生物降解并诱导新骨组织长入。

新型聚乳酸/β-磷酸三钙(PLLA/β-TCP)多孔支架材料的性能研究

选择含有70%β-磷酸三钙加入聚乳酸中,致孔剂含量为70%(质量分数),制作成孔径为200～400μm的复合多孔支架材料,将其压成直径为5 mm、高为5 mm的圆柱体形状。将大鼠的骨髓间充质干细胞(BMSCs,Bone Mesenchymal Stem Cells)经过体外分离培养、传代诱导后,与多孔聚乳酸/β-磷酸三钙支架材料在培养板内共同培养1、3、5、7、10、14 d。采用扫描电镜观察、MTT法及ALP检测试剂盒等方法检测BMSCs在材料表面的粘附、增殖和分化能力。检测结果显示:BMSCs能在该支架材料表面早期粘附和增殖,在体外共同培养时BMSCs大量增殖后维持其碱性磷酸酶活性。此种方法制造的多孔聚乳酸/β-磷酸三钙复合支架材料有望成为组织工程骨支架材料。

共沉淀法制备HA/β-TCP双相生物陶瓷粉末新工艺研究

在加热条件下,通过调节Ca(NO3)2 (NH4)2HPO4 NH3H2O H2O体系的pH值,制得了不同HA和β TCP比例的纯双相粉末,并对其反应历程进行了初步研究。新工艺和常规方法比较,大大缩短了陈化时间,反应重复性好。

β-TCP/α-CSH复合植骨材料固化性能与力学强度

目的检测β-磷酸三钙(β-TCP)/α-半水硫酸钙(α-CSH)复合人工骨的固化性能与力学强度。方法将β-TCP/α-CSH复合人工骨与蒸馏水按1g:0.1 mL、1g:0.2 mL、1g:0.3 mL、1g:0.4 mL、1g:0.5 mL的比例混合,测试其初凝时间、终凝时间、压缩强度,并进行X线衍射和扫描电镜观察。结果复合人工骨的固化时间均随着固化液比例的增加,初凝时间和终凝时间逐渐延长,固液比为1g:0.2 mL时初凝时间为(4.6±1.3)min,终凝时间为(13.1±2.9)min。复合人工骨的平均抗压强度固化1 d时达到7.86 MPa,较近单相β-TCP组升高约1倍,XRD检测固化后没有其他物质产生,只是α-CSH在固化过程中转化为二水硫酸钙(CSD),扫描电镜可见固化后粗大CSD颗粒形成短柱状结构覆盖在多孔状β-TCP表面。结论通过调整β-TCP/α-CSH的固液比可以调整其固化时间和压缩强度。

多孔β-TCP生物降解陶瓷的红外光谱研究

本文报道了多孔β－ＴＣＰ（β－Ｃａ３（ＰＯ４）２）生物降解陶瓷的红外光谱，研究了实验条件对生物降解陶瓷结构与性能的影响．结果表明，生物降解陶瓷以β－Ｃａ３（ＰＯ４）２为主晶相，同时含有Ｃａ２Ｐ２Ｏ７，Ｃａ４Ｐ２Ｏ９晶相和其他非晶相。

基于脂肪干细胞I型胶原凝胶PLGA-β-TCP支架的新型仿生骨组织工程复合体的构建及生物学性能

目的:尝试构建基于脂肪干细胞、I型胶原凝胶以及PLGA-β-TCP支架的新型仿生骨组织工程复合体,并对其生物学性能进行研究.方法:取3 mo龄日本大耳白兔皮下脂肪,获得脂肪干细胞,经体外成骨诱导分化鉴定后使用I型胶原凝胶将其悬浮并与三维多孔支架PLGA-β-TCP复合,从而构建成脂肪干细胞-I型胶原凝胶/PLGA-β-TCP骨组织工程复合体,体外成骨诱导培养2 wk,实验以脂肪干细胞/PLGA-β-TCP材料复合体作为对照.扫描电镜观察复合情况,并对脂肪干细胞的增殖以及成骨诱导分化情况进行检测.结果:I型胶原凝胶将rADSCs均匀悬浮于材料孔隙中,碱性磷酸酶活性以及细胞外基质矿化程度检测显示I型胶原凝胶能显著促进rAD-SCs的成骨分化.结论:脂肪干细胞-I型胶原凝胶/PLGA-β-TCP复合体的构建成功为骨组织工程复合体的设计提供了一条新的思路.

人骨髓间充质干细胞结合多孔β-TCP构建生物相容性人工骨

研究人骨髓间充质干细胞(HBMSCs)结合多孔β磷酸三钙(β-TCP)的生物相容性与体内成骨作用。密度梯度离心结合差异贴壁法分离HBMSCs,常规扩增传代,相差显微镜形态学观察和流式细胞仪检测细胞表面标记CD13、CD29、HLA-2、CD34、CD45和HLA-DR;分别在成骨、成软骨和成脂肪细胞培养基中定向诱导分化,验证其多向分化能力。将HBMSCs在低压下载入多孔β-TCP立方块,形成MSCs/β-TCP复合物,电镜观察材料内部与细胞结合情况。继续成骨诱导培养2周后植入裸鼠背部皮下,于植入4周和8周后取出复合物做组织学检查。设非成骨诱导培养复合物为对照。原代和传代细胞呈梭形外观,生长增殖能力良好;流式细胞仪检测间充质细胞来源表面标记物CD13、CD29,HLA-2阳性,造血细胞来源表面标记物CD34、CD45和HLA-DR阴性;能成功高效定向分化为成骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞;细胞在β-TCP材料表面贴附、增殖良好;MSCs/β-TCP复合物植入皮下4周后即有少量新骨生成,至8周时更明显;对照组新骨生成量较少。本方法快速、高效分离扩增HBMSCs;HRMSCs与多孔可降解β-TCP材料生物相容性良好;二者结合能显著提高体内新骨生成,提示其可用于临床作为骨移植替代物,可提高骨移植修复骨缺损的疗效。

高分子涂层和氮化钛涂层对Mg-6%Zn-10%(β-TCP)耐腐蚀性能的影响

用多弧离子溅射法和喷涂法分别在Mg-6%Zn-10%(β-TCP)复合材料表面制备氮化钛(Ti N)涂层、聚己内酯(PCL)涂层和壳聚糖(CS)涂层,通过体外Ringer’s液浸泡实验,检测试样的析氢速率、质量变化和不同时间点试样表面形貌改变及浸泡液中p H改变等指标,评价3种不同涂层对复合材料的耐蚀性的影响。研究结果表明:3种涂层的表面形貌不同,表面均有微孔,Ti N涂层呈皱褶状,PCL涂层表面较光滑,CS涂层表面较粗糙;浸泡实验发现3种试样涂层均发生改变,Ti N组试样浸泡84 h时试样腐蚀呈碎渣状,而PCL组和CS组试样表面相对完整,只在涂层边缘发生部分破坏;Ti N组浸泡液的p H上升明显,92 h内达11.3,而PCL组和CS组浸泡液的p H缓慢上升,6 d后稳定在10.2左右;PCL组的析氢速率和质量损失比CS组的低。Ti N涂层加快Mg-6%Zn-10%(β-TCP)复合材料的腐蚀,PCL和CS涂层均能提高复合材料的耐腐蚀性能,且PCL涂层优于CS涂层。

HA/β-TCP双相磷酸钙陶瓷材料的生物学性能研究

研究了双相磷酸钙陶瓷在SBF中类骨磷灰石的形成,采用小鼠骨骼肌母细胞C2C12细胞系和HA/β-TCP复合培养,通过细胞增殖实验,电镜和荧光染色法观察并实施动物肌肉内植入实验,得出:材料在SBF中浸泡后有利于类骨磷灰石的沉积。细胞在HA/β-TCP支架材料上生长良好。对HA/β-TCP进行细胞毒性评价,与阴性对照组比较,样品不抑制细胞增殖,表现出良好的生物相容性。HA/β-TCP支架材料能促进细胞的增殖。动物实验表明,在体内HA/β-TCP有很好的骨形成能力。因此,实验制备的HA/β-TCP支架材料有良好的生物学性能。

淀粉造孔法制备多孔β-TCP/生物玻璃生物陶瓷

利用淀粉在低温下的吸水不可逆膨胀和膨胀后的粘接作用,高温烧除淀粉的方法制备多孔β-TCP生物陶瓷。液固比（用水量和PVA溶液体积和/β-TCP粉末和淀粉质量和）控制在1.7-2.5有利于坯体的强度;对β-TCP粉末和烧成后的多孔体进行XRD分析,主晶相为β-TCP,多孔体的衍射峰强度相比粉末有较大幅度的提高,表明晶粒生长良好;SEM分析表明材料呈大孔-微孔分布结构,三维连通,大孔孔径在100-500μm,微孔孔径在3-50μm,有利于组织的长入和材料本身的降解;机械性能测试表明在淀粉添加体积比为5%-20%时,抗压强度在3-7 MPa,气孔率大约在40%-80%。分析表明材料基本符合生物学要求,是良好的骨修复材料。

有机泡沫浸渍法制备多孔β-TCP支架及生物相容性研究

以制备满足骨组织工程要求的支架为目的,将β-TCP粉末与Al2O3-MgO-H3PO4粘结剂按一定比例调和成浆料,采用有机泡沫浸渍法使其成型,低温烘干后于900-1200℃烧结制得多孔β-TCP支架.然后接种从胚胎胫骨分离的成骨细胞,进行材料-细胞复合培养后,通过扫描电镜观察细胞在陶瓷表面附着、生长等情况,评价其生物相容性.研究表明,采用有机泡沫浸渍法制备的β-TCP支架具有三维开孔网状结构,而且复合培养后的陶瓷表面有许多形态良好的成骨细胞附着,具有良好的生物相容性.

3D打印β-TCP多孔复合支架的力学和生物学特性

目的研究3D打印β磷酸三钙[β-Ca3（PO4）2,β-TCP]多孔复合支架的力学和生物学特性,为进一步动物实验中复合支架的设计提供指导。方法用新型可降解材料聚柠檬酸-1,8-辛二醇酯[poly（1,8-octanediol citrate）,POC]为粘合剂,采用熔融成型（fused deposition modeling,FDM）技术实现β-TCP支架的3D打印,并用多肽甘氨酸-精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸-丝氨酸（Gly-Arg-Gly-Asp-Ser,GRGDS）对复合支架修饰,以改善复合支架的细胞黏附性。使用光学显微镜和扫描电镜观察复合支架的微观孔隙结构,使用材料试验机对复合支架进行压缩测试,并测量支架的水表面接触角;通过体外细胞实验检测支架的细胞黏附率和促细胞增殖能力;利用支架修复SD大鼠颅骨缺损模型,进一步研究其体内成骨能力。结果多肽在复合支架上均匀分布且不失活;复合多肽后支架的微观孔隙结构发生改变,细胞黏附率提高,但支架压缩模量、水表面接触角和体内成骨能力等特性未受明显影响。结论多肽修饰后的β-TCP多孔复合支架细胞黏附能力明显改善,而力学、亲水性和体内成骨能力等未受明显影响。研究结果为临床骨缺损修复支架的构建提供新思路,也为该支架技术的进一步临床应用提供实验室依据。

成骨诱导的大鼠骨髓间充质干细胞与不同比例的β-TCP/PLLA支架材料复合的研究

种子细胞、支架材料及二者的相互作用是骨组织工程需要解决的三大问题。骨髓间充质干细胞(Mesenchym al stem cells,MSCs)是一种很有潜力的种子细胞,但挑选什么样的MSCs作为种子细胞目前研究尚少;而材料方面,研制力学性能和生物相容性均好的可降解多孔支架材料一直是研究者努力的方向。为了挑选处于最佳时期的种子细胞以及最适比例的β- TCP/PL L A多孔支架材料,我们观察并检测了大鼠MSCs(r MSCs)成骨诱导后不同时期细胞的形态及功能,发现r MSCs成骨诱导后10 d左右开始进入增殖期,14 d左右进入基质合成期,2 0 d左右进入矿化结节期(但三者不是截然分开的) ,从而根据实验目的挑选出能作为骨组织工程用的最佳细胞。将该时期的种子细胞与不同比例的β- TCP/PL L A多孔支架材料复合后,通过荧光显微镜、扫描电镜以及MTT等方法初步比较了不同比例的材料对细胞生长状况的影响,结果显示不同比例的材料均具有一定的生物相容性,细胞生长良好。但以β- TCP/PL L A=2∶1的材料最好,对细胞的生长影响最小。

TC-PHBHHx/β-TCP复合物治疗SD大鼠干槽症的实验研究

目的:探讨不同制剂对干槽症的治疗作用,以期获得一种即抗菌又能加速成骨的治疗方法,临床应用提供理论依据.方法:将72只SD雄性大鼠拔除左上前牙,在其拔牙窝形成千槽症.7d后被随机分配到以下4组,接受不同治疗方法.A组—清创;B组—清创+碘仿纱条填塞;C组—清创+派丽奥软膏充填;D组—清创+TC-PHBHHx/β-TCP.治疗后的1、4、8周进行荧光标记,获得标本后,制作硬组织切片及脱钙切片,利用组织形态分析方法对各组成骨面积百分比进行比较.采用SPSS 19.0软件包对数据进行统计学分析.结果:同一观察时间不同治疗组在成骨效果上相比,A、B、C3组之间无统计学差异,而D组与其他3组间存在统计学差异;相应地,可见有明显的新骨形成.同一治疗组不同观察时间在成骨效果上相比,B和C组间成骨面积无统计学差异,A组有少量骨形成,但伴随大量炎症细胞.然而,随着时间推移,D组表现出成骨面积逐渐增加的趋势.结论:TC-PHBHHx/β-TCP复合物具有显著的抗炎和成骨效果,碘仿纱条和派丽奥软膏具有良好的抗炎效果,但成骨效果不显著.

微波等离子体烧结制备多孔纳米CHA/β-TCP双相生物陶瓷

为了提高钙磷陶瓷材料性能,以含碳酸化羟基磷灰石纳米粉体(CHA)为原料,采用含水蒸汽CO2微波等离子体快速烧结新技术阻止CHA分解和实现多孔CHA/β-TCP双相生物陶瓷的纳米化。在优化工艺条件下,制得平均晶粒尺寸为92 nm,气孔率为55.9%,CO32-含量约为4%,压缩强度为13.7 MPa的多孔纳米TCP/CHA双相生物陶瓷。与常规马弗炉烧结相比,微波等离子体烧结时间缩短,烧结温度降低,能有效阻止CHA分解,提高烧结效率。微波等离子体烧结是一种快速制备纳米生物陶瓷的有效方法。