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。

氢氧化钠碱蚀法改善3D打印PCL/β-TCP网状支架表面亲水性及其性能研究

目的为解决聚己内酯(polycaprolactone,PCL)/β-TCP骨组织工程支架表面亲水性不足的问题,通过NaOH蚀刻法改善3D打印PCL/β-TCP支架表面微形貌,进一步影响其亲水性和细胞反应。方法采用3D打印熔融沉积成型(fused deposition modeling,FDM)技术制备PCL/β-TCP网状支架,通过NaOH蚀刻法进行支架表面粗糙化改性,观察NaOH浓度、时间2项反应参数对支架改性前、后在微观形貌、能谱元素、接触角、压缩强度、细胞黏附等性能方面的影响。结果经NaOH蚀刻后成功制备PCL/β-TCP网状支架表面微孔结构。随着NaOH浓度、时间任一种参数的增加均会导致支架表面微孔增大、材料表面接触角减小,但NaOH处理参数为1 mol/L(24 h)或10 mol/L(6 h)的蚀刻支架,其压缩强度与未处理组对比,差异没有统计学意义(P=0.071);蚀刻支架上细胞数目增多,单个细胞铺展面积大,在骨髓间充质干细胞(BMSCs)黏附增殖上更具优势。结论采用NaOH蚀刻法改善3D打印PCL/β-TCP骨组织工程支架亲水性的方法是一种低成本的有效策略,可有效改善支架湿润性和细胞黏附。

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。

β-TCP陶瓷的生物降解过程及机理探讨

主要对多孔 β TCP生物陶瓷在体内降解过程进行研究。首先 ,人为造成兔股骨髁部骨腔洞 ,建立骨缺损模型 ,将自制 β TCP多孔陶瓷植入 ,然后定期处死、取材 ,并综合运用扫描电镜观察(SEM)、HE染色和甲苯胺蓝染色 (toluidinebluestaining ,TBS)等测试手段 ,对材料植入区进行研究 ,试图探明 β TCP多孔陶瓷修复骨缺损时的降解机理。

bFGF基因修饰的间充质干细胞/多孔β-TCP陶瓷复合移植修复兔节段性骨缺损

目的 :探讨碱性成纤维细胞生长因子 (bFGF)基因转染间充质干细胞 (MSCs)能否构建出具有良好生物学活性的组织工程化人工骨 ,提高骨缺损修复质量。方法 :体外将具有促进MSCs增殖分化及刺激毛细血管增殖等多重生物学效应的bFGF基因转入骨组织工程首选种子细胞MSCs,并与具有良好力学强度及生物活性的可降解β磷酸三钙 (β TCP)多孔基质材料复合移植 ,修复同种异体兔桡骨 15mm长节段性骨缺损。以单纯空载体转染MSCs为对照 ,通过扫描电镜、X线、组织学及免疫组化等方法检测。结果 :转基因细胞 /基质材料体外复合培养扫描电镜观察证实bFGF基因修饰的MSCs增殖分化活性明显优于对照组。体内实验X线及组织学检测结果显示实验组骨缺损正常修复 ,有大量活跃的新骨及丰富的毛细血管生成 ;对照组各时间点则以纤维结缔组织为主 ,未见明显的新骨及血管生成。免疫组化结果显示转基因细胞可持续表达bFGF至少 4周以上。结论 :把组织工程学与分子生物学有机结合 ,使bFGF持续高效发挥作用 ,研制出具有良好生物学活性的组织工程化人工骨 ,为高质量地修复骨缺损 ,特别是治疗骨折不愈合、股骨头缺血性坏死等疾病奠定了良好的基础。

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。

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。

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.

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。

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。

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。

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。

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。

多孔β-TCP用于构建长骨组织的实验研究

探索新型的多孔 β 磷酸三钙 (β TCP)作为组织工程骨支架材料的应用效果。分别应用单纯 β TCP(对照组 )和骨髓间质干细胞 (bonemarrowstemcells ,BMSCs)、β TCP复合物 (实验组 )修复狗尺骨 2cm的骨缺损 ,术后通过X光片、核素扫描、大体观察和组织学观察判断长骨骨缺损的修复效果。X片观察 :3月时 ,实验组尺骨缺损由内植物较好的桥接 ,内植物边缘模糊 ,管腔及内植物与缺损断端之间有新生骨形成 ;对照组尺骨缺损处的内植物明显变形 ,出现密度不均的裂解颗粒 ,其与缺损断端连接处有新生骨形成。 6月时 ,实验组尺骨缺损被伴有骨髓腔的新生骨连接 ,有皮质骨形成 ;对照组尺骨缺损被高密度影连接 ,没有骨髓腔和明显皮质骨形成 ,尺骨远端直径明显细于实验组。核素扫描的延迟相骨显像 :1月和 2月时两组之间有显著性差异 ,3月时两组之间无显著性差异。大体观察 :3月时可见 ,对照组尺骨直径明显小于实验组 ,实验组的骨缺损处新生物的体积明显大于对照组 ;对照组的内植物周围有纤维组织紧密包裹 ,难于分离。 6月时可见 ,实验组新生骨色泽红白相间 ,明显已被塑形 ;对照组新生骨体积、形状不完整。HE观察 :3月时 ,实验组 β TCP的孔隙中 ,可见新生骨在表面贴附生长 ;对照组 β TCP的孔隙中有类骨质形成 。

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。

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.

固相法制备高温稳定的β-TCP

本文以商用材料为原料 ,用传统的固相法制备了 β TCP粉末。用DTG、TG、DTA测定了混合粉末加热过程中的重量变化和热流。用XRD相分析方法监测加热过程中每个步骤的相变。在分析测试的基础上分析了反应细节。制备的 β TCP粉末具有高温稳定性 ,测定出它从 β相到α相的相变温度为 135 0℃ ,比商用 β TCP粉末高 2 0 0℃。高的相变温度源于原材料中微量Mg的存在。

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.

两种接种密度骨髓基质干细胞复合β-TCP对兔腰椎横突间融合的效果

[目的]观察两种不同接种密度的骨髓基质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cells,BMSCs),在成骨诱导分化后复合β-TCP应用于兔腰椎横突间脊柱融合的术后融合效果。[方法]应用BMSCs/β-TCP复合体对随机分为两组(低密度接种组和高密度接种组)的实验兔进行腰椎横突间非去皮质骨脊柱融合术,观察两组动物术后大体腰椎融合率、影像学特征、骨矿含量(bone mineralization content,BMC),骨密度(bone mineralization density,BMD)和矿化组织体积(bone mineralization tissue volume,BMV)及组织形态学变化。[结果]与低密度接种组比较,高密度接种组术后融合率明显提高,可达到71.4%(P<0.05)。显微CT图像结果显示高密度接种组横突间不仅新骨形成量多,而且融合稳固,且其BMC、BMD和BMV及新骨生成率均高于低密度接种组(P<0.05)。[结论]使用接种密度为10×106cells/ml的人工骨具有较好的融合效果,融合率可达到71.4%,这一点为临床应用BMSCs复合生物材料体外构建人工骨应用于非去皮质骨脊柱后路融合有一定的指导意义。