基于丝素/胶原/羟基磷灰石仿生骨材料的多维结构及其性能

目的 体外构建丝素蛋白(silk fibroin,SF)、I型胶原(type I collagen,Col-I)和羟基磷灰石(hydroxyapatite,HA)共混体系制备二维复合膜和三维仿生支架,研究其理化性质和生物相容性,探讨其在组织工程支架材料中应用的可行性。方法 通过在细胞培养小室底部共混SF/Col-I/HA以及低温3D打印结合真空冷冻干燥法制备二维复合膜及三维支架。通过机械性能测试、电子显微镜和Micro-CT检测材料的理化性质,检测细胞的增殖评估其生物相容性。结果 通过共混和低温3D打印获得稳定的二维复合膜及三维多孔结构支架;力学性能具有较好的一致性,孔径、吸水率、孔隙率和弹性模量均符合构建组织工程骨的要求;支架为网格状的白色立方体,内部孔隙连通性较好;HA均匀分布在复合膜中,细胞黏附在复合膜上,呈扁平状;细胞分布在支架孔壁周围,呈梭形状,生长及增殖良好。结论 利用SF/Col-I/HA共混体系成功制备复合膜及三维支架,具有较好的孔连通性与孔结构,有利于细胞和组织的生长以及营养输送,其理化性能以及生物相容性符合骨组织工程生物材料的要求。

多孔UHMWPE仿生骨材料的制备和性能研究

使用硫酸处理纳米活性炭(ANC)得到酸蚀纳米活性炭(ATANC),将ATANC与马来酸酐接枝聚乙烯(PE-g-MAH)反应制备功能化纳米活性炭(FANC),通过傅里叶变换红外光谱仪和扫描电子显微镜对其结构进行了表征。在超高分子量聚乙烯(UHMWPE)中添加不同含量FANC,以NaCl为致孔剂,采用模板-滤取法通过热压成型工艺制备多孔UHMWPE仿生骨材料,研究了仿生骨材料的孔隙率及抗拉伸性能,采用扫描电子显微镜对其断面和表面微孔形貌进行分析。结果表明,在PE-g-MAH与ATANC质量比为12.5∶1、FANC质量分数为3%、NaCl质量分数为60%时,制备的多孔UHMWPE仿生骨材料孔隙率可达38.4%,且微孔排列较均匀,抗拉强度可达到14.3MPa,与天然软骨材料基本相当。

仿生骨材料对幼羊颅骨缺损模型DKK-1表达水平及成骨能力影像的研究

目的:探究幼羊颅骨缺损修复模型中仿生骨材料的诱导成骨能力及其对DKK-1表达水平的影响。方法:选择同一种群且大小、体重相近的1月龄的小尾寒羊30只(雌雄不限),随机分为6组并标记,每组各5只,分别为A组复合材料修补组,B组多孔材料修补组,C组高密度材料修补组,D组钛网修补组,E组空白组(幼羊颅骨缺损模型未进行颅骨修补),F组正常组(未给予任何干预)。在建立幼羊颅骨缺损模型并使用材料修补3个月后,采集各组实验动物血清样本,应用酶联免疫吸附法(enzyme linked immunosorbent assay,ELISA)检测各组血清中DKK-1的表达水平,并比较不同修补材料对DKK-1表达水平的影响。结果:A、B、C、D、E和F组幼羊的血清DKK-1浓度平均水平分别为(57. 02±4. 61) ng/mL、(55. 43±3. 53) ng/mL、(74. 83±2. 67) ng/mL、(90. 47±4. 21) ng/mL、(86. 62±4. 00) ng/mL和(108. 33±6. 15) ng/mL。A、B、C、D、E组幼羊DKK-1水平分别与F组相比,差异具有统计学意义(P <0. 05); A、B组幼羊DKK-1水平分别与E组相比,差异具有统计学意义(P <0. 05); C、D组幼羊DKK-1水平与E组相比差异无统计学意义(P> 0. 05)。结论:复合材料和多孔材料对缺损处颅骨的诱导及成骨能力较强,可能成为颅骨修补的潜在适合修补材料。

新型仿生骨材料长成后框架可自然消解:2009年6月在天津大学材料科学与工程学院完成实验室阶段

2009年6月，由天津大学材料科学与工程学院承担的天津市自然科学基金项目——新型“仿生骨”生物材料技术完成实验室阶段研究，并将应用于医疗领域。由新型材料制作的“仿生骨”，相当于在人体中放入了一个框架，“引导”患者自己的骨细胞沿着框架生长，当人体的骨细胞长成后，框架还可以在人体内自然消解。这种具有良好生物活性和强度的生物材料，将成为骨修复和替代的新材料。

5天津大学研制出新型仿生骨材料长成后框架自然消解

2009年由天津大学材料科学与工程学院承担的天津市自然科学基金项目一新型“仿生骨”生物材料技术完成实验室阶段研究，并将应用于医疗领域。由新型材料制作的“仿生骨”，相当于在人体中放入了一个框架，“引导”患者自己的骨细胞沿着框架生长，

新型仿生骨材料

在多项国家自然科学基金、天津市自然科学基金、上海纳米专项等的支持下，天津大学材料科学与工程学院教授蔡舒与上海第二军医大学（长征医院）合作开展的新型仿生骨生物材料技术日前完成实验室阶段研究。

聚乙二醇衍生物水凝胶为载体的力生长因子E肽仿生骨基质材料性能

背景:具有生物学功能的骨修复材料一直是生物医学工程领域的研究热点。目的:从分子结构仿生与生物功能仿生的需求出发,研制具有仿生空间结构和仿生功能的仿生骨基质材料。方法:以氨基封端的聚乙二醇和均苯四甲酸酐为反应物,通过调节丁二胺加入的量(15,30,45,60μL),获得4种性状的聚乙二醇衍生物水凝胶,向4种水凝胶中分别加入基于聚乳酸和力生长因子的生物活性物质(MGF-Ct24E-MPLA-EG-g-HAP),采用溶剂共混法制备生物活性仿生骨基质材料(PAPI-BDA/MGF-Ct24E-MPLA-EG-g-HAP)。表征生物活性仿生骨基质材料的生物活性物质负载率、孔隙率、表面形貌、亲/疏水性能、吸水率及微观形貌。结果与结论:①在仿生骨基质材料制作过程中,在pH=5.8的PBS中,随着丁二胺加入量的增加,仿生骨基质材料中生物活性物质负载量呈先增多再减少的现象,当丁二胺加入量为30μL时生物活性物质负载量最高;在pH=3.5-7.4的PBS中,仿生骨基质材料(丁二胺加入量为30μL)中生物活性物质负载量呈减少趋势,当pH值增加到9.8时,仿生骨基质材料中生物活性物质负载量基本保持稳定;②在相同pH值的PBS中,随着丁二胺加入量的增加,仿生骨基质材料的孔隙率降低;当丁二胺加入量相同时,随着PBS pH值的增大,仿生骨基质材料的孔隙率呈先降低后升高的趋势;③在pH=5.8的PBS中,随着丁二胺加入量的增加,仿生骨基质材料的静态接触角减小,吸水率增加;④扫描电镜下可见,仿生骨基质材料呈连续开放孔状结构,孔间相互贯通,孔径分布230-690 nm,且孔径大小与丁二胺加入量呈反向相关,其中丁二胺加入量为30μL制备的仿生骨基质材料类似天然骨基质结构。

纳米仿生骨组织材料的生理响应及生物矿化

利用溶胶 -凝胶法合成了两种具有纳米结构的新型高生物活性骨修复及骨组织工程支架材料 .并利用体外实验方法 (InVitro)以及X_射线衍射 (XRD)、扫描电子显微镜(SEM )、红外光谱 (FTIR)、氮气吸附 -解吸 (BET)和等离子发射光谱 (ICP)等技术对材料的显微结构及其在模拟生理溶液 (SBF)中的降解过程、表面反应产物及生物矿化机理进行了研究 .研究表明 :两种溶胶 -凝胶材料均具有较高的生物活性 ;由于化学组成不同 ,它们在SBF溶液中的离子扩散规律及生物矿化行为有所不同 .

MGF-Ct24E功能化聚乳酸仿生骨基质材料的制备与表征

以羟基磷灰石(HAP)表面羟基为引发基团,通过开环聚合法将丙交酯以共价化学键的方式接枝到HAP表面,得到PLA-g-HAP;再引入具有良好细胞相容性的马来酸酐和具有良好骨诱导性的力生长因子(MGF-Ct24E),得到MGF-Ct24E-MPLA-g-HAP。借助红外光谱分析、氨基酸分析、热性能分析、力学性能分析和电镜分析,对上述材料的结构及性能进行了表征。结果表明,最终产物中MGF-Ct24E的接枝率为22.63%,玻璃化转变温度为58.62℃,力学性能有明显增强,并具备了三维互通孔状结构和骨诱导生物活性。该材料有望作为新型仿生骨基质材料得到应用。

Ca-P仿生人工骨材料的设计与制备

本文设计了用磷酸钙生物陶瓷制备仿生人工骨的工艺路线 ,从原料合成。

仿生骨修复支架材料的设计及其成骨诱导机制的研究

社会经济的发展带动着人们生活水平的提高,人们对仿生骨修复支架材料的设计及其成骨诱导机制的了解度与安全性提出了一定要求,仿生骨修复支架材料应用在西方国家骨损伤治疗工作中已经越来越普遍,由于各种客观原因,我国目前的仿生材料修复工作存在诸多问题,不能有效的解决目前人体组织修复工作,融合部分也相继出现不兼容性的状况。本文通过对仿生人工骨修复材料进行概述,分析探讨了仿生多级孔生物活性玻璃支架材料、PLLA纳米纤维支架材料及其成骨诱导机制的研究,希望对相关研究者有一定启发。

骨髓间充质干细胞复合仿生骨支架成骨效应的研究

目的构建骨髓间充质干细胞(BMSCs)复合生物支架材料组织工程骨,探讨低温3D打印联合冷冻干燥法制备的三维仿生复合支架材料内BMSCs增殖、分化、成骨特异性基因表达情况。方法利用低温3D打印结合真空冷冻干燥法制备三维支架,提取新西兰大白兔的BMSCs,用倒置显微镜及免疫组化鉴定BMSCs的形态及特征。将第3代BMSCs与支架复合培养,分成1cm支架培养组、2cm支架培养组和空白组。在不同的培养时间分别进行MTT检测及碱性磷酸酶(ALP)水平测定。采用扫描电子显微镜(SEM)及苏木精-伊红(HE)染色检测细胞以及成骨相关基因的表达量。结果密度梯度离心法获取培养的原代BMSCs呈梭形或三角形贴壁生长,细胞形态均一呈梭形,8代内仍有很强的增殖能力。ALP染色和脂肪染色均为阴性,糖原染色和α-醋酸萘酚酯酶染色均为阳性,特异性表面标志物CD44、CD54的免疫组织化学染色阳性。本实验制备的三维复合支架具有良好的均一性,冻干后成白色立方体的多孔结构,HE染色及SEM可见细胞在支架孔壁黏附、增殖、生长良好,呈现伸展状态。在实验早期,复合培养组细胞增殖、ALP水平及成骨相关基因表达量均大于空白组(P<0.05);在实验晚期,2cm支架培养组细胞增殖、ALP水平及成骨相关基因表达水平均高于1cm支架培养组及空白组(P<0.05)。结论通过细胞形态学、细胞组织化学以及特异性表面标志物CD44、CD54的免疫组织化学染色对分离培养的细胞进行鉴定,说明分离培养的细胞具备BMSCs的特性。本实验室制备的丝素/胶原/羟基磷灰石三维多孔支架具有良好的生物相容性与骨诱导性,有利于细胞黏附、增殖,能促进细胞增殖及成骨相关基因的表达,为构建骨组织工程的良好材料。

仿生复合人工骨材料的组织工程细胞相容性研究

目的 探讨组织工程化人工骨的仿生构建模式及具有不同细胞相容性支架材料的选择。方法 分别采用人工合成材料生物活性玻璃陶瓷 (BGC)与双相羟基磷灰石 (HA/β TCP)为支架材料 ,与聚 DL 乳酸 (PDLLA)复合后 (重量比分别为 65∶1及 50∶1 )再复合I型胶原及重组合人类骨形态发生蛋白 (rhBMP 2 ) ,与兔骨膜成骨细胞 (密度 1× 1 0 6 /ml)复合培养 ,进行一般与超微形态学观察 ,测定生长曲线及成骨细胞碱性磷酸酶 (ALP)、骨钙素和I型胶原合成量的测定 ,比较细胞粘附能力、增殖活力及成骨活性。结果 生物活性玻璃陶瓷、双相羟基磷灰石分别与成骨细胞复合后的粘附能力、增殖活力 (1d组 :0 .380± 0 .0 32 ,0 .2 50± 0 .0 1 9;7d组 :0 .950± 0 .0 60 ,0 .650±0 .0 4 0 )、成骨活性 (3H 脯氨酸掺入活性 :6 .2 2 8± 1 .785 ,3 .81 8± 0 .858;骨钙素含量 :0 .70 9± 0 .1 1 5 ,0 .386± 0 .0 93 ;碱性磷酸酶 :0 .1 2 3± 0 .0 32 ,0 .0 83± 0 .0 1 8) ,前者均优越于后者。结论 该种仿生组织工程化人工骨的构建模式能较满意模拟天然骨优势 ,生物活性玻璃陶瓷、双相羟基磷灰石两种材料的共混体 。