复合骨修复支架材料的研究现状

骨组织工程是一个结合了支架材料、种子细胞和生长因子的复杂系统。在组织工程的研究中,支架材料扮演着重要角色,它们为细胞提供必要的结构支持,成为引导组织生长和构建的基础模板。本文将深入探讨各类支架材料的当前研究进展。

不同浓度聚乙烯醇与羊椎骨粉结合的复合骨支架性能分析

人工骨支架材料的研究一直是组织工程的主要内容,将经过高温煅烧及研磨过的羊椎骨粉和无毒,易降解的聚乙烯醇(PVA)作为成型材料,应用三维打印技术,选择综合质量较好的十字网格填充路径,通过自行开发的三维打印成型设备打印出不同材料浓度下的人工骨支架,并将其低温冷冻干燥。对其孔径、孔密度,力学性能及生物相容性等重要参数进行测定,分析与对比,挑选出最佳的材料浓度,并将最佳浓度下打印的支架用于骨髓干细胞复合培养和兔子体内植入实验,验证该支架材料代替骨的可行性,为生物骨组织工程材料的研究提供一定的依据。

同种异体脂肪干细胞复合脱钙骨支架材料修复兔胫骨缺损的实验研究

目的探讨同种异体脂肪干细胞复合脱钙骨支架材料修复兔胫骨缺损的实验研究。方法购自北京生物有限公司(动物实验中心)新西兰大白兔8对,其中2对白兔进行脂肪干细胞分离培养,并采用反复滴加方法将细胞均匀分布于支架材料上,获取脂肪干细胞复合脱钙骨材料。其中6对构建兔胫骨骨缺损模型,造模后即刻将单纯脱钙骨材料植入右侧缺损区设为对照组,将诱导后的兔脂肪干细胞-脱钙骨支架复合物植入左侧缺损区设为实验组。于术后12周采用空气栓塞处死大白兔,获取大白兔双侧后肢胫骨修复骨及其周围软组织,行Micro-CT和组织学检测,了解实验组和对照组白兔骨组织生长情况,兔脂肪干细胞-脱钙骨材料成骨表型测定体内降解情况和组织学检测结果。结果大体观察显示实验组白兔后肢骨缺损区可见骨样组织修复,对照组白兔为纤维样组织充填未见骨样组织覆盖;三维CT影像学显示实验组白兔骨缺损断端和材料接合部已充分融合且骨轮廓、光滑的骨塑形清晰可见,对照组白兔骨缺损处多为纤维性连接;HE染色下可见实验组白兔有典型再生骨组织、大量骨陷窝、骨细胞及部分骨小梁结构,对照组白兔为胶原纤维样组织和残留脱钙骨基质、无大片再生骨样组织。两组白兔Ⅱ型胶原免疫组织化学染色均呈阳性,细胞胞浆及胞外基质呈棕黄色,胞核呈蓝色,证实修复细胞表达Ⅱ型胶原,为软骨细胞。实验组和对照组白兔修复组织评分分别为(2.41±0.40)、(2.70±0.45)分,实验组白兔组织修复得分高于对照组白兔,差异有显著性(P<0.05)。结论兔脂肪干细胞接种于脱钙骨材料,经成骨诱导后具有较强成骨分化能力,能较好地修复兔胫骨骨缺损,具有较高临床疗效。

致密层骨软骨复合支架的制备及其修复关节骨软骨缺损

背景:理想的骨软骨组织工程支架应巧妙地模拟人体正常关节骨软骨结构。目的:基于关节骨软骨的解剖结构、生理功能,制备致密层骨软骨复合支架,同时观察其修复兔关节骨软骨缺损的效果。方法:利用快速成型技术在三维立体包芯结构骨架表面喷涂乳酸-羟基乙酸共聚物/β-磷酸三钙有机溶液,形成0.5 mm的致密层;利用"溶解-粘连"工艺能将定向微管结构软骨支架与致密层相互连接,形成致密层骨软骨复合支架。取60只家兔,制备左膝关节软骨全层缺损,随机分3组,实验组植入致密层骨软骨复合支架,对照组植入定向微管结构软骨支架,空白对照组不植入任何材料,修复后12,24周进行缺损部位大体与组织学观察。结果与结论:1大体观察结果:对照组修复后12周存在明显缺损部位,未见明显修复痕迹;24周缺损面积减少,可见新生组织覆盖,但表面粗糙。实验组修复12周后缺损部位表面平整,质地较软,与周围组织边界不清;修复后24周,被透明软骨样组织覆盖,表面平整。空白对照组修复效果较差;2组织学观察结果:修复后12周,对照组缺损部位出现形态不规则的骨痂,但未形成骨小梁;实验组出现新生骨,软骨厚度与正常软骨接近,并且软骨下存在不规则骨小梁。修复后24周,对照组出现新生软骨,但厚度不均,高低不平,骨小梁结构不规则;实验组组织与正常组织无明显差异,软骨表面光滑;空白对照组修复效果较差;3结果表明:致密层骨软骨复合支架接近人体正常关节骨软骨结构,可促进关节软骨缺损的修复。

组织工程用HA基骨支架复合材料的研究进展

概述了作为组织工程用骨修复的HA/高分子支架、HA基涂层支架、HA基多相支架、HA基生物杂化骨支架等HA基骨支架复合材料的研究现状,并指出模拟天然骨径向梯度结构,制备出多孔结构的HA增强相与可降解材料复合的多相复合材料,是组织工程用HA基骨支架材料的发展趋势。

3D打印技术制备聚磷酸钙/淫羊藿苷骨支架诱导骨髓间充质干细胞成骨分化治疗骨缺损

背景:随着组织工程学的快速发展,寻找最佳的支架材料、诱导细胞成骨分化的因子以及分化增殖能力强、来源充足的干细胞,成为骨科领域研究的热点。目的:探讨聚磷酸钙/淫羊藿苷骨支架诱导骨髓间充质干细胞成骨分化治疗骨缺损的效果。方法:采用3D打印技术制备聚磷酸钙/淫羊藿苷复合骨支架,分离和培养兔骨髓间充质干细胞。36只新西兰大白兔根据随机数字法分为对照组和实验组,每组18只,均建立股骨髁骨缺损模型并植入聚磷酸钙/淫羊藿苷骨支架复合体,然后实验组大白兔经股静脉注入骨髓间充质干细胞1.5 m L(1×10~9L^(-1)),对照组大白兔经股静脉注入等量生理盐水。术后4,8,12周每组取6只大白兔,分离培养骨髓间充质干细胞,Transwell小室测定骨髓间充质干细胞迁移能力,q RT-PCR法测定骨髓间充质干细胞Ⅰ型胶原蛋白、CD44 mRNA水平;然后取兔股骨髁标本,X射线片观察复合骨支架以及周围骨痂形成情况,Van-Gieson染色观察骨组织学变化,免疫组化染色法测定骨痂神经生长因子水平。结果与结论:①实验组兔骨髓间充质干细胞迁移数均高于对照组(P <0.05);实验组兔骨髓间充质干细胞Ⅰ型胶原蛋白、CD44 mRNA水平均高于对照组(P <0.05);②X射线检查和组织学观察结果显示实验组骨痂形成速度和效果优于对照组;③实验组骨痂神经生长因子水平均高于对照组(P <0.05);④结果表明3D打印技术制备的聚磷酸钙/淫羊藿苷骨支架可诱导骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化,在骨缺损治疗中具有较好效果。

组织工程支架的隔离层对新生软骨Ⅱ型胶原蛋白表达的影响

目的研究隔离层在组织工程骨软骨复合支架中,对新生软骨Ⅱ型胶原蛋白表达的影响。方法将向软骨方向诱导后的兔骨髓间充质干细胞接种到骨软骨复合支架的软骨支架上,然后将具有隔离层和没有隔离层的骨软骨复合支架分别植入兔膝关节骨软骨全层缺损处。术后3月和6月分别取材,进行新生软骨Ⅱ型胶原蛋白蛋白的免疫组化染色、Western blot法检测Ⅱ型胶原蛋白的表达、实时荧光定量PCR(qRT-PCR)测定Ⅱ型胶原蛋白相关基因的表达。结果与无隔离层的对照组相比,具有隔离层的骨软骨复合支架所形成的新生软骨的Ⅱ型胶原蛋白和基因的表达均明显增强(P<0.05)。结论隔离层加入骨软骨复合支架后,能显著提高新生组织工程软骨Ⅱ型胶原蛋白表达的能力。

基于3-D打印技术的韧带-骨复合支架制造与体内植入研究

目的为解决韧带重建手术中韧带移植物与宿主骨组织的固定问题,提出采用韧带-骨复合支架进行韧带修复重建的思路,探讨基于3-D打印技术的韧带-骨复合支架制造方法,通过动物实验评价其体内力学与生物学性能。方法采用三维设计软件设计骨支架模型,通过布尔运算生成骨支架负型,用3-D打印技术制作骨支架负型树脂模具,将陶瓷浆料灌注入骨支架负型树脂模具中,凝固并高温烧结获得骨支架。将蚕丝纤维脱胶编织形成韧带支架,与骨支架用固定钉装配形成韧带-骨复合支架。将制备的韧带-骨复合支架植入10只4月龄健康家猪左膝关节前交叉韧带断裂位置,3个月后对再生韧带及韧带-骨界面进行生物力学检测和组织学观察,以仅保留前交叉韧带的右膝关节作为对照。结果生物力学检测显示,对照组前交叉韧带承受的最大拉伸力和蠕变量分别为(1 384±181)N和(0.74±0.21)mm,实验组植入后3个月韧带-骨复合支架分别为(370±103)N和(1.48±0.49)mm,比较差异均有统计学意义(t=11.617,P=0.000;t=—2.991,P=0.020)。HE染色示,实验组骨支架内部有新生骨形成,在韧带支架与宿主骨组织间形成了与自然韧带-骨界面相似的分层结构。结论基于3-D打印技术成功制备韧带-骨复合支架,并在猪体内初步实现了韧带-骨界面的再生。

隔离层在组织工程骨软骨复合支架中的作用

目的研究隔离层在一种新型组织工程骨软骨复合支架中对支架生物力学的影响以及在修复关节骨软骨缺损中的作用。方法在体外,检测具有隔离层的实验组骨软骨复合支架和没有隔离层的对照组支架的最大抗拉、抗剪切强度。将向软骨方向和成骨细胞方向诱导后的兔骨髓间充质干细胞(BMSCs),分别接种在实验组和对照组的骨软骨复合支架的软骨支架和骨支架上,然后将两组骨软骨复合支架分别回植于兔自体股骨髁间窝骨软骨全层缺损处。术后3、6个月取材,对新生骨软骨组织的Micro-CT三维重建和HE组织学染色的结果进行观察;对新生软骨下骨的骨矿物质密度(BMD)、新生软骨的压缩模量进行检测。结果具有隔离层的实验组骨软骨复合支架的最大抗拉和抗剪切强度明显高于对照组(P<0.05);实验组新生骨软骨的Micro-CT三维重建和HE组织学染色的形态明显优于对照组;实验组新生软骨下骨的BMD值与新生软骨的压缩模量明显高于对照组(P<0.05)。结论隔离层能显著增强骨软骨复合支架的力学性能,并显著提高骨软骨复合支架修复骨软骨缺损的能力。

骨软骨复合支架的研究进展

软骨的修复是当前医学界十分棘手的难题,人们采取若干手段均收效甚微。由于软骨缺损时,其下的软骨下骨常出现硬化、退变,而新生软骨是无法与病变的软骨下骨进行整合的,所以在修复软骨的同时,必须重视软骨下骨的修复。近十几年来,人们开始发明和利用各种骨软骨复合支架,进行同时修复软骨与软骨下骨的动物实验研究。在正常骨软骨组织中,软骨与软骨下骨被钙化层所相连,此外钙化层也将软骨与软骨下骨分隔在不同的生存环境中。根据仿生学原理,人们又设计出一种带有隔离层的新型骨软骨复合支架,并取得了较为理想的实验结果。本文就国内外骨软骨复合支架的研究进展作一综述。

载柚皮苷复合支架对兔骨软骨缺损修复的实验研究

目的探讨载柚皮苷复合支架的性能及其对兔骨软骨缺损修复的效果。方法利用W/O/W方法制备载柚皮苷和无载柚皮苷缓释微球;以凹凸棒石和Ⅰ型胶原蛋白为材料,通过"3层夹心法"分别构建载柚皮苷、无载柚皮苷和载TGF-β_1复合支架。分别利用体外缓释、扫描电镜和细胞计数试剂盒8法评价载柚皮苷微球的缓释效果、支架的形貌和细胞相容性。取40只日本大耳白兔随机分为A、B、C、D4组,每组10只。于兔双侧股骨髁间窝处制备直径4.5 mm、深4 mm的骨软骨缺损模型,A组为缺损组(空白对照),B、C、D组分别于骨软骨缺损处植入无载柚皮苷复合支架(阴性对照组)、载柚皮苷复合支架(实验组)及载TGF-β_1复合支架(阳性对照组)。分别于术后3、6个月时取材,行大体、HE染色、甲苯胺蓝染色,分别观察骨软骨缺损修复效果;Western blot检测新生软骨Ⅱ型胶原蛋白表达水平。结果载柚皮苷微球具有良好的缓释效果;构建的骨软骨复合支架有较好的孔隙;载柚皮苷软骨层支架细胞的增殖率与无载柚皮苷支架比较明显增加,差异有统计学意义(P<0.05)。兔体内植入实验大体观察示,术后3个月C、D组缺损范围与A、B组相比明显缩小;术后6个月C组缺损处被新生软骨所覆盖,D组新生软骨与周围正常软骨整合良好。组织学染色示,术后3个月A、B组缺损处被少量纤维组织填充,C、D组可见少量软骨生成;术后6个月C、D组新生骨软骨组织与正常骨软骨类似,A、B组缺损处以大量纤维组织为主。Western blot检测示,术后3、6个月C、D组缺损处新生组织中Ⅱ型胶原蛋白表达量均显著高于A、B组,差异有统计学意义(P<0.05);C、D组间比较差异无统计学意义(P>0.05)。结论载柚皮苷复合支架具有良好的组织相容性,并对兔关节骨软骨缺损有较好的修复效果。

氧化石墨烯及骨碎补复合支架修复兔骨质疏松椎体骨折的骨计量学研究

观察氧化石墨烯及骨碎补复合支架分别用于兔骨质疏松椎体骨折,不同时间点骨折愈合后的骨组织微结构的变化。方法:成年雄性新西兰大白兔48只,随机分为4组,每组12只。在每只兔的L3椎体骨折处,除空白缺损组外,各组分别植入氧化石墨烯,骨碎补以及氧化石墨烯及骨碎补复合支架,每组于术后第4和12周各处死6只大白兔,分离保存相应标本,显微CT扫描后行骨组织形态学分析。结果:术后2个时间点中,各组的新生骨都有明显增加,且12周时更加明显,以骨碎补复合石墨烯支架组的新生骨较其他组面积更显著增加(P<0.05)。支架材料的降解表现的定量分析结果显示,植入4周和12周时,复合支架组相比其他组均有更多的支架降解残余率更低(P<0.05)。结论:在兔骨质疏松椎体骨折骨计量学研究中,氧化石墨烯及骨碎补复合支架的成骨效应和骨降解率高于空白缺损组、氧化石墨烯组和骨碎补组,有显著性差异。