大鼠骨髓间充质干细胞与多孔双相磷酸钙陶瓷支架体外黏附的实验研究

目的研究大鼠骨髓间充质干细胞(marrowmesenchymalstemcells,MSCs)诱导培养后在多孔双相磷酸钙(biphasiccalciumphosphate,BCP)陶瓷支架材料上的黏附和生长。方法SD大鼠MSCs经矿化诱导培养、扩增,具有成骨细胞表型后,与多孔BCP陶瓷支架及普通多孔羟基磷灰石(hydroxyapatite,HA)陶瓷支架体外复合培养,扫描电镜观察比较MSCs在两种材料支架表面的黏附数量和形态;同时以0.5、1.0、2.0、3.0和4.0×106/ml浓度细胞悬液接种于多孔BCP支架材料,检测适宜的接种浓度及单位体积支架材料可黏附MSCs数量。结果大鼠MSCs经诱导培养14d后,行矿化沉积茜素红染色、型胶原免疫细胞化学染色及碱性磷酸酶细胞化学染色,结果均为阳性。大鼠MSCs黏附于多孔BCP陶瓷上的细胞数(88.00±6.58)明显高于HA陶瓷组(39.00±3.65),两组比较差异有统计学意义(P<0.01)。当接种浓度为2.0×106/ml时,单位体积的陶瓷支架材料最多可黏附MSCs数量为1.28×107个/cm3,为细胞适宜接种浓度。结论大鼠MSCs在体外经矿化诱导培养可表达成骨细胞表型,细胞浓度为2.0×106/ml时与多孔BCP陶瓷支架材料具有良好的黏附能力。

双相磷酸钙涂覆羟基磷灰石多孔支架的制备及性能

背景:目前的人工骨大多只能制备成小体积的填充用材料,大段负重骨及大块结构性植骨材料仍面临缺乏理想骨缺损修复材料和材料成型过程难以加工调控两大难题。目的:制备与人体大段负重骨形貌结构相似且兼具一定力学性能、优良生物相容性和部分可降解性的多孔羟基磷灰石/双相磷酸钙涂层复合支架,评估其性能。方法:采用水热合成法结合喷雾干燥技术分别制备羟基磷灰石粉体、羟基磷灰石晶须和β-磷酸三钙粉体,评估羟基磷灰石粉体、β-磷酸三钙粉体浸提液的细胞毒性。在羟基磷灰石粉体中添加不同含量(5%,10%,15%)的晶须,借助3D打印技术制备成多孔骨支架,设置不同的烧结工艺,通过正交实验筛选力学性能、孔隙率等最优的晶须含量与烧结工艺组合,检测最优组合支架的流体力学。采用浸渍提拉法将双相磷酸钙涂层涂覆在多孔骨支架上,体外评估双相磷酸钙涂层中β-磷酸三钙粉体的降解性能。结果与结论:①MTT实验显示,羟基磷灰石粉体、β-磷酸三钙粉体无明显的细胞毒性;②正交实验结果显示,影响多孔支架抗压强度最主要的因素为烧结温度,其次是晶须含量,最后是烧结时间;各因素组合中的最优组合为晶须含量10%、烧结温度1300℃、烧结时间3 h,此时支架抗压强度为8.13 MPa,孔隙率为64.07%;③通过流体力学模拟仿真可知,细胞营养液等垂直人工骨横截面方向流入流出的方式更有利于支架在人体中发挥作用;④在飞纳电镜的光学模式下,浸渍涂层前多孔支架的孔径为400μm,浸渍涂层后多孔支架的孔径为250μm,涂层厚度约为75μm;复合涂层中的β-磷酸三钙具有良好的体外降解性能;⑤结果显示,制备的羟基磷灰石/双相磷酸钙涂层复合支架具有较高的孔隙率与力学性能、优异的生物相容性和部分可降解性,是一种优良的生物活性陶瓷支架。

新型多孔纳米双相磷酸钙陶瓷支架体外细胞相容性的实验研究

目的 评价新型多孔纳米双相磷酸钙陶瓷支架材料的体外细胞相容性。方法 SD大鼠骨髓基质细胞(BMSCs)经矿化诱导培养、扩增并检测证实其已具成骨细胞表型后,分别与多孔纳米双相磷酸钙陶瓷支架(实验组)、普通多孔羟基磷灰石陶瓷支架(对照组)体外复合培养。扫描电镜观察BMSCs在材料上的生长及生理功能表达情况;测定细胞碱性磷酸酶活性及骨钙素的含量;流式细胞仪检测细胞的凋亡及周期、倍体,比较细胞的粘附能力、增殖活力及成骨活性。结果 BMSCs经体外诱导形成钙结节,Ⅰ型胶原和碱性磷酸酶免疫染色结果阳性。两组材料上皆有细胞附着生长,但实验组细胞的粘附能力、增殖活力及成骨活性均强于对照组。结论 SD大鼠BM

光固化3D打印磷酸钙基生物陶瓷支架的研究进展

磷酸钙基生物陶瓷多孔支架是临床中实现骨缺损再生修复的常用骨移植物。光固化3D打印技术以其优异的打印精度和复杂结构成形特性能够精确地控制支架孔尺寸、孔形状、孔连通率,在制备生物陶瓷多孔支架领域展现出巨大的应用潜力。然而,利用光固化3D打印技术制备磷酸钙基生物陶瓷多孔支架仍面临亟需克服的挑战,如缺乏性能优异的磷酸钙基陶瓷打印浆料、打印及后处理工艺不成熟、制备的磷酸钙基陶瓷多孔支架的性能还有待提升。本文首先介绍了几种常用的光固化3D打印技术基本原理与特征,然后从3D打印成形工艺、力学性能、生物活性、支架结构及功能化等方面系统探讨了光固化3D打印技术在制备磷酸钙基生物陶瓷多孔支架领域的研究进展及存在的问题,最后展望了光固化3D打印磷酸钙基生物陶瓷多孔支架的发展趋势和突破点,为利用光固化3D打印技术制备成本低、综合性能优异的磷酸钙基生物陶瓷多孔支架提供参考。

双相磷酸钙多孔陶瓷的制备

以羟基磷灰石为原料 ,壳聚糖微球为成孔剂 ,明胶为分散剂 ,采用注浆法制备多孔双相磷酸钙陶瓷。通过X射线衍射和扫描电子显微镜对烧结体相组成、微观结构、孔径和孔分布进行了分析和观察。结果表明 :起始粉末粒径为 2 60nm的试样 ,在 10 0 0℃～1180℃范围内烧结 ,可获得不同 β -TCP/HA比的双相多孔陶瓷。与单相 β -TCP陶瓷相比 ,β

仿生双相磷酸钙生物陶瓷支架的Micro-CT评价

[目的]体外用MicroCT(Microcomputedtomography)图像对仿生双相磷酸钙生物陶瓷支架的三维结构进行计算机重建和评价。[方法]犬股骨头的松质骨样本行MicroCT扫描,提取图像信息;三维凝胶叠层成型法制备出具有仿骨小梁结构的双相磷酸钙仿生生物陶瓷支架。随后用MicroCT对支架扫描,以三维结构参数对支架和松质骨样本作三维评价和比较。三维参数包括骨体积分数(BoneVolumeFraction,BVF,BV/TV)、骨表面积体积比(Bonesurface/bonevolumeratio,BS/BV)、骨小梁厚度(Trabecularthickness,TbTh)、骨小梁数目(Trabecularnumber,TbN)、骨小梁间隙(Trabecularspacing,TbSp)、结构模型指数(StructureModelIndex,SMl)和各向异性程度(degreeofanisoropy,DA)。[结果]与犬股骨头松质骨样本相比,用本方法制备出的BCP支架具有相似的三维空间结构,二者的BV/TV、TbTh、TbN无显著差别(P>0.05)。小梁结构呈板状模型。[结论]本研究制备的BCP多孔支架的小梁具有一定的取向性,力学强度和良好的适于血管长入的空间结构。

纳米双相磷酸钙陶瓷组织工程支架复合大鼠自体骨髓基质干细胞修复极量颅骨缺损

背景：传统生物陶瓷材料作为组织工程支架材料的脆性大,不易加工成形且在体内降解困难,影响新骨的长入和后期的改建,故其应用受到一定限制。目的：观察纳米双相磷酸钙陶瓷（Biphasic calcium phosphate nanocomposite,NanoBCP）用于组织工程支架修复颅骨缺损的成骨性能。设计、时间及地点：随机分组、动物对照实验,于2004-09/2005-05在四川大学口腔生物医学工程教育部重点实验室完成。材料：选择2月龄雄性体健SD大鼠48只,体质量180-200g,在颅骨上制成直径为8mm的颅骨全层缺损区为极量骨缺损模型。实验用孔径100-400μm,含孔率为60%-80%的NanoBCP陶瓷及SD大鼠自体骨髓基质细胞（bone marrow stromal cells,BMSCs）由四川大学口腔生物医学工程教育部重点实验室提供。方法：按随机数字表法将模型大鼠分为3组,NanoBCP/BMSCs组16只,BMSCs经含地塞米松、抗坏血酸、β-甘油磷酸钠的诱导液培养后与NanoBCP复合植入SD大鼠颅骨缺损区;单纯NanoBCP组16只,仅在相同部位单纯植入NanoBCP支架材料;空白对照组16只不植入任何材料。主要观察指标：植入后4,16,24周取材,通过X射线片分析、大体和组织学观察评价其成骨性能。结果：SD大鼠48只均进入结果分析。①植入后4,16周,NanoBCP/BMSCs组新生骨组织逐渐增多,Ⅰ型胶原免疫组织化学染色阳性。植入后24周,NanoBCP/BMSCs组SD大鼠颅骨缺损完全修复,单纯NanoBCP组部分修复,空白对照组未修复。②植入后4,24周,NanoBCP/BMSCs组骨缺损区X射线阻射影像密度逐渐增加,新骨充填,接近于正常骨;单纯NanoBCP组骨缺损区亦见X射线阻射影像,与颅骨邻接区的环形透光影密度逐渐增加,骨缺损中央部密度不均匀。结论：NanoBCP与BMSCs复合物能够有效地修复颅骨缺损。

多孔双相磷酸钙骨组织工程生物支架的制备及性能研究

以碳酸钙（CaCO3）和磷酸（H3PO4）为原料,用湿法合成了双相磷酸钙陶瓷粉体,再采用激光成型技术处理聚氨酯泡沫载体,通过有机泡沫浸渍法合成多孔双相磷酸钙生物支架。采用X射线衍射仪（XRD）,红外光谱分析（FT-IR）和扫描电镜（SEM）对样品的组成和形貌进行了表征。结果表明：制得的粉体为双相磷酸钙粉体,包含β-TCP和HAP两相,其中β-TCP为主相,其质量比占86.7%;制得的多孔支架为双相磷酸钙生物支架,孔隙率为90%以上,抗压强度为0.12 MPa,多孔支架具有规则直通孔与不规则三维通孔相结合的孔洞结构,直通孔孔径范围为1.0~1.3 mm,三维通孔孔径范围为200~700μm,满足骨组织工程支架对多孔材料的孔径要求;双相磷酸钙粉体和双相磷酸钙生物支架均表现为无细胞毒性。

α-磷酸三钙骨水泥自固化制备多孔磷酸钙复相陶瓷

以聚氨酯泡沫为多孔模板，α-磷酸钙骨水泥为浆料体系，将浸渍法和骨水泥自固化特性相结合，制备大孔尺寸为200～400μm、贯穿式微孔尺寸约为1μm的多孔磷酸钙复相陶瓷支架。研究了分散剂聚丙烯酸钠对羟基磷灰石成核、生长的影响，以及烧成温度与相组成的相关性。结果表明：浆料中分散剂聚丙烯酸钠对羟基磷灰石的成核有明显抑制作用；骨水泥水化反应过程中生成的针状、片状羟基磷灰石通过交联形成微孔结构，可避免干燥时裂纹的产生；经1200℃烧结的多孔陶瓷支架由羟基磷灰石、β-磷酸三钙和少量未水化完全的α-磷酸三钙组成。

组织工程骨膜包被双相陶瓷磷酸钙修复兔尺骨缺损

背景:研究证明骨膜在骨缺损的修复方面起着重要作用,然而大段骨缺损常常伴随骨膜的缺失。因此运用组织工程学原理构建组织工程骨膜修复骨缺损已成为研究热点。目的:通过外周血来源间充质干细胞复合猪小肠黏膜下层构建组织工程骨膜,观察其包被双相陶瓷磷酸钙支架对兔骨缺损的修复。方法:将外周血间充质干细胞接种于SIS膜(猪小肠黏膜下层)上构建组织工程骨膜,并通过活死细胞染色观察间充质干细胞生长情况。取30只新西兰兔构建15 mm尺骨缺损模型,随机等分为空白对照组、单纯磷酸钙陶瓷组、组织工程骨膜包被磷酸钙陶瓷组分别进行相应的骨缺损修复处理。通过术后标本影像学、组织学观察对比3组骨缺损修复情况。结果与结论:(1)外周血间充质干细胞接种于SIS膜后细胞活死染色发现间充质干细胞生长良好,数量逐渐增多;(2)X射线片Lane-Sandhu评分:体内实验中,术后4,8周组织工程骨膜包被磷酸钙陶瓷组X射线片Lane-Sandhu评分显著高于单纯磷酸钙陶瓷组(P<0.05),单纯磷酸钙陶瓷组高于空白对照组(P<0.05);(3)组织学变化:术后4,8周组织工程骨膜包被磷酸钙陶瓷组骨基质形成多于单纯磷酸钙陶瓷组,基质周围有较多成骨细胞分布;(4)结果显示,外周血间充质干细胞和SIS膜构建的组织工程骨膜包被双相陶瓷磷酸钙对骨缺损有良好的修复作用。

三种多孔磷酸钙陶瓷制备方法的比较研究

目的以磷酸钙双相陶瓷为材料,采用3种成型方法制备多孔生物陶瓷支架,比较不同制备方法所获得的多孔陶瓷的孔结构,为骨组织工程提供适合的支架材料。方法本实验用不同配比的H_2O和SiO_2溶胶配制浆料,以添加致孔剂法、冷冻干燥法及有机泡沫浸渍法制备陶瓷坯体,经高温烧结得到多孔双相陶瓷支架。通过扫描电镜(SEM)观察了陶瓷块的孔结构、孔径及孔的连通性。同时,检测了多孔陶瓷的气孔率及力学强度,从而评价其作为骨组织工程支架材料的可行性。结果本研究采用的3种制备方法获得的多孔陶瓷,均具有连通的孔结构。添加致孔剂法获得陶瓷的孔径为72±30μm,气孔率为92.3%;冷冻干燥法获得的陶瓷孔径较小(23-47μm),气孔率为74%～87%;有机泡沫浸渍法制备出的孔径最大(164±46μm),气孔率为90.2%。力学强度测试结果显示,有机泡沫浸渍法制备的多孔陶瓷的抗压强度最大(71±18 KPa);添加致孔剂法其次,抗压强度为18±5 KPa;冷冻干燥法获得的多孔陶瓷抗压强度为14-44 KPa,抗压强度最低。结论3种制备方法均能够制备出具有连通孔结构的高气孔率的多孔磷酸钙陶瓷,以有机泡沫浸渍法和添加致孔剂法制备的多孔陶瓷力学强度较高.更适合作为骨组织工程支架材料。

晶须化磷酸钙多孔生物活性陶瓷修复犬股骨髁缺损

背景:前期研究证实,经晶须化处理的磷酸钙多孔生物活性陶瓷内部微观结构得到一定改变,具有良好的力学性能。目的:进一步观察晶须化磷酸钙多孔生物活性陶瓷修复犬股骨髁缺损的效果。方法:采用占位法制备贯通性良好的磷酸钙多孔生物活性陶瓷,经水热处理法完成材料的晶须化。取15只健康成年比格犬,在双侧股骨外侧髁用电钻制造一直径10 mm、深度10 mm的圆柱状包容性骨缺损,右侧置入晶须化磷酸钙多孔生物活性陶瓷,作为实验组;左侧置入未经过晶须化处理的磷酸钙多孔生物活性陶瓷,作为对照组。置入后第2,4,8,12周分别进行骨缺损区X射线及双能X射线检查。结果与结论:1X射线:随着时间的增加,两组骨缺损与正常骨质周围的界面逐渐模糊、消失,12周时两组骨缺损界面已完全融合,对照组材料部分溶解,实验组材料随着时间增长未见明显溶解,两组不同时间点的X射线评分比较差异无显著性意义。2双能X射线:随着时间的增加,两组骨密度逐渐增加,但两组不同时间点的骨密度比较差异无显著性意义。表明晶须化磷酸钙多孔生物活性陶瓷具有良好修复股骨髁缺损的能力。

磷酸钙骨组织工程支架表面微纳米化改性研究

目的：研究多孔磷酸钙骨组织工程支架的表面微纳米化改性。方法通过双氧水发泡法制备多孔磷酸钙骨组织工程支架,利用水热法对材料进行微纳米化表面改性。通过扫描电镜观察材料的显微结构,通过 X 射线衍射仪分析测试材料改性层相成分。结果材料改性处理后,孔隙率为（63±8）%,大孔孔径为（310±30）μm。材料表面及内孔壁生成羟基磷灰石微纳米晶粒或晶须,晶须长20-40μm,直径为100-300 nm。结论多孔磷酸钙陶瓷材料的内外表面经水热法处理微纳米化表面改性后,材料性能得到提升。

双相HA/β-TCP陶瓷的多孔结构对类骨磷灰石形成的影响

本文利用添加不同微孔造孔剂的方法来改善双相陶瓷的多孔结构 ;通过对不同多孔结构磷酸钙陶瓷在静态和动态模拟体液 (simulatedbodyfluid ,SBF)中类骨磷灰石形成的比较研究 ,探索磷酸钙陶瓷类骨磷灰石形成的影响因素 ,从而为理解其体内形成骨的机理提供依据。结果表明 :双相HA/ β-TCP多孔材料的贯通性和贯通通道尺寸对类骨磷灰石形成的影响大 ,贯通通道尺寸应大于 2 0 μm。

基于增材制造和凝胶注模成型技术的多孔生物陶瓷支架制备与表征

目的探讨基于增材制造和凝胶注模成型技术的多孔β-磷酸三钙(TCP)生物陶瓷支架的制备方法及其表征。方法利用计算机辅助设计(CAD)软件设计支架内部孔隙结构,通过光固化快速成型技术制造相应的树脂模具,在模具中填充生物材料,待其固化后通过热分解去除树脂模具,然后对所形成的多孔β-TCP支架的微观孔隙结构特征、力学性能以及体外细胞相容性进行检测。结果多孔β-TCP支架孔隙结构与设计结构一致,孔隙率为45.1%±1.2%,孔的尺寸为300～500μm;力学性能测试表明,支架的平均抗压强度为5.3±0.8MPa;成骨细胞能够在支架上黏附生长,支架具有良好的生物相容性。结论基于增材制造技术和凝胶注模成型工艺的多孔生物陶瓷支架制备方法,可实现支架复杂外形与内部微结构的精确控制和一体化制造。

多孔生物活性陶瓷治疗骨缺损(附40例临床应用报告)

目的 :用多孔双相磷酸钙生物活性陶瓷治疗不同原因引起的骨缺损。方法 :4 0例因Brodie脓肿、结核、肿瘤、外伤和先天畸形引起的骨缺损在彻底清除病变组织后 ,用块状或颗粒多孔HA/TCP陶瓷修复替代于骨缺损处。结果 :全组病例术后临床症状消失 ,功能恢复良好。随访X片见陶瓷与骨愈合好 ,无松动移位 ,骨皮质连续性好 ,病变无复发。结果 :多孔HA/TCP双相陶瓷具有良好的生物相容性和骨诱导活性 。

多孔Nano-dHA/PLA/BCP复合支架的制备及性能研究

为改善常规的多孔聚乳酸/双相钙磷陶瓷(PLA/BCP)支架表面亲水性不佳及降解时呈酸性等不足,采用马弗炉烧结制备的BCP多孔支架浸入纳米缺钙羟基磷灰石/聚乳酸(nano-dHA/PLA)混悬液后,真空干燥得到多孔纳米缺钙羟基磷灰石/聚乳酸/双相钙磷陶瓷(nano-dHA/PLA/BCP)复合支架,利用万能测试机测试支架抗压强度,阿基米德法测定支架孔隙率,扫描电子显微镜(SEM)观察支架表面形貌,并对其保水率和体外降解过程中pH值的变化情况等进行了研究.结果表明:多孔nano-dHA/PLA/BCP复合支架表面粗糙,保水率和强度均有较大提高,在磷酸盐缓冲液(PBS)浸泡过程中pH值下降较慢,在模拟体液(SBF)中浸泡1个月后发现有较多的类骨磷灰石形成.

快速成型模板调制双相掺锶磷酸钙陶瓷骨支架的结构与性能

以高强可降解掺锶磷灰石骨水泥(Sr-HAC)为原料,以快速成型(RP)宏孔可控树脂为模板,合成了由掺锶磷灰石(Sr-HA)、掺锶磷酸钙(Sr-TCP)组成的新型双相掺锶磷酸钙(Sr-BCP)骨支架。结果表明,Sr-BCP骨支架相组成可根据Sr-HAC的(Ca+Sr)/P比率予以调控。骨支架宏孔高度连通,孔径400～550μm,且宏孔壁上具有丰富的微孔(孔径2～5μm)。此外,骨支架宏孔参数可通过设计不同孔结构的负模予以反向调控。宏孔百分数与相组成对Sr-BCP支架的抗压强度与降解速率有重要影响。与BCP骨支架相比,Sr-BCP骨支架具有更高的强度及更快的降解速率,一定程度上缓解了BCP陶瓷骨支架在力学和降解性能上难以兼顾的矛盾。

取向性仿生双相磷酸钙支架的制备、结构评价和初步应用

目的利用三维凝胶叠层成型法(3DGellamination)制备出取向性仿生双相磷酸钙生物陶瓷支架,并在体外对支架的结构进行三维重建和相关评价。方法2003年11月至2005年3月,以犬股骨头的松质骨样本显微CT(MicroCT)图像为基础,提取其中的图像信息,利用三维凝胶叠层成型法制备出具有仿骨小梁结构的双相磷酸钙(BCP)仿生生物陶瓷支架。随后对支架进行MicroCT扫描,用三维结构参数对支架和松质骨样本进行三维评价和比较。并利用体外细胞培养技术观察细胞在支架表面的生长情况。同时将复合骨髓间充质细胞的支架植入股骨头负重区的骨缺损内,初步观察其治疗效果。结果本方法制备出的股骨头仿生支架具有良好的三维空间结构,支架小梁具有一定的方向性,呈板状模型,其轴向方向的弹性模量和强度分别达到(464.0±36.0)MPa和(5.6±0.8)MPa。细胞在支架表面大量生长。动物实验结果表明,支架与周围骨床结合紧密,骨质沿支架小梁表面生长。结论本研究制备的BCP多孔支架的小梁具有一定的取向性,支架具有良好的生物相容性、一定的力学强度和良好的适于血管长入的空间结构。

脂肪基质细胞构建组织工程骨修复下颌骨缺损的实验研究

背景:以往实验认为,只有经过成骨诱导后的脂肪基质细胞才能作为骨组织工程的种子细胞。然而成骨诱导周期过程复杂,延长了细胞体外培养时间和花费。目的:探讨未经过成骨诱导的犬脂肪基质细胞作为种子细胞,利用组织工程技术修复犬下颌骨缺损的可行性。方法:取12个月龄犬背部皮下脂肪,经胶原酶消化法获得单个核细胞,将培养的第3代细胞与双相磷酸钙陶瓷形成支架复合物。在犬下颌骨两侧制备长20mm、高10mm的箱状缺损,拔除缺损区牙齿,分别植入细胞支架复合物和单纯双相磷酸钙陶瓷支架,不进行干预的区域作为空白对照。植入后4周及8周经组织学检测骨缺损修复情况。结果与结论:支架植入后4周,部分支架材料降解,缺损区形成新生骨,双相磷酸钙陶瓷组成骨量明显少于细胞支架复合物组,形成少量新骨及部分新生血管。8周时,两组形成更多的新骨,广泛分布于骨缺损区域,但双相磷酸钙陶瓷组仍明显少于细胞支架复合物组,差异有显著性意义(P<0.01)。提示脂肪基质细胞复合双相磷酸钙陶瓷可在体内成骨,不经过体外成骨诱导的脂肪基质细胞作为种子细胞,利用组织工程技术可修复下颌骨缺损。