羟基磷灰石-聚乙烯醇/胶原-壳聚糖-明胶复合水凝胶修复兔骨软骨缺损

背景:关节骨软骨缺损是目前骨科医生面临的难题,传统修复方法难以取得满意疗效,以羟基磷灰石-聚乙烯醇为基础的复合水凝胶材料是目前研究的一个方向。目的:制备羟基磷灰石-聚乙烯醇/胶原-壳聚糖-明胶复合水凝胶,表征其物理学特征,验证其植入体内后的组织相容性及细胞黏附增殖能力,探讨其对兔骨软骨缺损的修复效果。方法:利用3D打印技术制备圆柱状多孔聚乳酸支架(孔径分别为1.2,1.4,1.6,1.8 mm),再将聚乙烯醇及羟基磷灰石混合乳液灌入聚乳酸支架中,经过冻融及二氯甲烷溶解后制成羟基磷灰石-聚乙烯醇水凝胶。然后将胶原-壳聚糖-明胶混合液灌入羟基磷灰石-聚乙烯醇水凝胶中,利用京尼平进行交联,最后经乙醇清洗及冷冻干燥制成羟基磷灰石-聚乙烯醇/胶原-壳聚糖-明胶复合水凝胶,表征4组水凝胶的物理学特征,筛选性能最优的水凝胶进行后续实验。将羟基磷灰石-聚乙烯醇水凝胶、胶原-壳聚糖-明胶复合水凝胶分别植入SD大鼠皮下,苏木精-伊红与Masson染色观察材料表面的细胞黏附生长状况。在15只兔双侧膝关节股骨滑车制作骨软骨缺损(直径5 mm、深6 mm)模型,左侧植入复合水凝胶(实验组),右侧未植入任何材料(对照组),Micro-CT及组织学检测来评估其对骨软骨缺损的修复效果。结果与结论:①综合孔隙率、含水率、力学测试及扫描电镜结果,得出孔径1.2 mm的羟基磷灰石-聚乙烯醇/胶原-壳聚糖-明胶复合水凝胶更符合天然软骨的一般特性,用于后续实验;②苏木精-伊红与Masson三色染色显示,随着材料植入大鼠皮下时间的延长,两种材料周边黏附的细胞均明显增多,其中胶原-壳聚糖-明胶植入后的细胞增殖状况更好,可见大量细胞长入其形成的网状结构,且网状结构也逐渐降解;③在兔骨软骨缺损实验中,至术后8周时,Micro-CT检查显示实验组植入的材料和周围骨-软骨整合良好,其表面及内部均有部分骨长入,对照组软骨及软骨下层仍然存在明显的缺损,未形成有效修复;苏木精-伊红与甲苯胺蓝染色显示,实验组植入复合水凝胶4-8周后即与周围骨软骨发生整合,随着时间的延长材料表面逐渐有新生软骨形成,至12周时缺损处大部分被新生软骨覆盖,软骨下层也出现良好的骨长入;对照组至术后12周虽然深层骨缺损大部分修复、浅层的软骨及软骨下骨缺损也有一定程度修复,但主要被纤维组织及部分纤维软骨替代;④结果表明,羟基磷灰石-聚乙烯醇/胶原-壳聚糖-明胶复合水凝胶材料可仿生天然软骨的结构和功能,在动物实验中能有效修复骨软骨缺损。

纳米羟基磷灰石/阿司匹林/聚乙烯醇/明胶/海藻酸钠水凝胶支架的制备与表征

背景:阿司匹林是经典非类固醇抗炎药物,合适剂量的阿司匹林可调节免疫、促进成骨。制备出可缓释阿司匹林、调控骨缺损区免疫微环境和加速骨缺损修复的骨组织工程材料是目前的研究热点。目的:制备可调控免疫微环境和加速骨缺损修复的新型水凝胶支架。方法:制备含有质量分数0%,10%和20%纳米羟基磷灰石的纳米羟基磷灰石/阿司匹林/聚乙烯醇/明胶/海藻酸钠水凝胶支架,对水凝胶支架的微观结构、孔隙率、化学成分、晶相结构、药物缓释性能、力学性能、溶胀性能和降解性能进行表征。通过细胞增殖和细胞毒性实验评价水凝胶支架的生物相容性。结果与结论:①扫描电镜和孔隙率检测结果表明,0%,10%纳米羟基磷灰石组水凝胶支架具有更仿生的层级多孔结构、孔隙通联性和孔隙率;②傅里叶红外光谱和X射线衍射结果表明,水凝胶支架内各原料以物理、化学双交联方式结合,且不会破坏纳米羟基磷灰石的晶相结构;③力学性能结果表明,10%纳米羟基磷灰石组水凝胶支架具有最佳的压缩模量和压缩强度;④药物释放性能结果显示,随着纳米羟基磷灰石质量的增加,水凝胶支架的阿司匹林累计释放率降低,但是药物突释率降低、缓释时间延长;⑤溶胀性能和降解性能结果表明,随着纳米羟基磷灰石质量的增加,水凝胶支架的溶胀率和降解率下降;⑥采用水凝胶支架浸提液培养小鼠前成骨细胞,细胞增殖和细胞毒性实验结果表明,水凝胶支架浸提液可促进细胞增殖,无细胞毒性;⑦结果表明,10%纳米羟基磷灰石组水凝胶支架具有更佳仿生的表征和生物相容性,有望作为骨组织工程支架进行成骨和调节免疫潜力的进一步研究。

纳米羟基磷灰石/胶原骨修复材料

目的制备纳米相羟基磷灰石/胶原(nano-HAp/Collagen,NHAC)复合材料,并检测骨修复性能。方法采用仿生方法制备NHAC复合材料。结果NHAC复合材料成分与微结构具有同天然骨类似的某些特征。复合材料的矿物含量约为50%,矿物相为含有碳酸根的羟基磷灰石,结晶度低,晶粒尺寸为纳米量级。矿物相均匀沉积在Ⅰ型胶原蛋白基质上。NHAC复合材料的力学性能表现为各向同性,其显微硬度可以达到骨皮质显微硬度的下限。用颗粒型NHAC材料压制成的致密种植体植入骨髓腔后,界面层可发生溶解—再沉积的动态快速更新过程。巨噬细胞可在种植体表面或深入种植体内部通过吞噬和胞外降解方式吸收种植体材料。种植体表面及内部被吸收后,伴随有新骨的沉积,这一现象类似骨组织的重塑过程,可使NHAC种植体整合入活体骨的新陈代谢中并最终为自体骨组织所取代。结论NHAC是生物活性材料,种植体与骨组织可形成界面化学键合。

共滴定法制备纳米羟基磷灰石/胶原复合材料及其性能

以饱和Ca(OH)2溶液的上清液、磷酸和可溶性胶原为原料,在37℃、中性条件下,采用共滴定法制备纳米羟基磷灰石/胶原复合仿生骨修复材料。用XRD、FTIR、扫描电镜、透射电镜对材料晶相组成、微观形貌、结构、化学组成、晶粒大小进行分析。复合材料的抗压强度用电子万能实验机测试。结果表明:复合材料由弱结晶的纳米尺度(5nm×60nm～20nm×80nm)的羟基磷灰石和胶原纤维组成。复合材料在晶相组成、化学组成和晶体尺寸上类似于天然骨。复合材料的抗压强度(168.85MPa)和弹性模量(5.87GPa)介于致密骨和牙本质之间。此复合材料有望成为理想的骨修复材料。

胶原蛋白模板诱导片状纳米羟基磷灰石(HAP)的仿生合成

依据生物矿化作用原理,在动态条件下,通过仿生合成的方法,合成了具片状结晶的纳米羟基磷灰石(HAP);采用TEM,XRD,FTIR等手段对合成样品进行了形貌与结构表征;基于胶原蛋白的三级结构、动态合成条件、HAP结晶习性和表面活性剂功能对模板诱导仿生合成机理进行了分析;这一结果为具有生物相容性的优异力学性能的HAP生物功能材料的合成开创了一条新的途径。

多孔纳米羟基磷灰石／胶原复合材料的制备及性能

目的:探讨多孔纳米羟基磷灰石／胶原复合材料(NHAC)简单有效的复合方法和结构及其作为新型骨替代材料应用于组织工程的可行性。方法:以氢氧化钙和磷酸为原料合成多孔纳米羟基磷灰石晶体,从牛肌腱中提取可溶性I型胶原,应用戊二醛交联冻干法使二者复合制备成生物膜,用XRD和扫描电镜,对材料晶相组成、微观形貌、结构、晶粒大小进行分析。结果:通过对合成工艺研究,制得的生物膜呈三维网孔状结构, 孔径10～40μm,大小均匀,由纳米尺度(10 nm×50 nm～20 nm×80 nm)的羟基磷灰石和胶原纤维组成。复合材料在晶相组成和尺寸上类似于天然骨。结论:NHAC复合材料有望成为理想的骨替代材料。

纳米羟基磷灰石/胶原骨修复骨缺损的效果评估

目的:观察纳米羟基磷灰石/胶原(简称纳米人工骨)骨材料植入骨缺损后,局部和全身的反应、植入后的骨修复时间,评估纳米人工骨的临床效果。方法:选择2003-03/2004-06在江苏大学附属医院骨科收治的骨缺损患者29例,男21例,女8例;年龄10～83岁。其中骨折后骨缺损22例,经骨折切开复位适宜的内固定,骨缺损处植入纳米羟基磷灰石/胶原骨;骨折后骨不连4例,将骨折端瘢痕及硬化骨清除,打通髓腔后植入纳米羟基磷灰石/胶原骨;骨瘤样病损3例,病灶刮除后植入纳米羟基磷灰石/胶原骨。上述病例术中材料植入量0.4～3.0g。连续12个月的临床观察随访,行X射线摄片检查。结果:29例患者切口均一期愈合。除1例胫骨骨折术后失访,其余28例连续12个月复诊随访。①患者纳米羟基磷灰石/胶原骨植入后X射线摄片观察结果:术后1～3个月材料植入区与缺损周围的骨组织之间界限模糊;3～6个月材料植入区内有明显的新骨长入,骨修复材料与骨组织融合成一体,密度接近正常骨组织,达到骨性连接,骨缺损己基本修复。6～12个月植骨塑形改建。②不良事件及副反应:28例复诊随访时,全身无发热反应,纳米羟基磷灰石/胶原骨植入部位的局部无不良反应。其中2例骨折患者术后2个半月因外伤或过早负重,致内固定钢板折断再骨折,予重新手术复位固定。结论:纳米羟基磷灰石/胶原骨具有良好的生物相容性,是安全的新型骨缺损填充材料;纳米人工骨材料植入骨缺损处3～6个月可形成骨性连接,6～12个月骨结构塑形改建,且局部无不良反应。

纳米羟基磷灰石/胶原骨在骨折后骨缺损中的应用

目的 :评估纳米羟基磷灰石 /胶原骨 (nano hydroxyapatite/collagen ,NHAC ,简称人工骨 )材料在骨折后骨缺损应用中的临床效果。方法 :对 2 1例骨折后骨缺损患者应用NHAC骨修复材料进行手术植入治疗 ,连续 6～ 13个月临床观察随访。结果 :2 1例中 2例失访。获随访的 19例患者无局部或全身不良反应。 19例中 2例因外伤或过早负重 ,致内固定钢板折断再骨折 ,予重新手术内固定 ,其余 17例均达临床愈合。X线片显示 ,术后 1～ 3个月材料植入区与缺损周围的骨组织间界限模糊有新骨形成 ,3～ 6个月材料植入区内有明显的新骨长入 ,骨修复材料与骨组织融合一体 ,达到骨性连接 ,骨缺损己基本修复。 6～ 12个月植骨塑形改建。结论 :NHAC骨修复材料具有良好的生物相容性和骨传导性 ;其良好的材料 -细胞界面使材料本身便具备与骨键合的能力 ;其三维多孔结构便于骨组织的长入 ;其生物降解性有利于骨组织的改建和塑形 ,具有良好的临床应用前景。

纳米羟基磷灰石/胶原蛋白复合支架材料的制备与性能研究

以饱和Ca(OH)2上清液、磷酸和胶原蛋白为原料,在36～39℃、pH=8～9条件下,用共滴定法制备纳米羟基磷灰石/胶原蛋白复合支架材料。用XRD、SEM、TEM、IR对材料的晶相结构、结晶程度、化学键结构、微观形貌、晶粒大小进行分析。结果表明:复合材料由低结晶度的纳米羟基磷灰石(5nm×60nm～20nm×100nm)和胶原蛋白纤维组成,二者之间形成了紧密键合。

活性纳米羟基磷灰石复合胶原/聚乳酸材料对拔牙创早期愈合及牙槽嵴吸收影响的实验研究

目的观察活性纳米羟基磷灰石复合胶原/聚乳酸材料(AnHAC/PLA)促进犬拔牙创早期愈合及减少牙槽嵴吸收的效果。方法将小块状纳米羟基磷灰石复合胶原/聚乳酸材料(nHAC/PLA)、AnHAC/PLA、自体牙槽松质骨植入犬拔牙创中,并设空白对照。术后4周、8周、12周通过大体观察测量、HE染色和M asson′s三色法染色来观察比较拔牙创骨缺损的修复情况及牙槽嵴的吸收情况。结果AnHAC/PLA材料修复拔牙创骨缺损及减少牙槽骨吸收的能力强,与自体牙槽松质骨组类似,nHAC/PLA材料的能力较弱,但明显优于空白对照组。结论AnHAC/PLA可早期修复拔牙创,减少牙槽嵴的吸收。

胶原-纳米羟基磷灰石复合支架的细胞相容性

背景:观察成骨细胞在生物材料上的形态、增殖和分化等项目,可评估生物支架材料的生物相容性。目的:观察复合支架材料纳米羟基磷灰石/胶原对成骨细胞增殖、分化的影响。方法:取新生24h内Wistar大鼠的颅盖骨,采用改良胶原酶消化法进行成骨细胞原代培养,取第3代细胞与纳米羟基磷灰石/胶原支架或普通羟基磷灰石材料体外复合培养。培养3,6,9d后,观察材料周边的细胞形态及支架材料对细胞分化、增殖的影响。结果与结论:纳米羟基磷灰石/胶原材料较普通的羟基磷灰石材料更有利于成骨细胞的黏附、生长、分化、增殖,证实其生物相容性更好,有望成为一种新型的骨组织工程支架材料。

纳米羟基磷灰石/胶原复合材料制备方法比较研究

低温下,通过将水热合成的纳米羟基磷灰石浆料与中性胶原溶胶共混和在中性胶原中原位形成羟基磷灰石两种方法制备羟基磷灰石/胶原复合材料,采用XRD、FTIR、扫描电镜、透射电镜和力学性能测试等方法对两种复合材料的特性进行了表征。通过对两种方法制备的复合材料的特性进行比较,发现两种方法均制备得到了纳米羟基磷灰石/胶原复合材料,复合材料在晶相组成、化学组成、纳米羟基磷灰石晶体尺寸、胶原纤维的结构等方面都与天然骨相似。但原位合成纳米羟基磷灰石晶体的结晶度比水热合成的纳米羟基磷灰石更接近于自然骨,原位合成的羟基磷灰石/胶原复合材料的均匀性、界面结合紧密度、力学性能等方面均优于共混法。原位合成法是改善纳米羟基磷灰石/胶原复合材料均匀性和力学性能的有效方法。

海藻酸钙/纳米羟基磷灰石/胶原复合材料修复兔桡骨缺损

目的探讨海藻酸钙/纳米羟基磷灰石/胶原复合材料植入动物体内的成骨能力。方法用18只3月龄健康新西兰大白兔制备兔桡骨中段15mm骨缺损模型。将每只兔子的左右前肢按随机数字表法分为实验组和对照组。在实验组兔桡骨缺损部位植入海藻酸钙/纳米羟基磷灰石/胶原复合材料,对照组为空白对照,骨缺损部位不植入任何材料。分别于术后4、8、12周采用X线和组织学方法检测缺损部位的成骨情况。结果18只模型兔均进入结果分析。X线结果显示,4周时实验组桡骨缺损区可见明显的骨生成影像,呈云雾状分布,随时间的延长骨量增多,至12周时,植入体已与缺损处断端骨性愈合,皮质骨连续性较好。对照组12周时显示骨断端骨质硬化,骨缺损区尚未修复。组织学结果表明,4周时实验材料内部可见骨形成细胞集中,随时间的延长骨量增多,并相互连接成片,到12周时,材料内骨小梁成熟,网孔间新生骨小梁相互连接成板状。结论海藻酸钙/纳米羟基磷灰石/胶原复合材料具有良好的成骨能力。

纳米羟基磷灰石/胶原复合材料结合血管内皮生长因子修复兔桡骨缺损

背景:纳米羟基磷灰石/胶原复合材料(nano-hydroxyapatite/collagen,NHAC)是一种理想的骨组织工程支架替代材料,血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)是一种促进血管生成最强的生长因子,加入到NHAC中使其缓慢释放,来说明其良好的骨组织修复能力。目的:探讨NHAC结合VEGF修复骨缺损的效果。设计、时间及地点:随机对照动物实验,于2008-10/2009-01在中南大学湘雅医学院动物实验室完成。材料:将纳米羟基磷灰石粉末和胶原蛋白粉末按8∶2的比例调和制备NHAC人工骨。再将2μgVEGF与调和好的纳米羟基磷灰石/胶原蛋白混合固体粉末以1.8∶1的质量比调和制备NHAC/VEGF人工骨。每块人工骨含有纳米羟基磷灰石粉末0.5g、胶原蛋白0.125g、VEGF150ng。方法:建立兔单侧桡骨1cm缺损动物模型36只,按随机原则分为3组。空白组骨断端不做任何处理,NHAC组骨缺损端植入NHAC人工骨,NHAC/VEGF组骨缺损端植入NHAC/VEGF人工骨。主要观察指标:在术后2,4,8周,每组各取4只兔子通过大体观察、X射线片、病理组织切片以及骨密度测定等评价骨愈合的程度。结果:X射线摄片检查:在各个时间段,NHAC/VEGF组骨痂的生长量及骨缺损的修复程度均比NHAC组和空白组好,且NHAC组好于空白组。骨密度测定:术后各时间点的骨密度测定两两比较差异有显著性意义(P均<0.05)。组织学检查NHAC/VEGF组在胶原纤维、成骨细胞及骨小梁的生成情况方面好于NHAC组和空白组,且NHAC组好于空白组。结论:NHAC与VEGF复合骨具有良好的诱导成骨作用,使骨细胞增生活跃,骨折愈合加快,可作为一种新型复合人工骨修复骨缺损。

纳米羟基磷灰石/胶原复合材料制备方法研究

研究了在脱钙骨基质内原位沉积纳米羟基磷灰石的电化学方法 ,探讨了影响沉积的实验因素和条件。并利用红外光谱和X衍射表征无机相的组成 ,透射电子显微镜观测晶体的形态和尺寸 ,光学显微镜观察无机相分布 ,灰化法测定无机成分含量。结果表明 ,电化学方法可以制备出纳米羟基磷灰石/胶原复合材料 ,其无机成分为53.9±3.2% ,并且无机相的组成、分布、性质与自然骨非常一致 。

富血小板血浆和纳米羟基磷灰石胶原支架对人脂肪干细胞成骨分化的影响

目的:观察人脂肪干细胞在向成骨细胞分化过程中富血小板血浆(platelet-rich plasma,PRP)的作用,及其与支架材料纳米羟基磷灰石/胶原生物相容性的实验研究。方法:酶消化法获得脂肪干细胞,分别培养在含100ml/L FBS的DMEM培养液、成骨细胞诱导液和添加PRP的成骨细胞诱导液中,观察PRP对人脂肪干细胞向成骨细胞分化的影响。并将人脂肪干细胞与经PRP孵育的纳米羟基磷灰石/胶原复合培养7 d后,环境扫描电镜观察细胞在支架材料上附着增殖情况。结果:酶消化法能成功获得人脂肪干细胞,在PRP的作用下,脂肪干细胞能够更加有效的向成骨细胞分化,形成更多的钙化结节,结节细小致密。环境扫描电镜观察,脂肪干细胞能在支架上充分的附着伸展。结论:人脂肪干细胞的成功分离诱导分化,为牙周组织工程提供了新的种子细胞来源,PRP是促进该细胞成骨细胞分化的有效的细胞因子组合,纳米羟基磷灰石/胶原可以作为牙周组织工程的支架材料。

纳米羟基磷灰石复合胶原材料骨膜下引导成骨及可吸收性的研究

目的:定量观察纳米羟基磷灰石复合胶原材料(nHAC)在骨膜下的成骨高度及可吸收速度,为其应用于萎缩牙槽嵴加高术提供可靠的数据依据。方法:免颅骨骨膜下埋植nHAC于不同时间点取材,常规标本制作后,用显微测微尺C5型网格,采用“数点法”测量各时间点标本中新骨形成的高度及材料的剩余量,并和羟基磷灰石(HA)组对比。结果:术后12周时nHAC组新骨形成的高度为2.63mm,材料剩余量占原植入材料的53.2%,被吸收的材料量占46.8%。结论:nHAC在骨膜下引导新骨生成的同时可以被吸收。

戊二醛交联纳米羟基磷灰石/胶原复合材料作用机理研究

为了改善纳米羟基磷灰石/胶原复合材料界面结合性能,采用戊二醛对复合材料进行交联处理,并对交联前后复合材料的溶胀度,结合能进行了分析,研究戊二醛交联对羟基磷灰石/胶原复合材料溶胀度的影响,探讨了戊二醛交联羟基磷灰石/胶原复合材料的可能机理 结果表明,复合材料的溶胀度随戊二醛的浓度增加而降低,当戊二醛的浓度大于0 25%时,复合材料的溶胀度没有明显的变化 戊二醛交联促使羟基磷灰石与胶原之间形成更多键,导致Q1s,Ca2p,N1s,P2p和C1s的化学状态和结合能变化。

纳米羟基磷灰石/胶原/聚乳酸支架材料对人成骨细胞早期附着影响的实验研究

目的以人成骨细胞(MG-63细胞)复合纳米羟基磷灰石/胶原/聚乳酸[nano-hydroxyapatite/collagen/poly(L-lactic)acid,nHAC/PLA]支架材料进行体外培养,观察其早期附着生长情况。方法将MG-63细胞在nHAC/PLA支架材料上培养,通过倒置显微镜观察、HE染色、ALP染色、细胞增殖指数测定等方法对细胞在nHAC/PLA支架材料上的早期附着情况进行研究。结果细胞在nHAC/PLA上生长良好;ALP染色阳性度高,细胞增殖指数比空白对照组有显著提高。结论nHAC/PLA支架有利于MG-63细胞的早期黏附、生长,可以用作骨组织工程的支架材料。

纳米羟基磷灰石/胶原对富血小板血浆促进骨髓基质干细胞成骨向分化的影响

目的:探讨纳米羟基磷灰石/胶原(nHAC)作为支架材料对兔自体富血小板血浆(PRP)体外诱导兔骨髓基质干细胞(rBMSCs)向成骨细胞分化能力的影响。方法:兔自体PRP分别作用于与nHAC联合培养的rBMSCs及常规培养的rBMSCs,利用扫描电镜观察rBMSCs在nHAC上的生长情况;通过碱性磷酸酶(ALP)活性测定,骨钙素(OCN)含量测定,骨桥蛋白(opn)mRNA相对表达量的分析,比较两种培养条件下兔自体PRP诱导rBMSCs向成骨细胞分化能力上的差异。结果:联合培养的rBMSCs在nHAC上生长良好,其ALP活性、OCN含量均较常规培养明显增加,且opnmRNA相对表达量是常规培养组的4.78倍。结论:nHAC作为支架材料可明显提高兔自体PRP诱导rBMSCs向成骨细胞分化的能力。