基于3D打印的双相磷酸钙胶原改性支架

背景:制作出类似天然骨成分和机械强度、表面活性良好且具有多孔结构的三维胶原/双相磷酸钙支架是骨组织工程研究的一个难点。目的:制备兼具高孔隙率、高机械强度和高表面生物活性的三维多孔骨组织支架。方法:以质量比为60∶40的羟基磷灰石与β-磷酸三钙为浆料,利用3D打印技术制备双相磷酸钙支架,高温烧结后,分别以0.5,1.0,1.5g/L的Ⅰ型胶原溶液对支架进行涂覆处理,制备胶原/双相磷酸钙支架,通过表观形貌、孔隙率、吸水率、机械性能测试筛选最佳Ⅰ型胶原溶液涂覆质量浓度,进行细胞实验。将大鼠骨髓间充质干细胞分别接种于双相磷酸钙支架与胶原/双相磷酸钙支架上,培养1,7d,Calcein-AM染色观察细胞活性;培养1,3,7d,Alamar Blue法检测细胞增殖。结果与结论:①当Ⅰ型胶原溶液涂覆质量浓度为0.5g/L时,胶原/双相磷酸钙支架具有良好的孔隙率与吸水率,抗压强度为(4.99±0.15)MPa,压缩模量为(95.24±0.57)MPa,符合天然松质骨的机械强度要求,细胞实验选择此涂覆质量浓度;②两种支架都支持骨髓间充质干细胞的生长,培养至7d时,细胞在胶原/双相磷酸钙支架表面已基本长满,大多呈梭形或星形,细胞伸展良好,排列紧密,在支架上黏附形成网状结构,但双相磷酸钙支架上还有部分区域无细胞黏附;③两组支架中培养1,3d的细胞增殖比较差异无显著性意义(P>0.05),胶原/双相磷酸钙支架上培养7d的细胞增殖快于双相磷酸钙支架(P<0.05);④结果表明在保证孔隙率、高机械强度的情况下,Ⅰ型胶原溶液涂覆可提高双相磷酸钙支架的生物活性。

磷酸钙与胶原双相多级仿生骨组织工程支架研究

磷酸钙与胶原是天然骨组织的重要组成成分,介绍了一种仿生设计磷酸钙与胶原双相复合的多级仿生骨组织支架.采用双氧水发泡技术精确定制磷酸钙支架孔结构,结合真空灌注胶原以及仿生矿化技术,构建磷酸钙,胶原双相多级仿生骨组织支架,材料的孔结构及化学组分可实现定制设计.通过对支架材料测试表征,结果显示,这种无机/有机/无机多级仿生支架材有良好的力学性能.材料的体外细胞实验结果证实,这种多级仿生支架材料具有良好的生物相容性.

胶原支架增强自固化磷酸钙骨水泥的力学及成骨性能研究

[目的]研究胶原支架(CS)对磷酸钙骨水泥(CPC)的力学及其在体内成骨的影响。[方法]试验分CPC/CS及CPC两组,三点弯曲试验测试材料的强度和弹性模量;组织学观察材料植入兔股骨22及54周的成骨状况。[结果]CPC/CS比CPC的弯曲强度、韧性强度分别提高了64.2%、3 933.3%,弹性模量降低了45.7%;组织学显示22周CPC/CS内的胶原支架已完全被新骨替代,CPC只在边缘有少量成骨及材料降解而内部无成骨;54周CPC/CS已大部分降解孔化,孔内充满大量新骨及髓样组织,而CPC边缘区的成骨及材料降解虽比22周时明显,但其内部仍未见成骨。[结论]胶原支架既可改善CPC的力学性能,又能促进新骨长入CPC/CS复合材料内部,因此,CPC/胶原支架是较好的骨缺损修复材料。

多孔β-磷酸三钙/胶原支架与犬牙周膜细胞三维复合体的构建

目的:探索用多孔β-磷酸三钙/胶原(β-TCP/col)支架与犬牙周膜细胞(PDLCs)在体外构建三维复合体。方法:分离培养犬PDLCs,并对其来源进行鉴定;利用甲基噻唑基四唑法检测β-TCP/col浸提液对PDLCs增殖的影响;并将第3代PDLCs以2×105/mL的浓度接种于β-TCP/col支架上进行三维复合体的体外构建,用扫描电镜观察。结果:β-TCP/col浸提液对犬PDLCs增殖无不良影响;PDLCs可在材料的三维结构上贴附生长,细胞充分伸展,且表面可见明显分泌物。结论:多孔β-磷酸三钙/胶原支架与犬牙周膜细胞具有良好的生物相容性,二者可在体外构建成三维复合体,提示该材料具有成为牙周组织工程理想支架材料的潜力。

脱细胞真皮基质/生物矿化胶原一体化骨软骨支架的制备及其生物相容性的研究

目的成功制备脱细胞真皮基质/生物矿化胶原一体化骨软骨支架,并进行理化性质、生物力学与生物相容性评估,为骨软骨缺损修复提供理论依据。方法以物理和化学方法制备牛源脱细胞真皮基质,利用磷酸三钙和胶原,按照不同比例混合,利用自组装和冻干技术,制备以脱细胞真皮基质支架为软骨层,生物矿化胶原为骨层的骨软骨一体化双相支架。通过大体观察、扫描电镜观察、生物力学等检测,对骨软骨一体化支架进行理化性质和力学性能评价。原代培养小鼠软骨细胞和成骨细胞,并分别种植在脱细胞真皮基质和生物矿化胶原双相支架上,利用细胞毒、死/活细胞染色和增殖实验等观察细胞生长情况,测定骨软骨一体化支架的生物相容性。结果大体观察表明支架各层间结合紧密,未出现明显不连续和相互分离。扫描电镜各层内的孔隙结构相互连通且均具有立体多维性,其中脱细胞真皮基质、生物矿化胶原和双相支架的孔径分别为(121.6±8.65)、(98.40±5.56)和(103.2±3.94)μm。同时三组支架的压缩模量分别为(41.05±11.69)、(108.0±12.71)和(84.98±8.51)k Pa,弹性模量分别为(17.24±3.93)、(28.98±3.31)和(21.74±2.92)k Pa。MTT法表明骨软骨一体化支架无细胞毒性。荧光显微镜观察显示,纵切的支架薄片上细胞生长分布均匀,表明支架生物相容性较好,CCK8实验表明支架可以维持良好的细胞活性。结论脱细胞真皮基质/生物矿化胶原骨双相支架中上下层间的理化性能展示了骨软骨组织结构和力学方面的双重仿生,为动物体内实验奠定了基础,有望成为治疗骨软骨缺损修复的一种新手段。

胶原凝胶包埋软骨细胞复合聚磷酸钙纤维/左旋聚乳酸支架异体移植修复兔关节软骨缺损

目的探讨胶原凝胶包埋软骨细胞复合聚磷酸钙纤维/左旋聚乳酸(CPPf/PLLA)支架异体移植修复兔关节软骨缺损的有效性和可行性。方法将胶原凝胶包埋的软骨细胞接种CPPf/PLLA支架构建的复合物体外培养3周,行倒置显微镜和扫描电镜观察,并将复合物异体移植入兔关节软骨缺损,术后4、8、12周取材,从大体、组织学和Ⅱ型胶原免疫组织化学对再生软骨组织进行评价。结果复合物体外培养3周,细胞被大量基质包裹,在支架内分布均匀;新形成的组织为透明软骨样组织、表面光滑且与周围组织整合良好、基质内有Ⅱ型胶原分布。结论胶原凝胶包埋软骨细胞接种CPPf/PLLA支架的方法能提高细胞支架复合物构建质量,胶原凝胶复合CPPf/PLLA支架可作为软骨细胞载体修复关节软骨缺损。

BCP/COL/HCA骨组织工程支架的仿生制备

通过仿生合成、冷冻干燥及交联处理方法,制备出一种以双相磷酸钙、胶原和碳酸羟基磷灰石三组分为主要成分的新型三维骨组织工程支架。采用SEM、EDX和FTIR等测试技术对支架的性能特征进行分析。结果表明:制备的复合支架具有三维多孔的有序结构。双相磷酸钙作为力学支撑骨架有助于胶原网络基质形成特定的形状并使之具有一定的力学强度。在矿化过程中,羟基磷灰石矿物晶体在胶原的反应成核位点通过化学键合作用进行自组装。交联的胶原及其仿生矿化形成的碳酸羟基磷灰石可使支架具有良好的生物学性能,有望成为广阔临床应用前景的骨组织工程植入材料。