软骨支架材料的制备方法及优缺点

背景:软骨组织工程支架材料是提供空间和结构的平台,对软骨组织的再生至关重要,国内外学者均在尝试采用不同方式制备更理想的软骨组织工程支架材料。目的:综述软骨支架材料的设计原则和制备方式,并进一步探讨各种制备方法的优缺点。方法:应用计算机检索中国知网、万方、PubMed和FMRS数据库1998-2023年发表的与软骨组织工程中支架材料有关的文献,中文检索词包括“软骨修复,软骨组织工程,软骨支架材料,制备方法”,英文检索词包括“Cartilage repair,cartilage tissue engineering,cartilage scaffold materials,preparation”,最终选择57篇文献进行综述。结果与结论:①关节软骨结构特殊,其损伤后的自我修复能力较差,即使发生自我修复其新生的软骨通常为纤维软骨,无论是结构还是力学性能都远远不如正常关节软骨,难以维系正常的功能,通常很快就会发生退行性病变。目前设计制备软骨修复的支架材料需要考虑以下内容:生物相容性和生物降解性、适宜的孔隙结构和孔隙率、合适的力学性能及生物活性。②软骨支架制备的研究取得了显著进展,不断涌现出新的制备方法和优化策略,这些方法各有优劣,可以根据具体需求选择合适的方法为软骨支架的定制化制备和功能性设计提供了更多可能性。

胶原结合域-骨形态发生蛋白2-胶原软骨支架制备及其成软骨诱导

背景:天然骨形态发生蛋白2在体内弥散和降解速度较快,降低了局部浓度和治疗效果,单纯将骨形态发生蛋白2与组织工程支架复合后不能在体内长期停留,无法达到良好的缓控释效果。目的:制备并检测胶原结合域-骨形态发生蛋白2-胶原软骨支架的生物性能及成软骨诱导效果。方法:提取SD大鼠鼠尾胶原,采用真空冷冻干燥及化学交联法制备胶原软骨支架。通过快速克隆C112-同源重组法构建表达胶原结合域-骨形态发生蛋白2质粒,通过基因工程构建并导入大肠杆菌,分离纯化胶原结合域-骨形态发生蛋白2。将天然骨形态发生蛋白2与胶原结合域-骨形态发生蛋白2分别与胶原软骨支架结合,检测支架中骨形态发生蛋白2释放水平,采用CCK-8法及F-Actin染色法检测胶原结合域-骨形态发生蛋白2-胶原软骨支架的生物相容性;将骨髓间充质干细胞分别种植在两种胶原软骨支架上进行成软骨诱导,检测其成软骨诱导活性。结果与结论:①胶原结合域-骨形态发生蛋白2与胶原软骨支架的结合率高于天然骨形态发生蛋白2(P<0.05);体外浸泡于PBS中7 d,胶原结合域-骨形态发生蛋白2-胶原软骨支架中骨形态发生蛋白2的释放量小于天然骨形态发生蛋白2-胶原软骨支架(P<0.05);CCK-8实验及F-Actin染色结果显示,胶原结合域-骨形态发生蛋白2-胶原软骨支架无明显细胞毒性,具有良好的生物相容性;②成软骨诱导14 d后的ELISA检测显示,胶原结合域-骨形态发生蛋白2-胶原软骨支架组聚集蛋白聚糖、Ⅱ型胶原蛋白A1的表达均高于天然骨形态发生蛋白2-胶原软骨支架组(P<0.05);扫描电镜下可见,两组支架孔隙内壁上均可见较多骨髓间充质干细胞贴附生长,细胞形态及大小一致,排列紧密,未出现细胞碎裂或形态异常;③结果表明,胶原结构域-骨形态发生蛋白2-胶原软骨支架具有良好的生物性能及成软骨诱导活性。

不同降解周期下Ⅱ型胶原-丝素蛋白复合软骨支架的应力松弛行为

目的利用有限元分析与理论模型相结合的方法,研究软骨支架在不同降解周期下的应力松弛行为。方法基于已建立的降解本构模型计算不同降解周期下支架弹性模量;建立软骨支架有限元模型,并进行应力松弛仿真,分析支架松弛应力随时间的变化。建立应力松弛本构模型,对支架力学性能进行预测。结果软骨支架降解14、28、42、56 d时,弹性模量分别为32.35、31.12、29.91、28.74 kPa。软骨支架各层的应力分布表现为上层受力最大;支架整体松弛应力随着时间增加先快速下降,然后趋于平稳;降解56 d时,支架能承受的应力仍在软骨的生理载荷范围内。应力松弛本构模型预测结果与有限元模拟结果吻合较好。结论随降解时间的增加,支架弹性模量逐渐减小。降解时间越长,支架能承受的应力越小。相同降解时间下,施加的压缩应变越大,支架受力越大。有限元仿真和应力松弛本构模型可以有效预测支架降解时的应力变化。

3D打印耳廓模型在耳廓再造软骨支架雕刻成形中的应用

目的:探讨3D打印耳廓模型(耳模)在耳廓再造术中的应用及其对再造耳廓对称性和精准性的影响,为评价3D耳模的临床应用提供依据。方法:回顾性分析采用耳廓再造术治疗单侧小耳畸形76例患者的临床资料。术前CT扫描健侧耳廓,获得DICOM文件,通过镜像和平滑处理后转化为光固化立体造型术(STL)文件,输入3D打印机后,打印出与健侧耳廓外形一致的3D耳模。所有患者均采用Nagata法行耳廓再造术。第一期手术以肋软骨为材料,参照3D打印耳模,精细雕刻再造耳廓支架;第二期手术参照3D打印耳模,提升再造耳廓,形成耳颅沟。术后随访时间6~12个月,测量并比较再造耳廓和健侧耳廓的长度和宽度,耳甲腔的长度、宽度和深度及三角窝的深度和耳颅角。调查患者对再造耳廓位置、大小、耳颅角、对称性和稳定性的满意度,计算患者满意率。结果:76例患者获得术后随访,所有再造耳廓均全部成活。患者及其家属对再造耳廓的对称性满意率达到85.5%,对大小、位置及稳定性满意率均>90%,对耳颅角的满意率为68.4%,平均满意率达到87.4%。与健侧耳廓比较,再造耳廓的长度和宽度、耳甲腔长度、宽度和深度及三角窝深度差异无统计学意义(P>0.05)。与健侧耳廓比较,再造耳廓的耳颅角缩小(P=0.0141)。再造耳廓和健侧耳廓外形相似度较高,耳廓精细结构的相似度也较高。结论:基于3D打印技术的3D打印耳模可使再造耳廓与健侧耳廓高度相似,值得临床推广应用。

探讨应用耳郭软骨制备鼻尖软骨支架复合体在鼻整形中的应用价值

目的:探讨应用耳郭软骨制备鼻尖软骨支架复合体在鼻整形中的应用价值。方法:选取2016年3月—2020年3月镇江市中西医结合医院收治的60例鼻中隔塌陷患者作为研究对象,随机分为对照组以及观察组,每组各30例。对照组采用硅胶材料治疗,观察组采用耳郭软骨材料治疗。评估两组患者的临床疗效以及患者的满意度,并且比较两组患者的鼻尖高度及鼻长度变化。结果:与对照组比较,观察组的总有效率更高,差异有统计学意义(χ^(2)=9.017,P<0.05);治疗后两组患者的鼻尖高度较治疗前相比抬高、治疗后两组患者的鼻长度较治疗前相比延长,且观察组优于对照组,差异有统计学意义(t=14.556、14.600,P<0.05);观察组患者的满意度高于对照组,差异有统计学意义(χ^(2)=6.667,P<0.05)。结论:耳郭软骨制备鼻尖软骨支架复合体在鼻整形中的临床疗效显著,患者的满意度高,且弹性良好,给予鼻尖足够的支撑力,具有延长鼻尖的作用,在临床整形手术中具有研究价值。

胶合软骨支架行外耳再造术

目的 报道外耳再造软骨支架成形固定的一种新方法。方法 临床应用 11例 ,Ⅰ期行传统耳后组织扩张器置入 ,预制耳后薄皮瓣 ,解剖层次为颞浅筋膜浅层。Ⅱ期取自体胁软骨为支架材料 ,根据健侧模样雕切成耳轮、对耳轮支架条 ,用医用胶粘合、拼接、点补、固定。通过拼接矫正耳轮上角及延长耳轮脚 ,点补形成耳轮结节、对耳屏及修整欠缺处 ,然后 ,耳轮与对耳轮支架进行粘合 ,形成胶合软骨支架。结果 除第 1例取第 8,9两肋软骨外 ,其余10例均取单根肋软骨。胶合的软骨支架系统稳固 ,外观逼真 ,立体感强 ,愈后无排异 ,轮廓清晰 ,随访 1～ 3年 ,支架稳定 ,无塌陷。结论 医用胶行软骨支架固定方便、牢固、节省材料 ,无毒副作用 ,塑形逼真 。

明胶-硫酸软骨素-透明质酸钠作为组织工程软骨支架的实验研究

目的探索明胶-硫酸软骨素-透明质酸钠多孔支架的制备方法和其作为组织工程软骨支架的可行性。方法光镜和扫描电镜观察-20℃、-80℃及液氮条件下冷冻抽真空干燥制备的明胶-硫酸软骨素-透明质酸钠支架的孔径、孔隙率、交通孔和密度;测定不同条件制备的支架材料与正常软骨的压缩载荷-形变曲线;分离、扩增兔骨髓基质干细胞(mesenchymalstemcells,MSCs),接种于不同条件制备的支架材料上培养,MTT检测MSCs在支架上的黏附率及多孔支架对细胞增殖功能的影响。结果在-20℃、-80℃及液氮条件下制备的支架材料具有疏松多孔结构,孔径依次为300±45μm、230±30μm和45±10μm,孔隙率为81%、79%和56%,密度为9.41±0.25μg/mm3、11.50±0.36μg/mm3和29.50±0.61μg/mm3;-80℃和液氮条件下制备的支架材料,力学强度接近于正常软骨;MTT测得细胞在-20℃、-80℃及液氮条件下制备的支架材料,黏附率分别为85.0%、87.5%和56.3%;可轻度促进MSCs增殖。结论-80℃条件下抽真空干燥制备的明胶-硫酸软骨素-透明质酸钠多孔支架,具有良好的孔径、孔隙率和抗压缩载荷能力,与MSCs具有较好的相容性,是软骨组织工程中的一种新型仿生支架材料。

从牛软骨中提取Ⅱ型胶原蛋白及初步构建软骨支架

建立了一种材料来源广泛、操作步骤简单的提取II型胶原蛋白的新方法,以牛软骨为原料,预处理后再经胃蛋白酶消化、盐析、透析、冷冻干燥得到II型胶原蛋白纯品,其纯度经SDSPAGE电泳后利用凝胶成像系统分析为98.25%。以制备的II型胶原蛋白纯品、透明质酸(HA)和硫酸软骨素(CS)为原料,按CII∶HA∶CS为9∶1∶1、7∶1∶1、5∶1∶1、3∶1∶1的比例混合,通过真空冷冻干燥初步构建了人工软骨支架。综合比较四组软骨支架的形态、交联度、孔隙率、孔径、吸水率及降解率各项参数,确定比例9∶1∶1为所构建软骨支架的最优比例,其孔隙率为(86.63±0.67)%,孔径为(83.33±7.20)μm,吸水率为(684.52±8.57)%,降解率为(26.73±1.88)%。

壳聚糖与型胶原复合制作组织工程软骨支架及其性能研究

目的 探讨采用壳聚糖与 型胶原复合制作新型组织工程软骨三维多孔支架的方法,并对其理化性能进行检测。 方法 将精制88%脱乙酰度壳聚糖溶于0 .2 mol/ L 醋酸溶液制成2 %溶液,高纯度猪 型胶原溶于0 .5 m ol/ L醋酸溶液制成1%溶液,两者按4∶1(重量比)充分搅拌混合,采用冷冻干燥法制成壳聚糖与 型胶原复合支架。采用碳化二亚胺/ N-羟基琥珀酰亚胺对支架进行交联,力学测定比较支架交联前后的强度变化,扫描电镜观察其超微结构,于2、4、6和8周经溶菌酶体外降解实验测定其体外降解性。 结果 制备的复合支架成形良好,交联后其力学强度明显增加。扫描电镜显示壳聚糖与 型胶原成分在支架内分布均匀,支架内孔洞相互连通似海绵状,孔径10 0～2 5 0 μm。各时间段复合支架体外降解较单纯壳聚糖支架快。 结论 壳聚糖与 型胶原复合成功地制作成了三维多孔复合支架。其理化性能及体外降解测定,可以作为支架载体,应用于组织工程软骨的构建。

快速成形外耳软骨支架

研究表明 ,我国外耳畸形的发病率在 1/万～ 2 /万之间。外耳畸形应在学龄前予以手术矫形 ,以免影响患者心理健康。自体肋软骨雕刻成形法存在手术创伤大、对施术者要求高和手术时间长等缺点。进口耳软骨支架造价昂贵 ,患者难以承受。根据 CT数据反求出三维实体模型 ,采用生物材料快速成形的耳软骨支架 ,不仅造型准确逼真、手术创伤小 ,而且价格低廉。 2 0世纪 90年代初期引入我国的快速成形技术结合现代生物医学技术而形成的生物材料成形技术的飞速发展 ,必然催生一种具有世界领先水平的全新产业 ,引起一场深刻的变革。这项以快速成形技术为核心的生物材料快速成形技术 ,包括了材料科学、生物医学和快速成形等技术 。

仿生多材料复合增强骨软骨支架的制造及性能研究

针对关节面上大面积骨软骨缺损修复过程中软骨形态恢复和力学环境恢复困难的问题，设计并制造一种新型聚乙二醇（Polyethylene glycol, PEG）/聚乳酸（Polylactide, PLA）/β-磷酸三钙（β-Tricalcium phosphate,β-TCP）仿生多材料复合增强骨软骨支架。基于CT扫描数据重建的羊膝关节模型上进行仿生多材料骨软骨支架的结构设计，包括多孔定制结构和固定桩及仿生结构；以光固化成形技术与真空灌注工艺相结合制造了的多材料复合增强骨软骨支架，确定灌注温度220℃，真空度–0.08～–0.10 Pa。形貌观测表明真空灌注法能使PLA完全充满整个次级管道，力学试验发现复合材料支架的压缩强度（21.25 MPa ±1.15 MPa）是单管道多孔生物陶瓷支架（9.76 MPa±0.64 MPa）的2.17倍， PLA固定桩的剪切强度（16.24 MPa±1.85 MPa）是陶瓷固定桩（0.87 MPa±0.14 MPa）的18.7倍。因此，复合PLA的骨软骨支架具有显著的力学增强和固定能力，有望为大面积骨软骨缺损的修复提供新的治疗手段。

构建软骨支架的天然生物材料

关节软骨的自我修复能力有限,发生损伤后须进行修复或置换,然而传统的治疗方法难以达到理想的效果,组织工程技术为此难题带来了曙光。在组织工程三要素(种子细胞、支架材料、信号分子)中,支架材料起着至关重要的作用。对关节软骨支架材料进行了综述,重点介绍了软骨组织中天然存在的Ⅱ型胶原蛋白、透明质酸和硫酸软骨素3种生物材料,并就目前组织工程支架材料存在的问题和未来发展方向进行了讨论。

Medpor支架与肋软骨支架法耳廓再造的比较与分析

目的:观察两种耳廓再造术的临床应用和疗效,探讨较理想的耳廓再造方法。方法:对60例小耳畸形或外伤后耳廓缺损患者,分别行扩张器扩张乳突区皮肤后肋软骨作支架耳再造术(34例)和多孔高密度聚乙烯(Medpor)作支架颞浅筋膜瓣加植皮一期耳再造术(26例)。结果:经过6个月～5年观察,肋软骨组有2例支架外露,2例轮廓不明显,1例局部缺陷;Medpor组有1例支架外露,2例轮廓不明显,1例局部缺陷,总体满意率分别为85.3%和84.6%(P>0.05),无显著差异。结论:以肋软骨作支架的分期耳再造术是较可靠的治疗方法,但Medpor作支架一期耳再造术只要了解Medpor材料的生物特性,选择合适的手术方法,掌握手术操作的各个环节,可以将手术并发症减少到最低限度,具有创伤小、操作简单、疗程短、术后效果稳定可靠等优点,是目前一种较为理想的耳廓再造方法。

脱细胞基质软骨支架的制备

背景:脱细胞基质材料去除了天然材料中的细胞成分,保留了基质成分,有效降低了天然材料的免疫原性,同时能够保持材料的机械强度。目的:拟利用洗脱方法去除兔肋软骨中的细胞基质,制备天然生物支架材料。方法:取新西兰大白兔肋软骨,清除周围组织后随机分组处理,以未经处理的肋软骨作为正常对照组;48 h处理组以去污剂-酶化学消化48 h;96 h处理组以去污剂-酶化学消化96 h,3组均通过苏木精-伊红染色及电镜观察脱细胞效果。同时收集诱导第7天的兔骨髓间充质干细胞3×109 L-1,与同种异体肋软骨脱细胞基质体外复合培养,于第3,7天取复合物行电镜观察细胞在脱细胞基质表面的黏附生长情况。结果与结论:新鲜肋软骨标本每个软骨陷窝内均有排列紧密的二三个软骨细胞,去污剂-酶化学消化后软骨陷窝内的细胞逐渐脱失,至消化处理96 h后,软骨陷窝内的细胞完全脱失。共培养第3天时,脱细胞基质表面有大量骨髓间充质干细胞分布,细胞为多角形,有伪足伸出,锚定在基质表面,部分区域可见细胞在基质表面增殖分裂;第7天时,脱细胞基质表面大部分均为细胞覆盖,细胞呈扁平状,有多个足突充分伸展,细胞之间互相连接,分泌大量细胞外基质沉积在基质表面,呈冰霜样改变,表明制备的脱细胞基质具有良好的细胞相容性。

皮肤扩张法结合自体肋软骨支架治疗重度杯状耳畸形

目的：探讨采用皮肤扩张法结合自体肋软骨支架治疗重度杯状耳畸形的效果.方法：采用皮肤扩张法结合自体肋软骨支架三期法治疗重度杯状耳畸形患者共16例（16只耳）.第一期手术耳后置入50～ 80ml扩张器,注水扩张3个月,第二期手术切取自体肋软骨,雕刻组合成三维立体软骨支架,用扩张皮瓣包裹支架形成耳廓.3个月后,杯状耳转位与再造部分衔接,完成重度杯状耳畸形的修复.结果：1例患者第三期术后出现软骨支架外露,经换药后愈合.其余1 5例无并发症发生.再造的耳廓外形良好,结构清晰,双侧耳廓对称.结论：采用扩张法结合自体肋软骨支架治疗重度杯状耳畸形,能够提供足够的皮肤及软骨量,是矫正杯状耳畸形的一种较好的手术方法.

颞浅筋膜瓣结合头皮刃厚皮片移植修复耳廓再造术后软骨支架外露

目的:探讨应用颞浅筋膜瓣结合头皮刃厚皮片游离移植修复耳廓再造术后软骨支架外露的疗效。方法:9例行Nagata法耳廓再造术的患者,一期术后出现皮瓣缺血、坏死、软骨支架外露,清除坏死组织,切除失去活力的软骨,行颞浅筋膜瓣结合头皮刃厚皮片移植修复。结果:9例移植皮片全部成活,稍有色素沉着,再造耳廓形态逼真,轮廓清晰,效果满意。结论:颞浅筋膜瓣结合头皮刃厚皮片移植术是Nagata法耳廓再造过程中发生软骨支架外露后的一种较好的补救方法。

耳后皮肤扩张术后前后双蒂皮瓣联合肋软骨支架修复外伤性部分耳郭缺损

目的:介绍一种耳后皮肤扩张术后,采用前后双蒂皮瓣联合肋软骨支架植入修复外伤性部分耳郭缺损的方法。方法:手术分两期进行,一期在耳后埋置扩张器并进行扩张;二期手术以自体肋软骨雕刻合适大小的支架,利用扩张皮肤形成前后双蒂皮瓣,植入软骨支架后与残余软骨缝合。结果:临床应用8例患者,均愈合良好,外形满意,双耳基本对称。结论:耳后皮肤扩张术后采用前后双蒂皮瓣联合肋软骨支架修复外伤性部分耳郭缺损,适合于绝大多数外伤性部分耳郭缺损的患者,方法简单,效果良好、可靠。

在应用皮肤扩张术行耳廓再造中软骨支架塑造的改良

在应用皮肤扩张术行耳廓再造中软骨支架塑造的改良作者单位：４１０００２湖南省人民医院整形外科刘晓亮钟茜在耳廓再造中，耳廓支架是成形耳廓外形结构的基础。当在耳区获得厚度薄，组织量充足的皮肤后，影响耳廓再造最关键的因素就是耳廓支架的塑造。作者在应用皮肤扩张...

定向结构软骨支架材料修复运动性关节软骨损伤

背景:软骨支架材料虽然在运动关节软骨损伤中发挥了重要的作用,但是在实际开展过程中仍受到较多的限制,导致组织工程化软骨修复达不到预期目标。目的:探讨定向结构软骨支架材料制备方法及在大白兔运动关节软骨损伤中的修复效果。方法:利用温度梯度热诱导相分离技术制备定向结构软骨支架材料,采用京尼平完成对软骨支架材料的交联,并测定支架材料的物理、力学性能。48只大白兔建立运动关节软骨损伤模型,随机将大白兔分为非定向支架组和定向支架组(n=24),分别于运动关节软骨损伤处植入非定向支架和定向支架,6,12,24周后取材,比较2种支架在大白兔运动关节损伤中的修复效果。结果与结论:1扫描电镜观察:定向支架组纵切面上可见排列相对整齐的微管样结构,且方向一致;而非定向支架组纵切面与横切面表现为多孔蜂窝状结构;2弹性模量:定向支架组支架材料弹性模量显著高于非定向支架组(P<0.05);3O'Driscoll量表评分:定向支架组大白兔术后6,12,24周显微CT下O'Driscoll量表评分显著高于非定向支架组(P<0.05);4CT扫描:术后24周定向支架组大白兔CT下三维重建可见缺损部位平坦、光滑,冠状面二维扫面可见新生类软骨厚度与周围正常骨十分接近;非定向组大白兔3D下显示软骨表面比较平整,冠状面2D显示修复软骨与正常软骨基本相同;5苏木精-伊红染色:定向支架组术后24周缺损部位消失,软骨细胞呈垂直方向排列;非定向支架组术后24周缺损部位存在典型软骨陷窝,与周围软骨组织存在差异;6结果提示,采用温度梯度热诱导相分离技术制备的定向微管结构软骨支架具有良好的物理、力学性能,将其植入大白兔运动关节损伤软骨中能促进损伤部位修复,获得理想的机械力学性能。

硬三角软骨支架植入矫正单侧唇裂术后鼻畸形

目的 探讨一种纠正唇裂术后鼻畸形的新术式。方法 在回顾单侧唇裂术后鼻畸形整复术中各种软骨悬吊、移植等方法的基础上,创新性地提出了外鼻畸形的硬三角软骨支架的植入整复方法。结果 经15例临床病例的验证,该法可以较好地一次整复唇裂术后患侧鼻翼塌陷、鼻堤缺乏、鼻小柱偏斜等。结论 硬三角软骨支架植入能矫正单侧唇裂术后鼻翼塌陷畸形,术后短期效果满意。