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。

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。

脱细胞软骨生物支架材料的生物学特性

目的探讨脱细胞软骨生物支架材料(ACM)在细胞毒性、溶血试验、急性全身毒性等方面的生物学特性;方法①ACM的制备:猪膝关节软骨冻干加工为粉末,胰酶消化,曲拉通洗脱,蒸馏水洗净冻干,紫外线照射(UVI)后成型;②细胞毒性测定:材料浸提液培养细胞进行细胞形态大体观察,MTT法观察细胞活性;③急性全身毒性反应:材料浸提液注射入SD大鼠腹腔观察材料对动物表现及体重变化的影响;④溶血试验:材料浸提液与稀释动物鲜血混合观察红细胞溶解情况,492nm下检测OD值计算相对溶血率;结果①细胞毒性试验:24h、48h、72h各时间段内三组细胞OD值两两比较(>0.05),无显著差异,ACM细胞毒性为0级;②动物急性毒性实验:Ⅰ生物材料处理组和Ⅱ生理盐水处理组对动物体重影响没有差异(>0.05),Ⅰ生物材料处理组和Ⅲ苯酚处理组对动物体重有显著差异(<0.05);③溶血试验:材料相对溶血率为2.92%,低于5%的标准,无明显溶血现象;结论ACM在细胞毒性、溶血实验、动物急性毒性反应方面符合软骨组织工程中对于支架材料的要求,提示支架材料有良好的生物相容性和安全性。

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。

ACM复合rBMSC修复兔股骨内髁关节软骨缺损的价值

目的探讨脱细胞软骨支架材料(ACM)复合兔骨髓间充质干细胞(r BMSC)修复兔股骨内髁关节软骨缺损的价值。方法选取48只健康新西兰白兔(3月龄),随机分为3组,ACM-BMSC组,ACM组,空白对照组。各个组再分为6 w和12 w 2个时间段。6 w、12 w时观察修复组织,进行Wakitani组织学评分。结果各个关节腔没有看到感染积液,没有发生关节腔粘连情况。手术后6 w,ACM-BMSC组修复组织多数和周围组织接合较好,ACM组修复组织厚度约2/3,没有看到潮线,空白对照组缺损区没有明显的类软骨组织修复。手术后12 w,ACM-BMSC组修复组织多数是透明软骨样组织,ACM组修复组织表面欠光滑,空白对照组能够看到少量肉芽组织修复。在同一时间段内,不同组间细胞形态、基质染色、表面平整、软骨厚度、接合、总分比较,ACM-BMSC组和空白对照组、ACM组和空白对照组,差异显著(P<0.05);ACM-BMSC组和ACM组无显著差异(P>0.05)。结论经传代后复合脱细胞关节软骨支架材料可以较好地修复兔关节软骨缺损,修复组织中细胞形状、分布和排列与正常软骨组织接近,是关节软骨缺损修复的可选方法。

多孔型丝素蛋白/羟基磷灰石复合脂肪间充质干细胞修复兔股骨骨缺损

背景:从蚕丝中提取的丝素蛋白具有良好的细胞相容性,且可生物降解,用于修饰生物材料能提高细胞在材料表面的黏附和生长能力。目的:探讨丝素蛋白/羟基磷灰石材料复合脂肪间充质干细胞修复包含性骨缺损的作用。方法:取2月龄新西兰大白兔附睾处脂肪组织,经胰酶消化传代培养脂肪间充质干细胞,取第3代兔脂肪间充质干细胞以1×1010L-1浓度接种于丝素蛋白/羟基磷灰支架材料上,培养3h后加入含有1μmol/L地塞米松、50μmol/L维生素C、10mmol/Lβ-甘油磷酸钠的DMEM培养液进行成骨诱导。新西兰大白兔36只,在兔股骨远端制备直径4.5mm、深10mm的松质骨缺损。细胞复合材料组植入复合脂肪间充质干细胞的丝素蛋白/羟基磷灰石;单纯材料组植入丝素蛋白/羟基磷灰石;空白对照组不作任何植入。结果与结论:12周时大体观察细胞复合材料组骨缺损区完全被骨组织修复,单纯材料组骨缺损区缩小、部分修复,空白对照组骨缺损无修复。12周时X射线、组织学检查显示细胞复合材料组完全修复了骨缺损区,材料组部分修复了骨缺损区,细胞复合材料组的新生骨小梁多于单纯材料组(P<0.05),空白对照组未见骨修复。结果说明复合脂肪间充质干细胞的丝素蛋白/羟基磷灰石修复兔股骨包含性骨缺损能力优于单纯丝素蛋白/羟基磷灰石材料。