基于脂肪干细胞I型胶原凝胶PLGA-β-TCP支架的新型仿生骨组织工程复合体的构建及生物学性能

目的:尝试构建基于脂肪干细胞、I型胶原凝胶以及PLGA-β-TCP支架的新型仿生骨组织工程复合体,并对其生物学性能进行研究.方法:取3 mo龄日本大耳白兔皮下脂肪,获得脂肪干细胞,经体外成骨诱导分化鉴定后使用I型胶原凝胶将其悬浮并与三维多孔支架PLGA-β-TCP复合,从而构建成脂肪干细胞-I型胶原凝胶/PLGA-β-TCP骨组织工程复合体,体外成骨诱导培养2 wk,实验以脂肪干细胞/PLGA-β-TCP材料复合体作为对照.扫描电镜观察复合情况,并对脂肪干细胞的增殖以及成骨诱导分化情况进行检测.结果:I型胶原凝胶将rADSCs均匀悬浮于材料孔隙中,碱性磷酸酶活性以及细胞外基质矿化程度检测显示I型胶原凝胶能显著促进rAD-SCs的成骨分化.结论:脂肪干细胞-I型胶原凝胶/PLGA-β-TCP复合体的构建成功为骨组织工程复合体的设计提供了一条新的思路.

PLLA/β-TCP支架表面多孔结构的构建及其对细胞黏附的影响

目的通过NaOH溶液的简单处理构建3D打印PLLA/β-TCP骨组织工程支架表面多孔结构,增加支架的粗糙度和亲水性,促进支架表面的细胞黏附。方法通过3D打印熔融沉积成型技术制备PLLA/β-TCP网状支架,并通过NaOH蚀刻的方法进行支架的粗糙化改性,依据支架表面微观形貌、能谱、接触角、力学、细胞黏附等观察NaOH浓度、时间两项反应参数对支架的影响。结果通过熔融沉积成型技术制备的PLLA/β-TCP复合支架存在预先设置的网状结构;经NaOH蚀刻构建了兼有宏观和微观空隙的多孔形态。NaOH浓度、时间中任意一种参数的增加都会导致支架表面微观孔隙的孔径、孔密度增加。NaOH处理参数为0.1 mol/L(9 h)时,可显著减小支架表面水接触角,且对支架的压缩强度无显著影响。体外细胞检测显示,经NaOH蚀刻后的表面多孔复合支架在骨髓间充质干细胞(BMSCs)的黏附增殖上更具优势。结论用NaOH处理3D打印PLLA/β-TCP骨组织工程支架可有效改善支架表面形态,优化该类支架的亲水性及细胞黏附。

氢氧化钠碱蚀法改善3D打印PCL/β-TCP网状支架表面亲水性及其性能研究

目的为解决聚己内酯(polycaprolactone,PCL)/β-TCP骨组织工程支架表面亲水性不足的问题,通过NaOH蚀刻法改善3D打印PCL/β-TCP支架表面微形貌,进一步影响其亲水性和细胞反应。方法采用3D打印熔融沉积成型(fused deposition modeling,FDM)技术制备PCL/β-TCP网状支架,通过NaOH蚀刻法进行支架表面粗糙化改性,观察NaOH浓度、时间2项反应参数对支架改性前、后在微观形貌、能谱元素、接触角、压缩强度、细胞黏附等性能方面的影响。结果经NaOH蚀刻后成功制备PCL/β-TCP网状支架表面微孔结构。随着NaOH浓度、时间任一种参数的增加均会导致支架表面微孔增大、材料表面接触角减小,但NaOH处理参数为1 mol/L(24 h)或10 mol/L(6 h)的蚀刻支架,其压缩强度与未处理组对比,差异没有统计学意义(P=0.071);蚀刻支架上细胞数目增多,单个细胞铺展面积大,在骨髓间充质干细胞(BMSCs)黏附增殖上更具优势。结论采用NaOH蚀刻法改善3D打印PCL/β-TCP骨组织工程支架亲水性的方法是一种低成本的有效策略,可有效改善支架湿润性和细胞黏附。

3D打印技术制备β-TCP仿生骨支架的形态结构特点及其成骨性能分析

目的 分析3D打印技术制备β-磷酸三钙(β-TCP)仿生骨支架的形态结构特点及其成骨性能。方法 随机选取24只新西兰兔,建立股骨髁部缺损模型。采用3D打印技术制备β-TCP仿生骨支架,将实验兔随机分为2组,每组12只。其中对照组未植入任何材料;实验组植入β-TCP仿生骨支架,观察4周、8周和12周后的两组骨修复结果,评价其成骨性能。结果 实验组术后第4周、8周、12周时的骨组织学评分均高于对照组,骨小梁厚度、数目、骨小梁体积/总体积均高于对照组(P<0.05)。3D打印的仿生骨支架的直径、高度、孔隙率以及抗压强度、弹性模量与天然松质骨之间的差异无统计学意义(P>0.05)。结论 3D打印技术制备的β-TCP仿生骨支架,可促进骨缺损的修复,支架形态学结构及成骨性能与松质骨相近。

有机泡沫浸渍法制备多孔β-TCP支架及生物相容性研究

以制备满足骨组织工程要求的支架为目的,将β-TCP粉末与Al2O3-MgO-H3PO4粘结剂按一定比例调和成浆料,采用有机泡沫浸渍法使其成型,低温烘干后于900-1200℃烧结制得多孔β-TCP支架.然后接种从胚胎胫骨分离的成骨细胞,进行材料-细胞复合培养后,通过扫描电镜观察细胞在陶瓷表面附着、生长等情况,评价其生物相容性.研究表明,采用有机泡沫浸渍法制备的β-TCP支架具有三维开孔网状结构,而且复合培养后的陶瓷表面有许多形态良好的成骨细胞附着,具有良好的生物相容性.

成骨诱导的大鼠骨髓间充质干细胞与不同比例的β-TCP/PLLA支架材料复合的研究

种子细胞、支架材料及二者的相互作用是骨组织工程需要解决的三大问题。骨髓间充质干细胞(Mesenchym al stem cells,MSCs)是一种很有潜力的种子细胞,但挑选什么样的MSCs作为种子细胞目前研究尚少;而材料方面,研制力学性能和生物相容性均好的可降解多孔支架材料一直是研究者努力的方向。为了挑选处于最佳时期的种子细胞以及最适比例的β- TCP/PL L A多孔支架材料,我们观察并检测了大鼠MSCs(r MSCs)成骨诱导后不同时期细胞的形态及功能,发现r MSCs成骨诱导后10 d左右开始进入增殖期,14 d左右进入基质合成期,2 0 d左右进入矿化结节期(但三者不是截然分开的) ,从而根据实验目的挑选出能作为骨组织工程用的最佳细胞。将该时期的种子细胞与不同比例的β- TCP/PL L A多孔支架材料复合后,通过荧光显微镜、扫描电镜以及MTT等方法初步比较了不同比例的材料对细胞生长状况的影响,结果显示不同比例的材料均具有一定的生物相容性,细胞生长良好。但以β- TCP/PL L A=2∶1的材料最好,对细胞的生长影响最小。

不同方法制备的PLGA-胶原复合支架对大鼠成肌细胞增殖活性的影响

目的比较不同方法制备的PLGA-胶原支架对大鼠成肌细胞增殖活性的影响,评价PLGA-胶原复合支架的生物安全性。方法分别采用静电纺丝法和粒子洗出法制备PLGA-胶原复合支架与大鼠成肌细胞复合培养后,采用四甲基偶氮唑盐微量酶反应比色法(MTT法)检测细胞增殖情况。结果①两种方法制备的PLGA-胶原支架对大鼠成肌细胞的增殖活性均无不良影响。②MTT结果显示,电纺法制备的PLGA-胶原支架对复合培养细胞的增殖具有一定的促进作用。结论①PLGA-胶原复合支架材料具有良好的生物安全性。②相比于粒子洗出法,静电纺丝法制备的PLGA-胶原复合支架更能促进细胞的生长增殖。

张应力加载下PLGA-胶原类细胞外基质三维支架复合培养大鼠成肌细胞“整合素β_1”的表达

目的:利用PLGA(poly lactide-co-glycolide)-胶原类细胞外基质复合支架构建大鼠成肌细胞体外三维力学加载模型并研究周期性机械张应力对不同方式培养的大鼠成肌细胞"整合素β1"基因表达的影响。方法:静电纺丝法制备PLGA-胶原类细胞外基质复合生物支架并将其粘接于加力板上,与体外培养的大鼠成肌细胞进行复合培养;使用"Forcel"四点弯曲细胞应变加载装置分别对三维培养和二维培养的大鼠成肌细胞进行生理限度内的力学加载;利用RT-PCR技术检测不同时间点细胞整合素β1mRNA的表达;比较张应力作用下,三维PLGA-胶原复合支架上和二维平面培养细胞整合素β1基因表达水平的差异。结果:除加载15mi n外,相同强度张应力作用的各个时间点,三维支架上细胞整合素β1的表达均明显高于二维平层培养细胞;且三维支架上细胞整合素β1的表达水平更快达到峰值,而且峰值持续时间也显著增加。结论:周期性张应力刺激下,三维复合培养大鼠成肌细胞整合素β1mRNA表达水平明显高于二维培养细胞,这表明培养方式及细胞外基质的三维空间结构对加载早期细胞的力学信号转导有着十分重要的作用。

新型骨支架材料20%β-TCP/PDLLA亲水性、组织相容性和生物安全性观察

目的观察新型骨支架材料20%β-TCP/PDLLA支架亲水性、组织相容性和生物安全性。方法体外滴水法观察比较支架材料20%β-TCP/PDLLA及PDLLA亲水性;体内研究,将材料植入大鼠体内,2,4,8,12周进行血常规、肝功能、肾功能,Ca2+、P、ALP检测;观察伤口局部情况及心肝肾组织学变化,植入材料局部取材进行组织学检查。结果β-TCP/PDLLA支架亲水性明显高于PDLLA支架,血常规、肝功能、肾功能,Ca、P、ALP检测两种材料无明显差异,心肝肾组织学检查观察均未见病理性改变。植入体内β-TCP/PDLLA支架组织学检查巨噬细胞2周时最高且多于PDLLA支架组,而后逐渐下降,12周时两组相当,均基本消失。结论新型骨支架材料具有良好的亲水性、生物相容性和生物安全性。

软骨PLGA-Ⅱ型胶原支架复合体修复兔膝关节骨软骨损伤

目的探讨骨髓基质干细胞(BMSCs)诱导的软骨细胞与聚乙醇酸-乳酸共聚物(PLGA)-Ⅱ型胶原支架通过管帽结构复合构建组织工程软骨复合体修复兔膝关节骨软骨损伤的效果及各界面耦合情况。方法BMSCs经软骨诱导液诱导成软骨细胞后接种于PLGA-Ⅱ型胶原支架的底层,支架表层戴管帽。将该细胞-支架复合物置入软骨条件培养液中培养2周,扫描电镜观察。将45只新西兰大白兔随机分为A、B、C 3组,每组15只,并于股骨髁处造模。分别于缺损处植入戴管帽结构复合的软骨支架复合体(A组)、PLGA-Ⅱ型胶原支架(B组)、不植入任何材料(C组)。于第4周和第12周取材行大体观察和组织学分析。结果 A组和B组缺损处均有软骨生成;C组缺损明显,只有纤维组织生长。A组软骨缺损部分软骨细胞修复,成骨区部分骨样细胞修复;两者耦合处犬牙交错,修复缺损程度及成骨区和成软骨区界面耦合情况明显优于B、C组。软骨组织学评分A组优于B、C组(P<0.05)。结论 BMSCs诱导分化成的软骨细胞与PLGA-Ⅱ型胶原支架经过管帽结构构建成的软骨PLGA-Ⅱ型胶原支架复合体可有效修复兔膝关节骨软骨损伤,新生软骨、骨与宿主软骨、骨及新生软骨与软骨下骨各界面耦合良好。

基于3D打印的Ⅰ型胶原涂覆β-TCP骨组织工程支架研究

根据骨缺损形态构建个性化的组织工程支架在骨组织工程应用中有巨大需求。基于3D打印技术制备个性化的I型胶原涂覆的β-磷酸三钙(β-TCP)骨支架。通过比较0/90°、0/60°、0/45°的填充角度,0.10、0.25、0.50 mg/m L涂覆胶原的浓度对β-TCP支架孔径、孔隙率、力学性能的影响,选定最优填充角度为0/90°及最佳涂覆胶原的浓度为0.50 mg/m L的β-TCP/胶原支架。所得支架能准确地再现设计的三维模型,具有多级孔结构,大孔平均直径为315μm,微孔直径为3~5μm,孔隙率为84%。β-TCP/胶原支架的抗压能力为(12.29±0.88)MPa,压缩弹性模量为(116.74±27.75)MPa,与成人松质骨相似。体外大鼠骨髓间充质干细胞(m BMSCs)支架培养实验结果显示,涂覆胶原的支架具有更好的生物相容性,能有效促进m BMSCs的粘附增殖,β-TCP/胶原支架上细胞具有更高的碱性磷酸酶(ALP)活性和Collagen-I、BSP相关成骨基因的表达。研究结果显示,3D打印制备的I型胶原涂覆的β-TCP支架具有匹配的外形,良好可控的孔隙率,对m BMSCs有良好成骨活性,为骨组织支架在临床上应用提供新的技术。

HA/β-TCP支架材料的研究进展

随着骨修复材料需求的增多,HA/β-TCP复合支架作为一种兼具良好的生物相容性、生物降解性、骨传导性以及骨诱导性的生物材料受到了人们的广泛关注。本文关注于web of science上的相关文献,主要论述以下几个方面内容:HA/β-TCP组成比例对复合支架的性能影响;HA/β-TCP复合支架与其他主流材料的复合;新制作工艺的出现与结构改进。在技术推进和研究深入的背景下,对作为骨修复工程中较为理想的生物材料HA/β-TCP复合支架的发展现状进行介绍。

基于高温挤出打印的PLGA/β-TCP人工骨支架制备及其性能研究

目的制备具有较优力学性能和细胞增殖特性的聚乳酸-羟基乙酸共聚物/β-磷酸三钙[poly(lactic-co-glycolic acid)/β-tricalcium phosphate,PLGA/β-TCP]人工骨支架,为骨组织工程支架材料和结构的选择提供实验依据。方法以PLGA和纳米β-TCP为原材料,先将PLGA在加热筒中高温熔融,再将β-TCP混合搅拌均匀进行打印。采用高温挤出打印方法制备人工骨支架,研究不同材料配比(PLGA与β-TCP配比为4∶1、3∶1、2∶1)、不同孔径(200μm、300μm和400μm)、不同层高(4.2 mm、5.4 mm和6.6 mm)以及不同孔形(方形、45°倾斜和60°倾斜)对支架力学性能和细胞增殖性能的影响。打印9组支架,利用扫描电镜分析支架的形貌特征,用万能材料试验机测试支架的抗压强度、弹性模量,用CCK-8试剂盒进行细胞增殖性能测试。最后对实验数据进行极差分析,得出最优组合,并制作相应的支架,对其进行力学性能和生物性能的测试。结果在力学性能实验中,S5组支架显示出最好的抗压强度(7.23 MPa),S9组支架显示出最好的杨氏模量(356.1 MPa),与骨小梁相当;在细胞增殖实验中,S1组支架显示出最好的增殖特性。通过正交实验法,分析并实验验证,得出综合性能最优的支架参数为材料配比为4∶1、层高为6.6 mm、孔型为45°倾斜以及孔径为200μm。结论材料配比为4∶1、层高为6.6 mm、孔型为45°倾斜以及孔径为200μm的支架基本能够满足某些松质骨(如骨小梁)的力学性能和细胞增殖性能,并可为后续相关研究提供实验和理论基础。

3D打印模具法制备磷酸三钙点阵支架工艺研究

通过数字光处理(DLP)3D打印技术制备模具,并与凝胶注模成型工艺相结合,制备了固含量为60%的OP、QD两种形式的β-磷酸三钙(β-TCP)点阵结构支架。分析了两种点阵结构支架的物相、微观形貌、孔隙率、收缩率以及力学性能。实验结果表明:点阵结构支架在烧结之后没有发生物相变化,晶粒之间链接紧密。支架的孔隙直径为540~570μm;OP点阵结构支架的总孔隙率为65.06%,QD结构为64.18%;两种形式支架的收缩率接近,分别为15.25%和15.84%;OP结构支架的最大抗压强度6.95 MPa,QD结构支架为4.26 MPa。两种点阵结构支架力学性能都松质骨的抗压强度范围内。

不同浓度人源性抗菌肽LL-37/PLGA/β-TCP复合支架对兔骨髓间充质干细胞增殖、分化的影响

目的:研究不同浓度人源性抗菌肽LL-37/聚乳酸聚乙醇酸共聚物(PLGA)/β-磷酸三钙(β-TCP)复合支架对于兔骨髓间充质干细胞(rBMSCs)增殖、分化的影响。方法:制备LL-37/PLGA/β-TCP复合支架材料,按LL-37浓度分为0、1、5、10μmol/L组,另设置空白rBMSCs培养基为N组,每组三个培养皿,细胞密度为5×10^5个/皿。扫描电镜下观察不同浓度LL-37/PLGA/β-TCP复合支架形态。采用CCK-8检查方法检测各组干预rBMSCs 0、24、48、72、96、120 h后rBMSCs细胞增殖活力。干预rBMSCs 24 h后,采用荧光定量聚合酶链反应(qPCR)检测各组成骨相关基因碱性磷酸酶(ALP)、骨形态发生蛋白-1(BMP-1)及骨形态发生蛋白-7(BMP-7)的mRNA相对表达量。干预rBMSCs 24 h后,采用ELISA检测各组ALP、BMP-1及BMP-7的蛋白水平。每个实验独立重复三次。结果:LL-37/PLGA/β-TCP复合支架材料随着LL-37浓度增加而呈现多孔、细胞吸附增多的趋势,促进细胞贴附生长。干预24 h后,10μmol/L组细胞增殖能力明显高于N组(P<0.05);随着干预时间延长,1、5、10μmol/L组均对rBMSCs有促进增殖作用,且呈浓度依赖作用。1、5、10μmol/L组ALP、BMP-1及BMP-7的mRNA相对表达量与蛋白表达水平均高于N组(P<0.05);1、5、10μmol/L组ALP、BMP-1及BMP-7的mRNA相对表达量与蛋白表达水平均呈高表达,且呈浓度依赖。结论:LL-37/PLGA/β-TCP复合支架可以显著促进rBMSCs增殖与分化,是一种潜在的骨组织工程支架。

β-磷酸钙多孔生物陶瓷支架的制备及生物相容性

以制备高性能骨组织工程支架为目的 ,利用直接沉淀法合成β 磷酸钙 ( β TCP)粉末 ,将粉末与Al2 O3 MgO H3PO4粘结剂按一定比例调和成浆料 ,采用有机泡沫浸渍法使其成型 ,低温烘干后 ,升温至 90 0～ 1 2 0 0℃烧结制得多孔β TCP支架 ,通过体外细胞培养实验评价其生物相容性 .研究表明 ,利用Al2 O3 MgO H3PO4作粘结剂 ,采用有机泡沫浸渍法制备的 β TCP支架孔隙率高 ,孔径大 ,具有开孔网状结构 ,而且无细胞毒性 ,生物相容性较好 .

多孔β-TCP用于构建长骨组织的实验研究

探索新型的多孔 β 磷酸三钙 (β TCP)作为组织工程骨支架材料的应用效果。分别应用单纯 β TCP(对照组 )和骨髓间质干细胞 (bonemarrowstemcells ,BMSCs)、β TCP复合物 (实验组 )修复狗尺骨 2cm的骨缺损 ,术后通过X光片、核素扫描、大体观察和组织学观察判断长骨骨缺损的修复效果。X片观察 :3月时 ,实验组尺骨缺损由内植物较好的桥接 ,内植物边缘模糊 ,管腔及内植物与缺损断端之间有新生骨形成 ;对照组尺骨缺损处的内植物明显变形 ,出现密度不均的裂解颗粒 ,其与缺损断端连接处有新生骨形成。 6月时 ,实验组尺骨缺损被伴有骨髓腔的新生骨连接 ,有皮质骨形成 ;对照组尺骨缺损被高密度影连接 ,没有骨髓腔和明显皮质骨形成 ,尺骨远端直径明显细于实验组。核素扫描的延迟相骨显像 :1月和 2月时两组之间有显著性差异 ,3月时两组之间无显著性差异。大体观察 :3月时可见 ,对照组尺骨直径明显小于实验组 ,实验组的骨缺损处新生物的体积明显大于对照组 ;对照组的内植物周围有纤维组织紧密包裹 ,难于分离。 6月时可见 ,实验组新生骨色泽红白相间 ,明显已被塑形 ;对照组新生骨体积、形状不完整。HE观察 :3月时 ,实验组 β TCP的孔隙中 ,可见新生骨在表面贴附生长 ;对照组 β TCP的孔隙中有类骨质形成 。

机械张应力刺激对PLGA-胶原复合培养大鼠成肌细胞整合素偶联激酶表达的影响

目的研究PLGA(poly lactide-co-glycolide)-胶原复合支架上大鼠成肌细胞体外张应力作用下整合素偶联激酶(ILK)的表达变化,探索其力学信号转导过程。方法体外培养大鼠成肌细胞,实验组接种于黏附有PLGA-胶原复合生物支架的加力板,对照组接种于空白加力板,然后使用"Forcel"四点弯曲循环应变加载装置加载。利用RT-PCR技术,检测不同时间点细胞ILK mRNA的表达,比较三维PLGA-胶原复合支架上和二维平面上培养的细胞在张应力作用下基因水平的表达差异。结果张应力刺激下,同一时间点三维支架上细胞ILK的表达明显高于二维平面上的细胞;在加载过程中,三维支架上细胞ILK的表达水平明显提高,而且更快达到峰值。结论培养环境的三维空间结构对细胞在力学刺激作用下的初期反应起重要作用。

球形多孔支架材料体内血管化的量化分析

[目的]研究球形多孔β-磷酸三钙(β-TCP)支架植入体内后的血管形成情况。[方法]选择成年新西兰兔30只,随机分为5组,每只兔植入一个球形β-TCP材料(直径2cm,孔径500～600μm,内连接径110～120μm),于术后1、2、4、8、12周取材进行组织学观察、定量分析血管长入情况。[结果]术后1周未见新生血管。术后2周,支架外周见细小幼稚的血管。4周时,为血管化的第一个高峰,与2周比血管数量增加(P<0.05)。8周时,血管数及直径增加,但无统计学意义(P>0.05)。12周时,为第2次血管化高峰,见粗大成熟的血管,与其他时间比血管直径增大(P<0.05)。[结论]血管化分阶段进行,即早期数量的增加和后期质量的提高。材料的结构和降解特性影响血管化。

聚合物纳米纤维-多孔镁合金双层支架的构建及对成骨细胞活性的影响

目的 制备一种聚合物纳米纤维-多孔镁合金双层支架,并考察其体外降解性能及对MC3T3-E1Q前成骨细胞生物活性的影响.方法 使用热致相分离法(TIPS)在多孔镁合金支架外层覆盖一层聚合物纳米纤维,将PLA聚合物纳米纤维-多孔镁合金双层支架和PLA聚合物纳米纤维-TCP复合支架进行对比,采用电子天平称重、荧光显微细胞计数、MTT法、钙黄绿素染色分别测定两种支架的失重率、对MC3T3-E1Q前成骨细胞黏附、增殖和分化的影响.结果 PLA聚合物纳米纤维-多孔镁合金双层支架的失重率、黏附的MC3T3-E1Q前成骨细胞数量、MC3T3-E1Q前成骨细胞增殖数量、钙化结节数量及面积较PLA聚合物纳米纤维-TCP复合支架均有显著优势,差异均具有统计学意义(P<0.05).结论 成功制备了一种具有良好生物学功能及快降解速率的PLA聚合物纳米纤维-多孔镁合金双层支架,具有广泛的应用前景.