Biologically Inspired Self-assembling Synthesis of Bone-like Nano-hydroxyapatite/PLGA-(PEG-ASP)_n Composite: A New Biomimetic Bone Tissue Engineering Scaffold Material

A new biomimetic bone tissue engineering scaffold material, nano-HAI PLGA-（ PEG-Asp ）n composite, was synthesized by a biologically inspired self-assembling approach. A novel biodegradable PLGA- （ PEG-Asp ）n copolymer with pendant amine functional groups and enhanced hydrophilicity woo synthesized by bulk ring-opening copolymerization by DL-lactide（ DLLA） and glycolide（ GA ） with Aspartic acid （ Asp ）-Polyethylene glycol（PEG） alt-prepolymer. A Three-dimensional, porous scaffold of the PLGA-（ PEG- Asp）n copolymer was fabricated by a solvent casting , particulate leaching process. The scaffold woo then incubated in modified simulated body fluid （naSBF）. Growth of HA nanocrystals on the inner pore surfaces of the porous scaffold is confirmed by calcium ion binding analyses, SEM , mass increooe meoourements and quantification of phosphate content within scaffolds. SEM analysis demonstrated the nucleation and growth of a continuous bonelike, low crystalline carbonated HA nanocrystals on the inner pore surfaces of the PLGA- （ PEG-Asp ）n scaffolds. The amount of calcium binding, total mass and the mass of phosphate on experimental PLGA- （ PEG-Asp ） n scaffolds at different incubation times in mSBF was significantly greater than that of control PLGA scaffolds. This nano-HA/ PLGA-（ PEG- Asp ）n composite stunts some features of natural bone both in main composition and hierarchical microstrueture. The Asp- PEG alt-prepolymer modified PleA copolymer provide a controllable high surface density and distribution of anionic functional groups which would enhance nucleation and growth of bonelike mineral following exposure to mSBF. This biomimetic treatment provides a simple method for surface functionalization and sabsequent mineral nucleation and self-oosembling on bodegradable polymer scaffolds for tissue engineering.

Nanostructured hybrid materials for bone-tooth unit regeneration

As a part of regenerative medicine, biomaterials are largely used in this field of nanotechnology and tissue engineering research. We have recently developed a new scaffold using electrospun nanofibers of Poly (ε-caprolactone), PCL which is able to mimic the collagen extracellular matrix of cells. The aim of this study was to engineer a biological and implantable structure leading the regeneration of the tooth-bone unit. For this aim, we have cultured mouse osteoblasts embedded in a collagen gel on the nanofibrous membrane and coupled this structure with an embryonic dental germ before implantation. To follow bone and tooth regeneration, we have performed RT-PCR, histology and immunofluorescence analysis. We showed here that this leaving implantable structure represents an accurate strategy for bone-tooth unit regeneration. We report here the first demonstration of bone-tooth unit regeneration by using a strategy based on a synthetic nanostructured membrane. This electrospun membrane is manufactured by using an FDA approved polymer, PCL and functionalized with osteoblasts before incorporation of the tooth germs at ED14 (the first lower molars) to generate bone-tooth unit in vivo after implantation in mice. Our technology represents an excellent platform on which other sophisticated products could be based.

3D printing method for bone tissue engineering scaffold

3D printing technology is an emerging technology.It constructs solid bodies by stacking materials layer by layer,and can quickly and accurately prepare bone tissue engineering scaffolds with specific shapes and structures to meet the needs of different patients.The field of life sciences has received a great deal of attention.However,different 3D printing technologies and materials have their advantages and disadvantages,and there are limitations in clinical application.In this paper,the technology,materials and clinical applications of 3D printed bone tissue engineering scaffolds are reviewed,and the future development trends and challenges in this field are prospected.

金属有机框架材料在骨组织工程和骨科疾病治疗中的多重应用

背景:金属有机框架材料因其可调节的孔隙率、较大的表面积、生物相容性良好和结构多样等独特的性质在骨组织工程和骨疾病治疗中展现出巨大的应用前景。目的:综述金属有机框架材料在骨修复、关节炎、骨感染和骨肿瘤中的研究进展、运用及优缺点,为后续研究提供参考及策略。方法:检索Web of science、Pub Med和中国知网数据库,英文检索词为“Metal-Organic Frameworks,MOFs,Orthopedics,Bone Repair,Bone Regeneration,Orthopaedic Applications,Bone Tissue Engineering,Bone Infection,Arthritis,Bone Tumor,Osteosarcoma”,中文检索词为“金属有机框架,骨科,骨修复,骨再生,骨科应用,骨组织工程,骨感染,关节炎,骨肿瘤,骨肉瘤”,检索了2015-2023年的相关文献。根据纳入与排除标准对所有文献进行初筛后,最终纳入72篇文章进行综述。结果与结论:(1)在促进骨修复过程中,金属有机框架材料中的金属离子中心能够激活相应信号通路,从而通过促进成骨基因的表达、抑制破骨细胞、促进血管生成、加速骨矿化进程4个方面促进成骨,因此,以钙、锶、钴、铜和镁离子等金属离子作为金属中心的金属有机框架材料在改善骨缺损植入物的性能方面具有很大潜力。(2)以锌/钴金属有机框架为代表的金属有机框架材料能发挥类细胞保护酶的活性,清除活性氧,促进软骨再生,与天然酶相比具有不易失活和更好的稳定性等优势。(3)锌基金属有机框架材料凭借宽带隙、光生载流子的有效分离迁移以及高稳定性的特点,在光催化领域表现出色,广泛用于细菌及肿瘤细胞的杀灭。(4)双金属金属有机框架材料由于额外金属的掺杂,导致结构性能发生优化而具有关键优势,例如锌/镁金属有机框架74具有更高的稳定性进而实现持续抗菌,钽/锆金属有机框架光吸收能力及光催化效率的增加,成为了放疗增敏剂。(5)然而,金属有机框架材料在临床应用中仍面临诸如药物释放的不确定性、生物体内安全性及长期存在可能诱发的免疫反应等挑战.

中药有效成分结合骨组织工程材料用于骨修复

背景:如何修复骨缺损一直以来是临床难题,中药有效成分在骨修复方面具有良好的生物活性与治疗效果,将中药有效成分与组织工程材料相结合在骨修复领域具有广阔的前景。不同中药有效成分与支架的组合在作用关系方面具有相似之处。目的:搜集常见的中药有效成分与支架材料组合的案例,基于七情配伍的启发将组织工程支架与中药有效成分类比为产生配伍关系的两类中药,以二者的作用关系为纲进行归纳总结。方法:检索1998年1月至2024年1月Pub Med和中国知网数据库中发表的相关文献,英文检索词:“traditional Chinese medicine,Chinese medicine,traditional Chinese medicine monomers,bone defect,bone repair,bone tissue engineering,tissue engineering,scaffold”,中文检索词:“中药,中药有效成分,中药单体,骨组织工程,骨组织工程支架,支架,组织工程,骨缺损,骨修复”,最终纳入88篇文献进行综述分析。结果与结论:(1)组织工程支架材料与中药有效成分各自均在骨修复领域有广泛的运用,二者在成骨方面优势明显但仍有许多缺陷,许多研究致力于将二者制备成复合材料,希望通过二者间的相互作用发挥减毒增效作用。(2)一些药物与材料在成骨、抗菌、促血管生成方面能互相促进,增强原有的效果,受到传统方剂配伍观念的启发,文章将其归纳为“相须”关系,并举实例佐证。(3)一些药物能提高材料的强度,而某些材料能对负载于其上的药物实现缓释控释效果、增加载药量与稳定性,或是进行靶向递送,文章将这种单方面的提升效果归纳为“相使”关系。(4)一些中药与材料搭配使用能减少对方的毒副反应,文章将这种减毒关系归纳为“相畏相杀”。(5)文章得出了一个由七情配伍关系启发、基于作用关系分类的关于中药复合支架的全新视角,将中药传统观念引入组织工程领域,为后续复合支架的研究者提供新的研究思路,并在选材搭配方面提供一定的便利。

骨组织工程研究中的二维黑磷材料

背景:黑磷与人体骨有高度的同源性,近年来在骨组织工程领域被广泛研究。自2014年以来,二维黑磷材料因具有优异的理化性能和生物性能备受生物医学领域广泛关注。目的:综述黑磷基纳米材料在骨组织工程中的研究进展,着重介绍了二维黑磷纳米材料的合成方法、成骨特性和在生物材料中的应用。方法:以“黑磷,骨组织工程,骨缺损,骨再生,成骨性;black phosphorus,Bone tissue engineering,Bone defect,Bone Regeneration,Osteogenesis”为关键词,检索2014年1月至2023年12月期间Pub Med、中国知网数据库中的相关文献。经过排除和筛选后对96篇文章进行分析。结果与结论:黑磷纳米材料因良好的生物相容性、生物降解性、光热作用、抗菌能力、载药性能和特殊成骨效应在骨组织工程中发挥着重要作用,是促进骨再生的理想候选材料。黑磷纳米材料的制备主要为自上而下的顶层剥离方法,主要原理是通过物理或者化学手段削弱黑磷层间的范德华力,得到单层或者少层的磷烯,即黑磷纳米片或量子点。黑磷基纳米复合材料主要分为水凝胶、3D打印支架、复合材料支架、静电纺丝、仿生骨膜、微球和仿生涂层。纳米黑磷研究在骨组织工程中处于起步阶段,仍面临多个挑战:黑磷在体内的行为以及与各种生物分子的相互作用机制有待进一步研究;黑磷的长期潜在毒性尚不清楚;黑磷的制造过程难以控制。因此,如何开发尺寸均一、安全、可靠、高效的纳米黑磷并转化为临床应用,需要对现代生物医学技术、物理化学技术和精密制造技术进行跨学科研究。

Ectopic Bone Formation in vivo Induced by a Novel Synthetic Peptide Derived from BMP-2 Using Porous Collagen Scaffolds

To investigate the osteoinductive and ectopicly osteogenic effects of a novel peptide P24 derived from bone morphogenetic protein 2 （BMP2）, biodegradable collagen scaffolds （CS） were used to load BMP-2-derived peptide solutions with different concentrations （0.4 mg peptide/CS, 0.1 mg peptide/CS and pure CS, respectively）, and the implants were implanted into muscular pockets on the back of Wistar rats. Radiographs and histological analysis were performed to evaluate the ectopic bone effects. Active ectopic bone formation was seen in both groups containing the peptide at different concentration （0.4 mg and 0.1 mg）, whereas no bone formation and only fibrous tissue was seen in the pure CS group. The new bone formation induced by the peptide P24 displayed a dose-dependent and time-dependent efficiency. The new bone formation in the 0.4 mg peptide/CS group significantly increased than that of the 0.1 mg peptide/CS group. This novel BMP-2-derived peptide had excellent osteoinductive and ectopicly osteogenic properties which were similar to those of BMP2.

Experimental study on advanced bone regeneration by BMP-7 derived-peptide chitosan nanometer hydroxyapatite collagen biomimetic composite

Objective:To investigate the effect of BMP-7 derived-peptide chitosan nanometer hydroxyapatite biomimetic collagen composite on repairing rat critical-sized cranial defects.Methods:The chitosan nanometer hydroxyapatite collagen composite was prepared and the microcosmic appearance of the composite was observed by scanning electron microscope.The BMP-7 derived-peptide was introduced into the composite by vacuum adsorption.The released peptide content from the scaffold was detected using high performance liquid chromatography at different set times.Critical-sized cranial defects were created on both sides of the parietal bone in 24 adult Sprague-Dawley rats.The BMP-7 derived-peptide chitosan nanometer hydroxyapatite biomimetic collagen composites were implanted on the right side as experimental group and the left side was implanted with chitosan nanometer hydroxyapatite biomimetic collagen composites alone as control group.The rats of both groups were killed in batch respectively after 6 and 12 weeks.Macroscopic observation,three-dimensional reconstruction of computed tomography(CT)and histological observation were performed on these samples.Results:The results of scanning electron microscope showed that the surface of the scaffold was porous.The releasing character of BMP-7 derived-peptide belonged to slow release.The result of animal experiment showed that the BMP-7 derived-peptide chitosan nanometer hydroxyapatite biomimetic collagen composite could more effectively promote the repair of cranial bone defects comparing with the chitosan nanometer hydroxyapatite biomimetic collagen composite alone.The difference was statistically significant(p<.05).Conclusions:The BMP-7 derived-peptide chitosan nanometer hydroxyapatite collagen biomimetic composite can effectively promote bone regeneration of bone defects.The composite is a kind of ideal scaffold material for bone tissue engineering.

晶须在骨组织工程中的应用进展

晶须是高纯度单晶生长而成的微纳米级短纤维,其卓越的理化性能与生物学性能在骨组织工程中展现出巨大的应用潜力。本文旨在系统综述晶须的分类、生长机制、制备方法和特性,深入探讨其在骨组织工程中的应用,并展望晶须的研究方向及在骨组织工程中的应用前景。

骨增量材料中血管新生性能的作用及认识

骨增量是种植治疗中解决骨量不足状况的必要手段,骨增量成功的关键之一是植入的骨增量材料应能发生血管新生,形成与宿主组织有效血氧交换的网络。本文就骨增量材料的血管新生作用研究进展进行阐述,为促进骨增量材料的研发及其临床转化提供建议和参考。

组织工程治疗股骨头坏死软骨下分离的适用技术

背景:股骨头坏死出现新月征是病情进程的“分水岭”,修复和稳定骨-软骨界面对阻止病情继续进展和预防股骨头塌陷尤为重要。利用组织工程学同步修复、整合骨-软骨界面具有潜在优势。目的:综述探讨解决股骨头坏死软骨下分离的潜在适宜技术。方法:检索1970年1月至2023年4月PubMed、Web of Science及中国知网、万方数据库中发表的相关文献,英文检索词:“Femoral head necrosis,Avascular necrosis of femoral head,Osteonecrosis of femoral head”等,中文检索词:“股骨头坏死,软骨下骨,软骨,软骨与软骨下骨整合”等,最终纳入114篇文献进行综述分析。结果与结论:①结构缺陷、缺血缺氧环境、炎症因素和应力集中可能造成股骨头坏死软骨下分离现象,软骨下骨分离会造成塌陷进展,并且可能与保髋手术失败相关,利用组织工程支架实现支架与骨-软骨界面的整合是治疗股骨头坏死软骨下分离的潜在方法之一。②目前的文献研究表明,多相、梯度支架和复合材料在促进骨、软骨细胞黏附与增殖,骨软骨基质的沉积方面均有提升,有助于支架与骨-软骨界面的整合,对治疗股骨头坏死软骨下分离有参考价值。③通过对支架表面进行修饰可以提高与界面整合的效率,但有各自不同的优缺点,提供不同环境的支架能够诱导同种间充质干细胞差异分化,有助于不同界面之间的整合。④未来有望应用于股骨头坏死软骨下分离的支架应为复合材料,具有梯度化和差异化的仿生结构,通过表面修饰和干细胞加载促进骨-软骨界面与支架的整合以实现治疗目的,但仍需进一步研究验证,而支架的降解速率与修复进度同步和不同界面之间的稳定性是未来需要解决的主要问题。

可降解新型聚乳酸膜在引导骨组织再生中的应用

目的探索一种可降解新型聚乳酸膜(PDLLA/PLLA)在引导骨组织再生中的应用效果。方法新西兰大白兔24只,体重2.5~3.0 kg,在动物一侧下颌骨体部近下颌骨下缘处制备10 mm×5 mm×3 mm箱状骨缺损,然后将动物随机分为实验组、对照组和空白组,每组8只。实验组动物骨缺损处填Bio-oss骨粉后将PDLLA/PLLA覆盖于缺损表面,对照组动物骨缺损处填Bio-oss骨粉后将Guidor聚乳酸可吸收膜覆盖于缺损表面,空白组动物不作处理。术后8、12周采集缺损处标本,进行大体观察、Micro-CT检查和组织病理学观察。结果实验期间各组实验动物均未发生炎症和排异反应,各组创口愈合良好,成骨活跃。大体观察显示,术后8周实验组动物成骨量较多,材料降解较少,对照组动物成骨量较实验组少,材料降解完全;术后12周实验组动物和对照组动物成骨量相当,实验组材料进一步降解,空白组动物成骨量少于实验组和对照组。术后8、12周,Micro-CT可以观察到实验组和对照组缺损区域新生骨明显多于空白组。术后8、12周,实验组动物和对照组动物新生骨相对骨体积分数(BV/TV)、骨密度(BMD)和骨小梁数量(Tb.N)均显著高于空白组动物(P<0.05),且术后8周实验组动物新生骨BV/TV高于对照组(P<0.05);但在术后12周时实验组与对照组新生骨BV/TV、BMD和Tb.N比较,差异无统计学意义(P>0.05)。组织切片观察显示,术后8周实验组动物新生骨小梁周边细胞生长活跃,并可见少量成骨细胞及破骨细胞;术后12周实验组动物骨小梁周围可见大量成骨细胞及破骨细胞,骨缺损部位骨组织密度接近周边正常骨组织。结论与对照组和空白组相比,PDLLA/PLLA呈现出了良好的生物相容性和骨传导性,可以明显促进缺损处愈合。

纳米复合甲基丙烯酰明胶水凝胶在不同骨缺损环境中应用的价值

背景:近年来,纳米复合甲基丙烯酰明胶水凝胶在修复骨组织损伤方面的研究备受关注。目的:综述应用于骨组织工程的纳米复合甲基丙烯酰明胶水凝胶近年来的最新进展,举例说明纳米复合甲基丙烯酰明胶水凝胶在不同骨缺损环境中的应用。方法:应用计算机检索中国知网、万方、PubMed和Web of Science数据库2016-2023年发表的相关文献,中文检索词为:“明胶,甲基丙烯,纳米,骨,骨组织工程,骨再生,成骨”,英文检索关键词为“gelatin,methacryl*,nano*,bone,bone tissue engineering,bone regeneration,osteogenesis”。结果与结论:①当前作为甲基丙烯酰明胶填料的纳米材料包括无机纳米材料、有机纳米材料以及有机-无机纳米杂化材料。②无机纳米材料可有效提高水凝胶的力学强度、触变性能,调节其降解时间,同时还可通过调节自身表面电荷、搭载药物/因子、自身降解释放金属离子等方式,实现水凝胶的抗菌、促骨形成、免疫调节、促血管生成等功能。③有机纳米材料、有机-无机纳米杂化材料复合甲基丙烯酰明胶水凝胶是两类新兴的材料,目前研究相对较少,但从已发表的研究来看,相比无机纳米材料复合甲基丙烯酰明胶水凝胶,有机纳米材料复合甲基丙烯酰明胶水凝胶的生物相容性及载药性能更佳,纳米相与有机聚合物相间的相互作用更强,纳米粒子的分散性更好。④有机-无机纳米杂化材料复合甲基丙烯酰明胶水凝胶结合了前二者的优势,且金属离子释放可控性更佳,具有巨大的研究潜力。⑤纳米材料可增强甲基丙烯酰明胶水凝胶的抗菌、免疫调控、促成骨等生物学性能,以促进感染性骨缺损、伴糖尿病骨缺损、骨肉瘤切除术后等复杂骨缺损环境下的骨再生。然而,纳米复合甲基丙烯酰明胶水凝胶用于骨缺损修复中的研究还仅限于动物实验,仍需要进行更多的安全性评价和临床试验。

复合压电薄膜生物相容性及电输出性能与兔骨髓间充质干细胞的成骨分化

背景:可控的压电效应能促进组织的再生与修复,压电材料在负重组织工程领域应用广泛。目的:制备一种可促进骨组织再生的压电薄膜材料,探究其结构表征、电输出性能、生物相容性及其电输出对兔骨髓间充质干细胞成骨分化的影响。方法:以聚3-羟基丁酸酯4-羟基丁酸酯(poly-3-hydroxybutyrateco/4-hydroxybutyrate,P34HB)为原料,加入质量比分别为0%,5%,10%,15%,20%的锡钛酸钡钙(Ba0.94Ca0.06Sn0.08Ti0.92O3,BCST)粉末,以二氯甲烷为溶剂,通过真空干燥方法制得150-200μm厚度BCST/P34HB压电薄膜材料,经油浴极化后,检测其表面形貌、物相组成、压电系数和开路电压,以及BCST/P34HB在110 Hz、0.25 N力幅度下的电输出对兔骨髓间充质干细胞增殖和成骨分化的影响。结果与结论:①扫描电镜、X射线衍射、水接触角、压电系数检测及电输出性能测试显示,当BCST质量比增加至20%时,BCST/P34HB压电薄膜有着良好的压电性能(d33=5.9 pC/N)及电输出性能(180 mV),更接近500 mV的合适电刺激成骨范围;②活死染色显示,与兔骨髓间充质干细胞共培养第1天,15%组与20%组显示出较少的红色荧光;当培养到第5天时,各组绿色荧光数量较第1天明显增多,10%组、15%组和20%组未见红色荧光,仅0%组和5%组有少量的红色荧光;③阿尔玛蓝染色显示,与兔骨髓间充质干细胞共培养第1,3,5天,随着时间的增加,各组细胞都呈现出增长的趋势,当培养到第5天时,20%组的细胞量明显高于0%组(P<0.05);④成骨诱导第10天,碱性磷酸酶染色结果显示20%组的染色阳性率明显高于0%组(P=0.0001);成骨诱导第21天,茜素红染色和钙结节定量分析显示出了与碱性磷酸酶染色相似的趋势,与0%组相比,15%组和20%组均显示出明显的差异(P<0.01,P<0.0001);⑤结果表明,20%BCST/P34HB薄膜具有良好的压电性能、电输出性能、生物相容性及促骨髓间充质干细胞成骨分化能力。

海藻酸盐复合凝胶在骨组织工程中的研究进展

骨组织工程支架是以修复缺损的骨并恢复其功能为目的而开发出的人工支架。海藻酸盐是世界上含量最丰富的海洋生物高分子聚合物,其在骨组织工程材料中的应用已被大量研究报道。虽然海藻酸盐作为骨组织支架材料具有优异的生物相容性、良好的生物可降解性和无免疫原性等优点,但是仍存在机械强度较弱、缺乏细胞特异性结合位点、支架结构在生理环境中易被破坏等缺点,严重限制其在骨组织工程中的应用。目前,研究者已经研究出几大类海藻酸盐复合支架材料,这些材料均表现出优异的力学性能和生化性能,因此,海藻酸盐复合支架材料可能在骨组织修复和再生方面具有较高的应用价值。本文主要针对海藻酸盐复合支架材料在骨组织工程中的应用作简要概述。

中药有效成分结合支架材料促进骨组织再生

背景:随着淫羊藿苷、黄连素等中药被证实可以促进骨再生,研究者将中药活性成分与骨组织工程相结合,发现其在骨缺损的修复中具有独特优势。目的:从促进成骨的中药有效成分出发,筛选其与不同载药支架材料有效结合的案例,归纳总结有潜力应用于骨组织工程的中药有效成分。方法:应用计算机检索中国知网、万方、PubMed、Web of Science等数据库,以“骨组织工程,骨组织工程支架材料,骨缺损,骨修复,骨再生,中医药”为中文检索词,以“bone tissue engineering,bone tissue-engineered scaffold materials,bone defect,bone repair,bone regeneration,traditional Chinese medicine”为英文检索词,检索时限限定为2000-2023年,根据纳入和排除标准进行筛选,最终纳入87篇文献进行综述。结果与结论:促进骨再生的中药有效成分种类繁多,主要包括黄酮类化合物、非黄酮类多酚、生物碱、苷类,有消炎止痛、促进成骨细胞和抑制破骨细胞以及促进血管早期生成的作用。中药有效成分与骨组织工程结合后在抗炎、加速胶原蛋白和骨骼形成、促进成骨基因表达等方面效果显著,为中药在骨组织再生中的应用提供了理论依据,同时为骨缺损修复提供了新的思路。

小檗碱促进骨再生的机制、安全性及在骨组织工程中的应用

背景:小檗碱具有诱导各种间充质干细胞在正常状态和高糖、感染及炎症等特殊状态下成骨分化的潜力,可替代生长因子诱导种子细胞成骨,是一种具有骨诱导潜力的天然小分子药物,在骨组织工程领域有着巨大的应用前景。目的:回顾和总结小檗碱成骨机制及效能,尤其是在高糖、感染及炎症环境下的成骨潜力,以及小檗碱生物安全性方面的研究进展,为其在骨组织工程中的发展应用提供理论依据。方法:在PubMed、万方及中国知网数据库,以英文检索词“berberine,bone defects,bone repair,bone regeneration,osteoinductive,osteoporosis,osteoblast,osteoclast,bone tissue engineering,bone,high glucose,diabetes,inflam*,infect*”,中文检索词“黄连素,小檗碱,骨缺损,骨修复,骨再生,骨诱导,骨质疏松,成骨细胞,破骨细胞,骨组织工程,骨,高糖,糖尿病,炎症,感染”进行文献检索,最终筛选后纳入105篇文献进行综述。结果与结论:(1)小檗碱能用于治疗包括骨病在内的多种疾病,其具有促进骨再生作用,文章系统综述了小檗碱对骨再生作用机制及体内外研究。(2)研究表明小檗碱能够通过促骨生成、抑制破骨细胞形成及其活性、抗骨质疏松等方面发挥骨修复作用,主要通过参与Wnt/β-catenin,PI3K/AKT,EGFR/MEK/p38MAPK,cAMP/PKA/CREB和ERK等信号通路,表现出优异的成骨诱导分化潜力。(3)小檗碱还可以解除因高糖、感染及炎症引起的细胞成骨分化抑制,这为治疗患有糖尿病的骨缺损患者或骨缺损部位有感染及炎症的患者提供了更多可能。(4)小檗碱还具有毒性小、价格低廉和易于获取(目前已经能够人工合成)等优点,是较为理想的骨诱导潜力药物。(5)近年来应用小檗碱治疗骨缺损趋于局部使用,主要通过与骨组织工程技术结合改善生物利用度,在动物实验中表现出良好的骨修复作用和生物安全性,而且临床前实验表明,小檗碱在糖尿病、局部感染及炎症状态下仍然表现出优秀的骨再生潜力。(6)未来还需要更多的研究完整地揭示小檗碱的成骨机制和生物安全性等问题,并寻求最合适的控释载体制作出机械强度、疗效及生物安全性均佳的人工骨替代材料。

改性HA纳米粒子在骨组织工程中的研究进展

随着中国老龄化社会进程加快,以及疾病和交通事故等因素的影响,骨损伤病例呈逐年增加趋势,使骨替代材料的市场需求不断扩大。羟基磷灰石(HA)具有优异的生物活性和生物相容性,是人类和动物骨骼的主要组成成分,在生物体内可降解、参与代谢,释放出的离子对机体无害,被广泛应用于骨修复、再生和置换等骨组织工程,但HA纳米粒子分散性差、强度低、高分子相容性差等缺点,限制了其应用。为了克服这些缺点,探索改性或复合HA的方法,以改善其分散性、亲水性、抗菌性及机械强度等,来满足临床应用的要求。该文重点总结了当前主流的HA纳米粒子的改性方法,包括离子掺杂、表面改性、材料复合。详细介绍了目前HA复合材料的研究热点,以期为HA复合材料相关基础研究提供有益的借鉴与启示。

聚偏二氟乙烯压电泡沫支架制备及其骨诱导活性

背景:骨是一种天然压电材料,具有仿生压电效应的组织工程材料可应用于骨组织缺损的修复。目的:基于固相力化学技术制备一种有促成骨能力的压电支架材料,表征其对成骨细胞黏附、增殖和成骨分化能力的影响。方法:通过固相剪切碾磨技术混合不同质量比例的聚偏二氟乙烯及NaCl粉体(质量比分别为60∶40、50∶50、40∶60、30∶70),熔融下形成块状材料后通过纯水溶解去除NaCl,最终制备得到具有不同孔隙率的聚偏二氟乙烯压电泡沫支架(依次命名为PVDF-40、PVDF-50、PVDF-60、PVDF-70)。表征各组支架表面形貌、晶相构成、热力学行为、机械性能、压电性能。将4组支架分别与MG63细胞共培养,检测支架的生物相容性及促成骨分化能力。结果与结论:①扫描电镜下可见4组支架具有多层级孔隙,随着混合粉体中NaCl质量分数的增加,支架的孔隙率升高;X射线能量色散谱、X射线衍射图谱、傅里叶变换红外光谱及热失重分析结果显示,4组支架材料主体为不具压电性的α相,固相力化学激发出更多β相,以增强其压电性能,其中PVDF-60组β相含量占比最高;循环压缩测试及压电性能测试结果显示,PVDF-60组相较其他组拥有更高的压缩强度和压电性能;②扫描电镜与激光共聚焦显微镜下可见MG63细胞良好地黏附于4组支架表面,细胞形态良好并伸出较多的伪足、分泌大量细胞外基质;CCK-8实验显示,PVDF-60组培养4 d的细胞增殖吸光度值高于其他3组(P<0.0001);碱性磷酸酶染色及茜素红染色显示,PVDF-60组碱性磷酸酶表达与钙化结节数量均高于其他3组(P<0.01,P<0.0001);③聚偏二氟乙烯压电泡沫支架均具有较好的细胞相容性,其中PVDF-60组具有更优异的力学性能、压电性能和骨诱导能力。

石墨烯族纳米材料调控骨再生微环境的研究进展

石墨烯族纳米材料(graphene‐family nanomaterials,GFNs)以其卓越的机械性能、生物相容性和促进干细胞成骨分化的能力而在骨组织工程领域备受关注。GFNs在调控骨再生微环境中发挥了多方面的作用。首先,GFNs本身微观形态能够激活黏着斑激酶/细胞外调节蛋白激酶(focal adhesion kinase/extracellular regulated protein kinase,FAK/ERK)信号通路,促进成骨相关基因的表达。其次,GFNs适应骨组织的机械强度,有助于维持骨整合,并通过调整细胞外基质的硬度,借助黏着斑(focal adhesions,FAs)将基质的力学信号传递到胞内,创造良好的理化微环境;此外,它们还能调节骨缺损部位的免疫微环境,引导巨噬细胞向M2型极化,并影响相关细胞因子的分泌。GFNs还可作为生物活性分子的缓释载体,兼具促进血管形成和抗菌能力,从而加速骨缺损的修复过程。同时,GFNs通过多种形式调控骨再生微环境,包括支架材料、水凝胶、生物薄膜和植入物涂层等。尽管GFNs在骨组织工程领域引起广泛关注,但其在骨组织再生方面的应用仍处于基础实验阶段。为了推动GFNs进入临床应用阶段,需要提供更充分的生物相容性证据,明确诱导干细胞成骨分化的机制,并开发更高效的材料应用形式。