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。

基于聚醚醚酮网重建上颌骨缺损的有限元分析

背景:聚醚醚酮的弹性模量与骨组织接近,可作为良好修复颌骨缺损的骨科植入材料。目的:建立不同厚度及孔径的个性化聚醚醚酮支架网数字化模型,利用有限元分析其Von Mises应力、Von Mises应变分布。方法:提取1例右上中切牙缺失并伴有颌骨缺损患者的颌骨锥形束CT数据,以对侧正常颌骨形态为模板,通过镜像重建右上颌骨缺损区三维模型;分别设计厚度0.5,0.6 mm的聚醚醚酮网,每种厚度又设计4种孔径,分别为0,0.25,0.35,0.45 mm,建立聚醚醚酮网植入修复右上颌骨缺损区三维模型,将100 N载荷加载于牙槽嵴顶对应的聚醚醚酮网上,进行有限元力学分析。结果与结论:①牙槽嵴顶部为Von Mises应力的主要集中区;随厚度的增加,聚醚醚酮网Von Mises应力的集中面积明显减少;不同厚度聚醚醚酮网的最大Von Mises应力随着网孔径的增大而增大,其中厚度0.6 mm组中0 mm与0.25 mm孔径聚醚醚酮网的最大Von Mises应力与其屈服强度比值分别为0.92,0.97,其余各组均>1;②牙槽嵴顶部为Von Mises应变的主要集中区;随厚度的增加,聚醚醚酮网的Von Mises应变集中区面积减少;当孔径由0 mm增大到0.25 mm后,聚醚醚酮网的应变变化量为负值;当孔径分别由0.25 mm增大到0.35 mm、0.35 mm增大到0.45 mm后,聚醚醚酮网的应变变化量为正值;③结果显示,通过分析最大Von Mises应力可知,厚度0.6 mm组中无孔和0.25 mm孔径的聚醚醚酮网满足力学性能要求;通过分析最大Von Mises应变发现,厚度为0.6 mm、孔径为0.25 mm的聚醚醚酮网最稳定,受力时不易发生塑性形变。

PLGA/HA骨支架材料的降解特性

采用有机泡沫法获得了HA多孔骨架,运用溶胶浇铸法将PLGA溶胶填充入多孔骨架中,制备出骨组织工程用PLGA/HA复合支架材料,并考察了其在模拟体液中的降解性能,通过SEM观察了其表面组织形貌。结果表明,随浆料中HA含量的增加,材料降解后质量损失增大,且随降解时间的延长,PLGA/HA骨支架材料表面粘附的磷灰石相增多,表明该复合材料具有良好的生物活性。

无机活性元素骨组织工程支架材料止血机制的体外实验研究

目的:探讨作为骨修复材料的无机活性元素骨组织工程支架材料的止血机制。方法:体外测试无机活性元素骨组织工程支架材料的比表面积、孔隙率、吸水率和膨胀度;将无机活性元素骨组织工程支架材料置入血液浸泡后,通过血流变实验和血小板聚集实验,检测血液粘度的变化和血小板的聚集情况,并用扫描电镜观察材料对血小板的黏附情况及血小板形态的影响。所有数据采用SPSS11.0软件包进行分析,实验组与对照组两两比较采用配对t检验。结果:无机活性元素骨组织工程支架材料的比表面积为210m^2/g,孔隙率90%,吸水率34%,膨胀度5.6%;置入血液后,在中、高切变率下导致血液粘度增高(P<0.05),并对血小板有一定的聚集和黏附作用。结论:无机活性元素骨组织工程支架材料具有良好的止血特性,是一种极具潜力的骨修复材料。

有限元分析在骨支架设计中的应用

生物可降解骨支架设计一直是组织工程的重点,为满足骨支架植入后的性能要求,生物力学特性是其设计过程中首要考虑的问题之一。通过对不同孔隙率骨支架的分析,提出骨支架有效弹性模量与孔隙率和材料弹性模量之间的关系式,作为骨支架设计中的参考。分析中所用骨支架的孔隙率通过组合可控微单元体进行调整,对大量的骨支架的有限元分析表明:0.5%总体压应变下有效弹性模量与孔隙率和弹性模量之间关系是线性的以及对于不同属性材料,其弹性模量越高,随着孔隙率的增大,其有效弹性模量减小速度越快。

无机活性元素组织工程支架材料重建修复山羊颌骨缺损的扫描电镜观察

目的:用扫描电镜观察无机活性元素组织工程支架材料构建的组织工程骨及其修复羊大面积颌骨缺损的体内成骨状况。方法:实验组对15只山羊下颌角缺损(30mm×25mm×10mm大小)以支架材料修复,左侧为实验组,右侧为空白对照组,术后分别于1、3、6个月处死5只动物行扫描电镜及生物化学检查,观察无机活性元素组织工程支架材料体内成骨情况。结果:实验组骨缺损新生骨在1、3、6个月显著优于对照组,空白对照组6个月骨缺损区均无明显骨修复现象。结论:应用扫描电镜观察到无机活性元素组织工程支架材料具有优良的成骨效果。

无机诱导因子支架材料用于腰椎椎间融合的研究

目的探讨无机诱导因子支架材料在腰椎后路经椎间孔入路椎间融合术(transforaminal lumbar interbody fusion,TLIF)中行椎间融合治疗腰椎退行性疾病的近期疗效。方法采用TLIF治疗腰椎管狭窄症患者52例,所有患者均为单节段融合。依据椎间融合所采用的材料不同分为无机诱导支架材料组(A组)和减压后自体骨组(B组)。采用疼痛视觉模拟评分(VAS)、日本骨科学会评分(JOA)、Oswestry功能障碍指数问卷表(ODI)对患者术前术后疼痛、神经功能、生活质量进行评估;术后随访行X片和/或CT检查观察腰椎生理曲度、内固定在位状态和植骨融合等情况。结果全部患者获得随访,随访12~21个月,平均(14.5±4.7)个月。两组患者手术均顺利完成,无严重手术并发症。手术时间:A组76min^118min,平均(90.6±36.5)min,B组72min^132min,平均(95±32.7)min;术中出血量:A组100~240ml,平均(158.7±78.4)ml,B组115~255ml,平均(170.7±61.5)ml;两组差异无统计学意义。两组患者术后神经功能及临床症状均较术前得到明显改善。A组VAS评分术前平均为(7.5±1.7)分,术后12个月时改善为(2.5±1.2)分;ODI评分术前平均为(43.3±3.6)分,术后12个月为(10.7±2.9)分;JOA评分术前为(9.43±2.55)分,术后12个月为(16.07±1.02)分。B组VAS评分术前平均为(8.1±1.1)分,术后12个月为(2.4±1.7)分;ODI评分术前平均为(44.3±4.6)分,术后12个月为(12.7±4.1)分;JOA评分术前为(8.79±3.01)分,术后12个月时改善为(15.01±3.15)分。其差异均有统计学意义,P均<0.05。A,B两组术前、术后1周、术后12个月随访在VAS评分,ODI评分和JOA评分比较无统计学意义。随访期间两组患者均未见融合器下沉及内固定松动等并发症。X片和/或CT二维重建提示术后12个月所有病例椎间植骨均获得骨性融合。结论腰椎后路经椎间孔入路椎间融合内固定术中应用无机诱导因子支架材料能够获得同自体骨融合相近的椎间融合效果和临床疗效,治疗腰椎退行性疾病的近期临床疗效满意。

无机活性元素支架材料对颌骨缺损骨创面骨祖细胞的生物诱导作用

目的:应用颌骨术后缺损骨创面周围骨松质分离培养鉴定成骨细胞,并将其与无机活性元素支架材料在体外复合生长,探讨无机活性元素支架材料对骨祖细胞来源的成骨细胞生物学特性的生物诱导作用。方法:应用组织块贴壁法分离培养出成骨细胞,并用碱性磷酸酶(Burstone偶氮偶联法)染色法、茜素红染色法、透射电镜、流式细胞仪等对其碱性磷酸酶活性、钙结节形成情况、细胞的超微结构、细胞生长周期进行鉴定,然后将体外培养的成骨细胞与无机活性元素支架材料体外复合生长,对复合体进行形态学、扫描电镜、细胞增殖能力、细胞周期变化的测定,评价细胞与材料的相容性。结果:颌骨术后缺损骨创面周围骨松质分离出的成骨细胞具有较强的碱性磷酸酶活性且有大量的钙结节形成,透射电镜观察其具有良好的分泌细胞特性,此成骨细胞与无机活性元素支架材料体外复合培养14 d,分布于支架材料的成骨细胞增殖良好,分泌细胞外基质并形成钙结节,细胞周期未见明显改变。结论:颌骨术后缺损骨创面周围骨松质中含有大量的骨祖细胞,具有较强的向成骨细胞分化和繁殖能力。无机活性元素支架材料均具有较好的细胞相容性,与成骨细胞共同培养有望获得具有三维立体结构的组织工程骨。

胶原/无机材料构建组织工程骨的特点及制造技术

背景:目前临床上治疗骨缺损的标准方法为自体骨移植,但是自体骨来源受限且会造成新的创伤和缺损,因此开发符合人体工程学的组织工程骨成为骨缺损修复的趋势。目的:总结归纳了胶原/无机材料构建组织工程骨的特点及制造技术。方法:以"胶原;无机材料;组织工程骨;骨修复;支架几何结构"等为中文关键词,以"collagen;inorganic materials;tissueengineered bone;bone repair;geometry of bone scaffold"等为英文关键词,检索2000年1月至2020年1月收录在PubMed、Web of Science和2010至2020年中国知网数据库中关于胶原/无机材料复合支架应用研究的文献。结果与结论:应用仿生原理,采用胶原复合无机材料模拟天然骨的成分、结构及特性来构建组织工程骨,是骨移植材料研究领域的重要方向。胶原为支架材料提供细胞外基质微环境,促进细胞在支架上的迁移、黏附及增殖,且加速支架在体内的降解,使复合支架具有良好的生物相容性和骨诱导性。选择合适的制造技术改变胶原/无机材料支架的几何结构,达到最佳的三维多孔纳米级结构,可促进细胞的黏附与增殖,增强胶原/无机材料支架的骨再生能力。同时对胶原/无机材料支架进行表面修饰和改性,将具有成骨或成血管潜能的干细胞、生物因子及聚合物复合到胶原/无机材料支架上,改善胶原/无机材料支架的机械性能差、结构稳定性不足、骨再生能力有限等缺点,为组织工程骨移植材料的选择提供良好的思路。

压电材料对含铂活性炭氢气吸附性能的影响

用机械混合法制备含有不同质量分数铂的活性炭,研究了压电材料PMN-PT产生的电荷对含铂活性炭氢气吸附性能的影响。结果表明,在高压氢气条件下PMN-PT产生的电荷能增强铂和活性炭颗粒对氢气分子的吸附,并加速氢气分子的解离和氢原子的扩散,使含铂活性炭的储氢量明显提高。铂产生的氢溢流作用有效地提高了活性炭的氢气吸附量。在室温和8 MPa氢气压力条件下PMN-PT使活性炭(NAC)氢气吸附量产生的增长幅度为15%,使含有质量分数0.83%、1%和1.25%铂的活性炭氢气吸附量增长的幅度分别为36.5%、39.3%和43.9%。