基于SLM成形多孔支架力学性能研究及下颌骨假体设计

组织工程骨是修复大节段骨缺损的重要方法,但如何设计力学性能与宿主骨相匹配的假体仍有待研究。因此,本研究的目的是基于激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)成形技术探索多孔支架的力学性能,并应用于下颌骨重建。首先,建立不同孔隙率(50%~80%)的六面体(Hexahedral,HE)、八面体(Octahedral,OC)、体心立方(Body Centred Cubic,BCC)单元结构的多孔支架模型,通过有限元模型分析支架的力学性能。其次,利用SLM成形技术制备力学性能强的多孔Ti6Al4V支架,结合压缩试验评估支架的力学性能。最后,利用最小二乘法拟合支架的孔隙率-弹性模量曲线,从而获得力学性能与下颌骨缺损区域相匹配的多孔假体。结果表明,多孔支架的峰值应力随着孔隙率的上升而上升,且与构型密切相关(BCC>OC>HE);压缩试验证明了不同孔隙率的支架的弹性模量存在显著差异性,且孔隙率与弹性模量成反比。根据六面体单元的Gibson-Ashby模型,计算得到理想的假体的孔隙率为53.1%,并且有限元分析验证了假体的安全性。通过有限元分析和压缩试验证实了不同孔隙率的支架力学性能存在差异,合适孔隙率的假体能够更好地匹配宿主骨的力学性能,为植入物设计提供一定的参考价值。

双通道打印下颌骨支架的有限元分析

许多动物实验均证实了对打印支架施加10%压缩应变刺激时更利于细胞的增殖。为了探究这一原因,采用有限元技术,对支架进行单轴压缩10%应变的仿真研究,得到了支架的整体支反力情况、支架各层应力分布以及支架各层位移分布。结果表明:当支架发生10%压缩应变时,支架各层受力范围在0.2~0.6 N,最大形变发生在支架第二层与第三层接触的线束上,此处线束发生了扭转变形。将有限元结果与支架力学实验结果做比较,发现仿真结果与实验结果吻合良好。

基于SLM成形的下颌骨植入物固定板力学性能研究

目的利用拓扑优化确定最优下颌骨植入物固定板的布局,并设计高承载能力的个性化下颌骨植入物固定板。方法以典型的下颌骨缺损模型为例,构建考虑骨骼和支架材料特性的下颌骨有限元模型。对模型进行拓扑优化分析,设计个性化下颌骨植入物固定板。通过模拟分析常规固定板系统与个性化固定板系统下颌骨、固定板、螺钉的应力分布,评估个性化下颌骨植入物固定板的力学特性。结合Gibson-Ashby模型,设计弹性模量与皮质骨相当的多孔面心立方晶格结构假体,确定最终支架方案。结果通过安装个性化下颌骨植入物固定板,下颌骨、接骨板、螺钉的峰值应力分别55.86、291.1、122.53 MPa,分别比安装常规固定板降低9.8%、32.0%和14.6%。结合个性化下颌骨植入物固定板与多孔结构的设计方案,得到最优孔隙率为71.6%的三维多孔支架模型。结论本研究设计的个性化下颌骨植入物固定板显著降低假体的峰值应力,提高支架的可靠性。并且结合激光选区熔化技术,可以快速制造出性能优异的个性化假体,以满足紧迫的时间需求。

新型骨组织工程支架材料生物相容性的体内研究

目的通过比较2种新型骨组织工程支架材料即聚消旋乳酸/聚乳酸-聚乙二醇-聚乳酸/磷酸三钙(A)、聚消旋乳酸/聚乳酸-聚乙二醇-聚乳酸(B)与对照组聚消旋乳酸(C)修复兔下颌骨缺损的效果,探讨新型可吸收性生物支架材料体内埋植的生物相容性。方法24只成年新西兰大白兔按取材时间随机分为4组。双侧下颌骨下缘形成15mm×6mm全层骨质缺损,每一缺损作为一个实验单位。每组内按完全随机化设计植入实验材料和对照材料。术后2、4、8、12周取材行大体标本、X线、组织学观察及计算机图像分析。结果复合支架材料A、B与聚消旋乳酸相比,复合支架B生物相容性好,同期成骨量最大;复合支架A出现明显的异物肉芽肿反应。结论新型复合支架材料B生物相容性好,效果优于聚消旋乳酸,有可能成为一种较理想的支架材料。复合支架A不适宜作为骨组织工程生物支架材料。

猪小肠黏膜下层复合支架修复兔下颌骨缺损

目的应用猪小肠黏膜下层(SIS)与纳米β-磷酸三钙(β-TCP)结合的复合支架材料,修复兔下颌骨缺损。方法13只新西兰大白兔于双侧下颌骨制备骨缺损,分别应用SIS(SIS组)、纳米β-TCP(β-TCP组)以及两者混合制备成的复合支架材料(复合支架组)进行骨缺损的修复,并设置空白对照(对照组)。术后12周时缺损处取材,分别进行大体和组织学观察、X线检查及骨密度测定。结果术后12周时,新生骨小梁占据大部分缺损区域。复合支架组和SIS组的修复材料已基本降解,β-TCP组残余少量材料。复合支架组骨密度较高,新生骨小梁形态较成熟;对照组新生骨小梁较其他各组数量少且不规则,而胶原成分较多。结论猪SIS与纳米β-TCP复合支架材料,具有良好的成骨特性和组织相容性,能够有效地修复下颌骨缺损。

下颌骨髁突仿生复合支架的制备与表征

目的构建下颌骨髁突一体化壳聚糖（CS）-聚己酸内酯（PCL）．羟磷灰石（HA）（HA／PCL-CS）仿生复合支架，并探讨其在髁突组织工程中应用的可行性。方法应用快速成形技术形成下颌骨髁突模具，利用溶液浇铸．冰沥方法制备下颌骨髁突一体化仿生复合支架模型，PCL：CS按4：1的比例混合，分别加入质量比为40％、50％、60％、70％的HA，分为a、b、c、d组，观察支架的微观形貌、孔隙率、红外光谱、x线衍射、力学性能等特性。结果支架与下颌骨髁突形状相吻合，外观黄白色，坚硬，分上层及下层两部分。扫描电子显微镜显示该复合支架具有三维网络空间结构，孔隙率70％～85％，孔径大小10—200μm。红外光谱显示随着HA的含量减少，其波峰强度降低。x线衍射结果显示随着HA含量的增加，其衍射峰强度相对降低。HA含量为50％时支架具有适宜的抗拉伸强度及抗压、抗弯强度。结论溶液浇铸-冰沥方法制得的支架具有良好的综合材料性能，有望成为一种髁突自体组织工程用支架材料。

组织工程技术构建下颌髁突的研究进展

髁突骨关节病和骨-软骨破坏是临床上常遇到的问题。组织工程学的兴起为髁突骨质缺损的修复提供了新的治疗途径和希望。虽然已经对下颌髁突进行了大量的研究,但组织工程技术构建髁突的研究仍处于早期探索阶段。本文对组织工程技术构建下颌髁突相关的细胞来源、支架材料和下颌髁突构建存在的问题等进行了综述。

超顺磁性支架材料修复兔下颌骨缺损的实验研究

目的超顺磁性材料在骨组织工程中的研究较少。文中旨在探讨超顺磁性支架材料聚乳酸-羟基乙酸(PLGA)/含铁的羟基磷灰石颗粒(Fe-HA)修复兔下颌骨缺损的成骨效能并评估材料的生物相容性。方法随机选取新西兰大白兔36只,采用随机数字表法分为6组:分别为术后非静磁场饲养条件下的非静磁场对照组(不植入材料),非静磁场PLGA组(植入PLGA膜材料)、非静磁场PLGA/Fe-HA组(植入PLGA/Fe-HA材料),静磁场饲养条件下的静磁场对照组(不植入材料)、静磁场PLGA组(植入PLGA膜材料)、静磁场PLGA/Fe-HA组(植入PLGA/Fe-HA材料),每组6只。制备双侧下颌骨缺损模型,分别于术后4、12周处死实验动物,标记并制备颌骨标本,进行大体观察、Micro CT扫描、HE染色,并对缺损区骨密度值结果进行分析。12周术后实验兔进行血液学检测、肝肾组织进行病理检验。结果非静磁场PLGA/Fe-HA组、静磁场PLGA/Fe-HA组4周时开始出现缺损区边缘粗糙,缺损直径减小,新生骨形成表现;12周时缺损区形成光滑、连续的骨修复。非静磁场PLGA组、静磁场PLGA组12周时表现为粗糙、不整齐的骨痂修复,缺损边缘与正常骨组织边界可见,非静磁场对照组、静磁场对照组缺损中心区域仍有部分骨缺损未修复。12周时与静磁场PLGA/Fe-HA组骨密度值[(572.50±19.09)mg HA/cm3]比较,静磁场PLGA组[(467.00±6.24)mg HA/cm3]、静磁场对照组[(480.67±2.08)mg HA/cm3]、非静磁场PLGA/Fe-HA组[(461.00±19.79)mg HA/cm3]、非静磁场PLGA组[(446.00±11.31)mg HA/cm3]及非静磁场对照组[(422.00±28.28)mg HA/cm3]均明显降低(P<0.05)。静磁场PLGA/Fe-HA组4周时骨密度值[(572.50±19.09)mg HA/cm3]较12周的[(276.00±28.28)mg HA/cm3]明显增加(P<0.05),其他各组4周与12周组内比较差异均有统计学意义(P<0.05)。结论 PLGA/Fe-HA超顺磁性支架材料可促进骨缺损修复,在磁场作用下材料的成骨效能被优化,生物相容性尚可。

生长因子缓释系统复合纳米支架材料修复犬下颌骨缺损

背景:支架材料联合细胞因子构建组织工程骨不受血管化和细胞培养因素的限制,这种构建模式可能诱导出较大体积的实用型组织工程骨。目的:观察壳聚糖纳米微球/纳米羟基磷灰石/聚乳酸-羟基乙酸复合生长因子缓释支架修复犬下颌骨临界骨缺损的能力。方法:取杂种犬12条,制作双侧下颌骨临界骨缺损模型,一侧植入复合生长因子骨形态发生蛋白2、转化生长因子β1及血管内皮生长因子165的壳聚糖纳米微球/纳米羟基磷灰石/聚乳酸-羟基乙酸缓释支架(实验组),另一侧植入壳聚糖纳米微球/纳米羟基磷灰石/聚乳酸-羟基乙酸缓释支架(对照组),术后4,8,12周取下颌骨标本行X射线、组织学及免疫组织化学检查。结果与结论:实验组术后不同时间点X射线灰度值及骨钙素积分吸光度值均高于对照组(P<0.05),表明复合生长因子的支架材料修复骨缺损的成骨能力优于未复合生长因子的支架材料。组织学观察结果显示,实验组术后不同时间点成骨时间及效果均优于对照组,表明复合生长因子骨形态发生蛋白2、转化生长因子β1及血管内皮生长因子165的壳聚糖纳米微球/纳米羟基磷灰石/聚乳酸-羟基乙酸缓释支架可更快更有效地促进骨缺损修复。

下颌骨髁突支架的个体化设计与初步构建

目的探索运用快速成型技术与逆向工程方法个体化仿生设计和制造下颌骨髁突支架。方法以头颅CT扫描影像资料作为数据源,利用Mimics软件重建一侧下颌支三维结构,并以stl文件格式输入到Solidworks软件中进行编辑,最终获得下颌骨髁突支架的负型模具文件。应用快速成型技术制造相应的树脂模具,在此模具中填充生物材料,待其固化后,去除模具,获得多孔的三维下颌骨髁突支架模型。观察其大体形貌及用扫描电镜观察其微观结构。结果所得下颌骨髁突支架生物模型与计算机三维重建模型一致,扫描电镜观察模型由类软骨层的胶原、类骨层的磷酸钙骨水泥(CPC)与聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)构成。结论快速成型技术与逆向工程相结合的方法制造个体化下颌髁突支架是可行的,为骨组织工程支架的构造提供了一种可能的方法。

新型骨组织工程支架复合重组人骨形态发生蛋白-2修复兔下颌骨缺损的实验研究

评估新型骨组织工程支架聚消旋乳酸/聚乳酸-聚乙二醇-聚乳酸(PDLLA/PLA-PEG-PLA)共混物复合重组人骨形态发生蛋白-2(rhBMP-2)后修复兔下颌骨缺损的效果。20只成年新西兰兔双侧下颌骨下缘形成15 mm×6mm全层骨质缺损,复合rhBMP-2的实验材料植入一侧缺损,未复合rhBMP-2的实验材料作为阴性对照。结果显示实验侧成骨时间早,呈多中心成骨,至12周时缺损基本修复。对照侧未见多中心成骨现象,缺损未能完全修复。结论认为聚消旋PDLLA/PLA-PEG-PLA共混物在体内具有传导骨形成功能,复合rhBMP-2后有诱导-传导双重功能,是一种很有前途的骨组织支架材料。

髁突组织工程的研究进展

组织工程是修复组织缺损的有效手段之一,组织工程技术为修复颞下颌关节疾病开辟了新的途径。近年来,利用组织工程方法修复颞下颌关节髁突的实验研究取得显著的成果。本文就髁突种子细胞、支架材料、细胞因子及培养方式在构建髁突组织工程中的研究进展作一综述。