低弹性模量骨科植入物材料-β钛合金的研制与实验研究

[目的]研制一种低弹、高强、生物相容性更好的新型β型钛合金骨科植入物材料。[方法]采用国内先进工艺将合金元素(钛、铌、锆)熔炼、浇注成铸造态合金。在高温区锻造,得到锻造变形合金。共制备了四种元素比例不同的合金。采用X线衍射分析、扫描电镜和透射电镜观察合金的微观晶体结构,采用拉伸实验初步研究其低弹、高强的力学性能。[结果]X线衍射分析证实四种合金均为单一的β相。合金抗拉强度:706～874Mpa,弹性模量:59～66Gpa,延伸率:5.4%～20%。时效处理提高了合金的强度,对合金的弹性模量无明显影响。[结论]钛铌锆β合金是一种有前途的骨科植入物材料。

镍钛形状记忆合金特性及骨科应用

形状记忆合金是一种经历合适的热力过程后能够回复到原来形状的材料。因其有假弹性和形状记忆效应等特性,且生物相容性良好,已被广泛应用于制作骨科内固定器材,如形状记忆合金加压骑缝钉、形状记忆合金锯齿臂环抱内固定器、形状记忆合金自锁式髓内钉、鹰嘴引导记忆固定器、形状记忆合金抓髌器、治疗青少年特发性脊柱侧凸的椎体钉、治疗脊柱侧凸的记忆合金棒、形状记忆合金椎间融合器、形状记忆合金扩张钳、形状记忆合金椎体撑开器等。该文就形状记忆合金的属性、热力行为、生物相容性及在骨科的应用作一综述。

创伤骨科在新型冠状病毒肺炎疫情期间应急流程管理及防控策略专家共识

由于新型冠状病毒肺炎(COVID-19)潜伏期长,早期症状无特异性,以往针对严重急性呼吸综合征冠状病毒(SARS-CoV)的筛查和防护手段已经不能满足COVID-19疫情控制的需求,必须对COVID-19进行全新的认识并采取特殊的处理流程。由于骨科创伤、出血及疼痛等急性症状的掩盖,COVID-19疫情容易被忽略,使得创伤骨科门急诊亦存在一定的风险和隐患。为了规范创伤骨科门急诊患者的收治,加强创伤骨科医护人员的防护,本文对COVID-19感染的特点及防治原则、疫情期间创伤骨科门急诊的管理、创伤骨科病房和手术室的防控策略、医护人员COVID-19感染防控知识培训进行阐述,为创伤骨科患者的救治以及医护人员的防护提供依据。

补肾填精中药血清对去势小鼠骨髓干细胞Wnt/β-catenin成骨分化信号通路的影响

目的探讨补肾填精中药血清对小鼠骨髓干细胞增殖、分化、矿化功能的影响,并检测Wnt/β-catenin信号通路相关蛋白的表达,深化"肾主骨、生髓"理论的科学内涵。方法以不同浓度含药血清培养去势小鼠骨髓干细胞,MTT观察细胞增殖,连续培养1周后,检测成骨基因的表达并进行碱性磷酸酶染色,培养28天后茜素红染色观察钙结节的形成,Elisa及Western-blot检测Wnt/β-catenin通路主要信号蛋白β-连环蛋白(β-catenin)、低密度脂蛋白受体相关蛋白5(LRP-5)、T细胞因子(TCF)的表达水平。结果补肾填精含药血清促进了去势小鼠BMSCs的增殖、成骨基因的表达和钙结节的形成,β-catenin、LRP-5、TCF显著上调。结论补肾填精中药血清促进了小鼠BMSCs的成骨分化与矿化能力,这种促进作用与Wnt/β-catenin信号通路存在密切关系。

人工关节金属磨损颗粒体外制备分离方法的实验研究

[目的]设计一种体外制备、分离人工关节金属磨损颗粒的方法,并验证这种颗粒用于医学实验的可行性。[方法]用钛铝钒合金、钴铬钼合金材料分别制成球磨罐(国家发明专利,申请号:03142073.7),球磨罐内装有用同种材料制成的磨块;向该球磨罐内注入模拟生物体液;震动球磨得到颗粒混悬液。梯度离心获得金属颗粒。对颗粒进行:(1)元素成分鉴定;(2)颗粒大小鉴定和粒度分析;(3)扫描电镜对颗粒的表面形态观察;(4)将颗粒与J774A.1巨噬细胞共同培养,观察细胞吞噬颗粒的情况。[结果]通过此方法成功产生并分离出大量直径1μm左右的钛合金和钴铬钼合金颗粒。(1)元素分析证实整个处理过程中无杂质成分污染;(2)钛合金颗粒的平均直径Dv90∶1.009,钴铬钼颗粒的平均直径Dv90∶1.008,粒度分布曲线基本成正态;(3)扫描电镜图象显示颗粒大小均匀,形状多为不规则,与体内颗粒极为相似;(4)J774A.1巨噬细胞能完整吞噬2种材料的颗粒。[结论]此方法能持续大量产生人工关节假体金属材料的磨损颗粒,产生的颗粒能在各方面很好地模拟体内磨损颗粒,为今后人工关节假体松动相关研究的体内、体外研究提供可靠的颗粒来源。

钛铌锆β钛合金低弹性模量内固定材料的生物相容性研究

[目的]通过体内实验的方法对新型β型钛合金(Ti-Nb-Zr)骨折内固定材料的生物相容性进行评价。[方法](1)改良的鼠气囊模型(the air pouch model):健康成年SD大鼠24只,皮下充气造模后将钛铌铣β型钛合金(Ti-Nb-Zr)颗粒混悬液注入气囊,收集囊内液体采用ELISA方法测定IL-6和TNF-α,用囊壁组织学切片进行炎症细胞反应分级和囊壁厚度测量,并与传统的钛铅钒合金(Ti-6Al-4V)进行比较。(2)接骨板植入模型:将Ti-Nb-Zr做成接骨板固定在兔的胫骨上,于手术后4、8、12、24、36周分别观察接骨板周围的纤维膜形成情况和Ti-Nb-Zr-骨界面骨结合情况,并与不锈钢接骨板比较。[结果](1)Ti-6Al-4V、Ti-Nb-Zr两种颗粒注入气囊48h后都能引起TNF-α分泌量显著升高(P<0·05),两组比较,Ti-6Al-4V组明显高于Ti-Nb-Zr组(P<0·05)。两种材料均不能引起IL-6分泌的显著增加(P>0·05)。Ti-Nb-Zr组气囊囊壁厚度明显小于Ti-6Al-4V组(P<0·001)。(2)Ti-Nb-Zr接骨板周围软组织反应与不锈钢相近。植入后4周,新生骨痂开始覆盖Ti-Nb-Zr接骨板的两侧,8周时骨痂甚至部分覆盖接骨板和螺钉的表面形成"骨盖板"现象。12周时,骨与Ti-Nb-Zr接骨板的界面为直接接触,中间无软组织间隔。螺钉与骨也能形成较为牢固的钉-骨直接接触。[结论]低弹性模量Ti-Nb-Zrβ钛合金具有优良的体内组织相容性,是一种有前途的骨折内固定材料。

复杂胫腓骨骨折治疗方法的选择

目的探讨严重复杂胫腓骨骨折治疗过程中手术时机、方法及内固定物的选择。方法177例胫腓骨骨折(42C型)患者均为二期行手术治疗。一期以全身及局部情况恢复为主,骨折先予以外固定支架或跟骨结节牵引等暂时固定,待情况稳定后,二期采用微创技术对骨折予以交锁髓内钉(118例)或钢板(59例)内固定,术后不辅以其他外固定。结果所有患者均得到随访,时间6～36个月。伤口愈合可,骨折无延迟愈合、畸形愈合。骨折临床愈合时间:髓内钉组14～16周,钢板内固定组14～17周。根据Johner-Wruhs评分,优良率分别为94%(111/118)及86%(51/59)。结论掌握好手术时机,合理地选择内固定物,结合微创手术技术,是治疗严重复杂胫腓骨骨折手术成功的关键。

人转化生长因子β1基因转染骨髓基质干细胞复合藻酸钙修复骨软骨缺损

目的:拟利用人转化生长因子β1基因转染骨髓基质干细胞,再与可降解藻酸钙材料复合构建具有较好生物学活性的组织工程化人工骨软骨,以期获得良好的软骨间整合。方法:雄性12个月龄的崇明山羊18只,由上海交通大学附属第九人民医院动物实验中心提供。携带人转化生长因子β1基因的重组腺病毒由上海交通大学附属第九人民医院骨科研究室提供。制备藻酸钙凝胶的氯化钙、藻酸钠为Gibco公司产品。从羊髂嵴抽取8mL骨髓,贴壁法分离培养骨髓基质干细胞,传至第3代以携带人转化生长因子β1基因的重组腺病毒转染过夜。18只山羊均于双膝股骨内髁负重区建立骨软骨缺损模型,造模后分为3组,6只/组:转染细胞-藻酸钙组将转染人转化生长因子β1基因的骨髓基质干细胞悬于1.2%藻酸钠中,调整细胞密度为5×1010L-1,吸取5mL注入骨软骨缺损处,随后缓慢滴入过量的2.5%氯化钙,使氯化钙与藻酸钠发生交联反应形成藻酸钙凝胶。复合对照组同法注入未转染人转化生长因子β1基因的骨髓基质干细胞-藻酸钙凝胶,模型组不给予任何干预。转染后Westernblot法检测细胞外源基因的表达。移植后组织形态学检查及缺损评分。结果:人转化生长因子β1基因转染后,骨髓基质干细胞表达人转化生长因子β1,并分泌细胞外基质Ⅱ型胶原及Aggrecan。移植后24周,转染细胞-藻酸钙组缺损获得类透明样软骨修复,复合对照组及模型组均为纤维组织或纤维样软骨修复。与模型组比较,移植后第12,24周复合对照组、转染细胞-藻酸钙组骨软骨缺损组织形态学评分均明显升高(P<0.05),且转染细胞-藻酸钙组升高幅度显著大于复合对照组(P<0.05);转染细胞-藻酸钙组缺损评分随着修复时间的延长而明显升高(P<0.05)。结论:实验成功将组织工程学与分子生物学有机结合,经基因修饰的骨髓基质干细胞可使人转化生长因子β1持续高效发挥作用,并逐步转化为成熟的软骨细胞且分泌软骨基质,与藻酸钙复合修复骨软骨缺损效果满意。

改良大鼠气囊模型在人工关节假体松动研究中的应用

[目的]设计并改良大鼠气囊模型(the air pouch model),证实该模型在人工关节松动相关研究中的应用价值。[方法](1)改良大鼠气囊模型的建立:健康成年SD大鼠18只,背部皮下注入空气20ml,48h后补充注入空气10ml形成气囊。形成气囊24h后气囊穿刺,注入PBS液5ml,6、24、48h分别穿刺抽液,收集囊内液体采用ELISA方法测定IL-6和TNF-α;(2)改良大鼠气囊模型对不同关节材料磨损颗粒生物反应的比较:健康成年SD大鼠24只,皮下充气造模后将钴铬钼、钛铝钒和钛铌锆合金(TNZ)颗粒混悬液注入气囊,收集囊内液体采用ELISA方法测定IL-6和TNF-α,用囊壁组织学切片进行炎症细胞反应分级并测量囊壁厚度。[结果](1)在SD大鼠皮下注入空气20ml可以形成饱满的气囊,大鼠术后活动正常。48h后气囊由于气体吸收体积减小,张力下降。再次注射10ml空气后张力恢复。PBS能使囊内液体的TNF-α在6h左右出现一个高峰达239.30pg/ml,与24h和48h比较,差异有显著统计学意义(P<0.05)。IL-6的测定值没有TNF-α那样的6h分泌高峰。6、24、48h之间无显著性差异(P>0.05);(2)钴铬钼、钛铝钒、TNZ3种颗粒注入气囊48h后都能引起TNF-α分泌量显著升高(P<0.05),两两比较,钛铝钒组明显高于钴铬钼组和TNZ组(P<0.05)。3种材料均不能引起IL-6分泌的显著增加(P>0.05)。TNZ组气囊囊壁厚度明显小于钴铬钼组和钛铝钒组(P<0.001)。[结论]改良大鼠气囊模型具有造模简单、对人工关节颗粒反应快速敏感的特点,是一种人工关节松动相关实验研究有效的动物模型。

钛铌锆β钛合金生物相容性的体外实验研究

[目的]通过体外实验对自行研发的低弹性模量、高强度新型β型钛合金人工关节假体材料生物相容性进行评价。[方法](1)采用L-929细胞(小鼠成纤维细胞)对合金进行细胞毒性试验,将细胞相对增殖率(RGR)转换成6级材料毒性进行评级。(2)将1μm左右的钛铌锆合金(Ti-Nb-Zr)颗粒与J774A.1巨噬细胞体外共同培养24～48h后,采用倒置相差显微镜和透射电镜观察细胞变化、RT-PCR方法测定IL-6和TNF-α表达、ELISA法测定细胞培养上清TNF-α等方法对Ti-Nb-Zr的生物相容性进行评价,并与传统的人工关节假体材料进行比较。[结果]Ti-Nb-Zr的细胞毒性为0级。吞噬了Ti-Nb-Zr颗粒的J774A.1巨噬细胞形态改变明显轻于钴铬钼颗粒组和钛铝钒颗粒组。巨噬细胞与钛铝钒合金颗粒、钴铬钼合金颗粒和Ti-Nb-Zr颗粒共同培养48h后都有IL-6和TNF-αmRNA表达的增加,钴铬钼颗粒和钛铝钒颗粒引起增加更加明显。ELISA方法测定显示:巨噬细胞吞噬Ti-Nb-Zr颗粒48h后分泌TNF-α的量明显低于钛铝钒和钴铬钼(P<0.05)。[结论]低弹性模量Ti-Nb-Zr钛合金具有优良的体外组织相容性,是一种有前途的骨科内植物材料。

hTGF-β1基因增强组织工程化髓核修复退变腰椎间盘的实验研究

目的:探讨人转化生长因子-β1(hTGF-β1)基因修饰山羊骨髓基质干细胞(BMSCs)为种子细胞构建的组织工程化髓核对山羊退变腰椎间盘的修复作用。方法:用粗针穿刺山羊L1/2～L5/6纤维环抽取髓核制作椎间盘退变模型,同时体外培养山羊自体BMSCs并分为3组:实验组以携hTGF-β1基因重组腺病毒(Ad/hTGF-β1)转染;阴性对照组以携lacZ基因腺病毒(Ad/LacZ)转染,空白对照组为未转染细胞。抽取髓核后15d,收集3组细胞与透明质酸(HA)复合为组织工程化髓核,以细针从椎间盘原穿刺孔回植入髓核中央。L1/2至L3/4依次植入实验组、阴性对照组及空白对照组细胞;L4/5注入不含细胞的HA;L5/6不注入任何物质。术后观察24周,定期行放射学、组织学和生化检测。结果:X线片椎间隙测量显示,24周时L1/2～L4/5的椎间隙狭窄均较L5/6明显延迟(P<0.05);4周以内L2/3间隙的X-gal染色保持阳性;组织学评估示L1/2～L4/5退变均较L5/6为轻;免疫组化示L1/2在4周内高表达hTGF-β1、CollagenⅡ和Aggrecan,但8周后L1/2至L4/5未见显著性差异;GAG定量显示整个观察期内L1/2～L4/5均高于L5/6,其含量依次为L1/2>L2/3=L3/4>L4/5;对4周时L1/2至L3/4髓核组织的RT-PCR显示,L1/2的hTGF-β1、CollagenⅡ及Aggrecan的mRNA表达显著增强(P<0.05)。结论:体外构建的组织工程化髓核回植可延缓椎间盘早期退变的进程,经hTGF-β1基因增强的组织工程化髓核对退变延缓作用尤为显著,但均无法完全逆转整个椎间盘退变进程。

下肢等长装置在髋关节置换术中的初步应用

目的探讨自行设计的下肢等长装置在预防髋关节置换术后双下肢不等长中的作用。方法将自行设计的下肢等长装置应用于20例髋关节置换手术中,术前确定患者双下肢长度,术中根据下肢等长装置测量的结果对双下肢长度进行调节,以尽量减少或消除髋关节置换术后双下肢不等长。结果患者伤口均一期愈合,未出现感染、假体脱位及早期松动等并发症。20例均获随访,时间6～24个月。术前双下肢长度相等者13例,不等长者7例(0.5～4 cm),术后双下肢等长者5例,相差<0.5 cm者11例,相差0.5～1 cm者3例,双下肢长度相差>1 cm 1例(达4 cm)。术后6个月,除1例>1 cm者外,余患者行走时均无明显跛行感。1例骨质疏松明显者,髋臼假体安装偏下,通过调整股骨假体颈长获得双下肢长度等长。X线片均显示髋臼假体安装良好。结论在髋关节置换术中使用本下肢等长装置,可以有效地减少或消除髋关节置换术后双下肢不等长,增加患者满意度。

髋关节置换术中下肢不等长的预防

目的探讨预防或减少髋关节置换术后下肢不等长的有效方法。方法选取需行髋关节置换的患者40例,随机分为实验组和对照组,每组20例。术前测量双下肢长度差异值,实验组术中使用自行设计的下肢等长测量装置,根据术前测量值调节手术侧肢体长度;对照组采用常规手术方法。术后第2天测量患者双下肢长度差异值。术后6个月通过问卷调查,对患者进行满意度调查及患髋的Harris评分。结果术后6个月两组患者均满意,但在满意程度上存在差异;实验组与对照组术后双下肢长度差异值比较,差异有统计学意义(P<0.05);实验组与对照组术后患髋Harris评分,差异无统计学意义(P>0.05)。结论在髋关节置换术中使用下肢等长测量装置,可有效减少或消除髋关节置换术后双下肢不等长,提高患者的满意度。

转BMP-2基因MSCs细胞微囊制备的影响因素

以高压静电法制备转BMP-2基因骨髓间充质干细胞的海藻酸钠-聚赖氨酸-海藻酸钠微囊,考察了细胞浓度、海藻酸钠浓度、细胞悬液离心次数对圆囊率、粒径分布和成囊性的影响。结果表明,细胞浓度3×106个/ml,海藻酸钠浓度1.75%,细胞悬液离心洗涤2次的条件下,能制得球形好、粒径为200～300μm的微囊。

骨关节炎中滑膜炎组织病理学评估

多因素导致、以关节软骨退变为特征的骨关节炎病变不仅局限于关节软骨,还累及滑膜和软骨下骨等结构。越来越多临床关节镜检查中发现无症状的滑膜炎,滑膜炎症在骨关节炎病程中的作用开始受到重视,滑膜炎症组织病理学评估也成为判断骨关节炎严重程度的参考指标。目前多采用滑膜厚度、间质细胞激活和炎症细胞浸润这3个指标来评估滑膜炎症程度,以半定量分析方法应用最多,而计算机辅助信息分析方法最具应用潜力。

骨关节炎治疗相关基因研究进展

骨关节炎最显著的特征为关节软骨进行性变性与破坏,目前用传统的理疗、药物治疗和外科手术的方法都不能很好地实现关节软骨损伤的修复,更无法阻止关节软骨进行性退变过程。骨关节炎基因疗法是将与之相关的外源性遗传物质(目的基因)通过一定的方式和途径导入软骨、滑膜细胞,改善这些靶细胞的基因缺陷,或使之获得新的生物学行为和功能,从而达到治疗骨关节炎的目的。骨关节炎治疗相关的目的基因可分为抑制炎性细胞因子、MMP表达的目的基因和促进生长因子表达的目的基因两大部分,其中对IL-1Ra基因和IGF-1基因的研究相对较为系统而深入。随着对骨关节炎发病机制认识的不断深入和基因治疗技术的飞速发展,将有越来越多的目的基因应用于骨关节炎软骨退变基因治疗的实验与临床研究。该文就骨关节炎治疗相关目的基因的选择依据、作用机制、当前研究现状与特点作一综述。

β-TCP支架体外构建组织工程骨及其流体力学研究

骨髓基质干细胞在β-tricalciumphosphate(β-TCP)支架上分别进行了1、2和4周的三维动态培养,对支架上不同时间和部位的细胞面积/微孔面积及支架动态培养的流体环境进行了研究.研究表明,第1周细胞在支架大部分孔道内粘附生长并出现一定区域的单细胞层和多细胞层,第2周部分区域的部分孔道已填满了细胞并出现多细胞层,第4周大部分孔道几乎填满了细胞,主管道内壁出现了较多的细胞生长.同时发现,支架上各个区域细胞粘附面积不等,部分区域无细胞存在,有的部位2周后细胞逐渐减少.为了研究支架各个位置细胞増殖与流速、剪切应力的关系,建立了支架随机孔道结构的流体分析模型,通过支架上流速和剪切应力分布探讨实验中细胞分布现象的机理.结合计算和实验发现,流体能流到的部位几乎都有细胞生长,细胞生长较快的部位速度大多集中在0.24～0.53mm/s,剪切力大多在0.0050～0.023Pa,主管道底部及靠近进口的部位可能存在由于过大的剪切力影响细胞生长的区域.上述结果在一定程度上反映了细胞-支架-流体三者在成骨转化过程中的作用,对指导体外灌注培养的流量确定、灌注工艺及骨转化动力学研究有重要的意义.

循环张力对关节软骨细胞代谢的影响

关节软骨细胞时刻承受张力刺激,张力刺激的强度、频率及作用时间均会对关节软骨细胞的代谢产生影响;循环张力还可拮抗炎性因子白介素(IL)-1β、肿瘤坏死因子-α所诱导的关节软骨细胞分泌分解代谢因子。循环张力对IL-1β有拮抗作用,但在没有IL-1β存在的情况下作用并不明显,故学者们以此为突破口开展了循环张力对IL-1β抑制作用机制的研究。虽然目前对循环张力影响关节软骨细胞代谢的研究还很不充分,但足以为骨关节炎的治疗提供依据。