生物材料细胞粘附肽仿生修饰的研究进展

RGD(Arg-Gly-Asp)短肽序列是一种细胞粘附肽,能被细胞膜上的整合素识别,参与细胞与基质间的粘附。为改善合成生物材料缺乏细胞识别信号的缺点,可将含 RGD 序列肽经本体或表面修饰引入材料,使材料具有良好的细胞亲和性。综述了采用含 RGD 肽对各种合成生物材料进行仿生修饰的研究进展。

金表面不同官能团自组装材料的生物性能研究

设计了一种特定的化学模型系统,将带有不同官能团(烷基、羧基、羟基、氨基)的硫醇分子自组装在金片表面,研究不同官能团分子对蛋白吸附的影响。实验结果表明,对于两种不同蛋白质牛血清蛋白(BSA)和碱性成纤维细胞生长因子(bFGF),带有疏水性官能团的烷基硫醇自组装膜对蛋白吸附量大于其他3种硫醇自组装膜,即亲疏水性是决定材料表面吸附蛋白的主要因素。另外,材料表面电荷性质也影响蛋白吸附,当表面官能团为带正电基团如氨基,则它对牛血清这类带负电的蛋白的吸附就大于带有羧基、羟基等这类带负电基团的分子,而后者对于正电蛋白的吸附更为明显。

溶胶-凝胶生物活性玻璃纤维的制备及其体外矿化性能研究

采用溶胶-凝胶法制备出CaO-P_2O_5-SiO_2系统生物活性玻璃纤维.通过倒置相差显微镜、SEM、FTIR等测试手段考察了生物活性玻璃纤维的微观形貌和显微结构;采用生物材料的体外实验方法以及XRD、SEM、FTIR等测试手段研究了生物活性玻璃纤维在模拟生理体液(SBF)中浸泡后的表面反应产物的形成机理、结晶程度和微观形貌.结果表明,这种生物活性玻璃纤维是一种不连续的短纤维,具有较好的纤维形态和较高的生物活性,在短时间内即可在模拟生理体液(SBF)中形成茸毛状A类碳酸羟基磷灰石(HCA)层.

新型去甲万古霉素-纤维蛋白胶磷酸钙人工骨研究

目的研究新型去甲万古霉素-纤维蛋白胶磷酸钙人工骨的物理学特点,为研制既具有骨填充作用又有局部抗感染能力的人工骨提供理论及实验依据。方法设单纯磷酸钙人工骨组(CPC组)和复合一定质量去甲万古霉素(norvancomycin,NV)与纤维蛋白胶(fibrin glue,FG)磷酸钙人工骨组(NV-FG-CPC组),单纯CPC人工骨按β-磷酸三钙与磷酸二氢钙按质量比3∶1研磨混合,以500 mmol/L柠檬酸为液相,按固液比1 g∶0.4 mL混合均匀即制得。取适量去甲万古霉素粉末加至上述固相中并充分研磨,按上述方法比例加入液相,并按人工骨与FG体积比2∶1充分搅拌均匀,即制得含4%去甲万古霉素新型复合人工骨,每组重复6次,分别测试两组材料的固化时间,抗压强度,孔隙率,并做XRD及扫描电镜分析。结果单纯CPC组材料初凝、终凝时间及抗压强度均明显大于NV-FG-CPC组,差异均有统计学意义。加入一定量FG及NV后主要固化产物为CPC,扫描电镜在NV-FG-CPC组中见散在分布有与背景不甚一致的颗粒。结论新研制的复合人工骨物理学性能上符合临床应用要求。

用硅烷偶联剂处理生物玻璃表面及其复合支架的制备

为了改善溶胶–凝胶生物活性玻璃与高分子材料的相容性,用硅烷偶联剂氨丙基三乙氧基硅烷对生物活性玻璃进行表面处理,并用X射线光电子能谱对处理后的生物活性玻璃的表面进行元素分析。结果表明:偶联剂通过Si—O—Si键被引入到生物活性玻璃表面。用处理后的生物活性玻璃与壳聚糖–明胶复合制备了多孔支架。扫描电子显微镜观察发现:复合多孔支架的两相相容性好,界面结合紧密;支架的孔隙连通、排列规则。力学测试表明:改性后的溶胶–凝胶生物活性玻璃与壳聚糖–明胶制备的复合支架力学性能得到明显改善。

聚β–羟基烷酸酯的改性研究进展

介绍了聚β-羟基烷酸酯的性能。综述了近年来针对PHA的缺点进行改性的方法:生物合成改性;与生物活性无机材料的复合改性及表面改性。展望了改性后的PHA在组织工程及医用材料中的应用。

生物玻璃矿化性能及其离子溶出对成骨细胞功能的影响

通过体外矿化实验,对比研究了熔融法生物玻璃45S5和溶胶-凝胶法生物玻璃58S、77S的生物矿化性能的差异;并运用了这三种生物玻璃的DMEM((Dulbecco's Modified Eagle Medium)浸提液对MC-3T3细胞进行培养,以考察不同生物玻璃在培养液中的离子溶出对成骨细胞增殖及ALP(碱性磷酸酶)活性的影响．通过体外矿化实验可以发现,77S的生物矿化性能相对45S5和58S较差,在SBF溶液(模拟体液)中浸泡96h只能形成HA(羟基磷灰石)晶体,45S5和58S则能生成类骨HCA(碳酸羟基磷灰石)晶体;但细胞培养实验发现,77S浸提液中培养的细胞,其细胞增殖和ALP活性都明显高于45S、58S和对照组．由此认为,一定的离子浓度范围内, Si离子的存在有利于成骨细胞的增殖与分裂．

增强型生物活性玻璃一胶原复合支架材料的成骨效能研究

目的 探讨增强型生物活性玻璃一胶原复合支架材料的体内外成骨效能。方法取第3代BMSCs种植于支架材料（支架组），以等量细胞常规培养作为非支架组，培养1、3、5、7、9、11d采用阿尔玛蓝法动态检测细胞的增殖率。取第3代BMSCs种植于支架材料（体外实验组），以等量细胞常规培养作为体外对照组，培养4、7d采用实时定量逆转录聚合酶链式反应（qRT—PCR）检测细胞骨形态发生蛋白一2（BMP一2）、碱性磷酸酶（ALP）、I型胶原的mRNA表达。裸鼠皮下植入复合成骨样细胞的支架材料（体内实验组），取正常骨组织作为体内对照组，6周后以X线片、qRT—PCR、组织学染色评估成骨情况。结果培养7～11d支架组细胞增殖率显著高于非支架组，差异均有统计学意义（P〈0．05）。体外实验组培养7dBMP一2、ALP、I型胶原的mRNA表达显著高于体外对照组，差异均有统计学意义（P〈0．05）。体内实验组x线片示植入区域有密度增高影，支架材料形成白色硬性组织；BMP一2、I型胶原、骨钙素、骨桥蛋白的mRNA表达较体内对照组均增高，差异有统计学意义（P〈0．05）；组织学染色示支架材料大部分降解，新生骨形成明显。结论增强型生物活性玻璃一胶原复合支架材料具有良好的生物相容性．体内外均具有成骨效应。

复合型可注射磷酸钙骨水泥在胫骨平台塌陷骨折中的生物力学研究

目的探讨复合聚乳酸-羟基乙酸共聚物[poly(lactic-co-glycolic acid),PLGA]的可注射磷酸钙骨水泥(calcium phosphate cement,CPC)结合双螺钉固定在胫骨平台SchatzkerⅡ型骨折模型中的生物力学性能,为临床微创治疗提供生物力学依据。方法取10对老年尸体胫骨近端标本制备胫骨平台SchatzkerⅡ型骨折模型后,左右侧随机配对分为2组,分别为复合型可注射CPC组(实验组,n=10)和自体松质骨组(对照组,n=10)。实验组和对照组分别采用CPC加压注入和自体松质骨充填植骨,结合双螺钉横排固定方法固定胫骨平台骨折。两组标本分别在MTS 858材料试验机上进行轴向垂直压缩,记录载荷-位移数据,测量两组标本的最大载荷和抗压刚度。结果复合型可注射CPC室温下具有良好的可注射性,在胫骨平台塌陷下方骨缺损区不仅充填充分,且材料在骨缺损区周围松质骨中进一步渗透、扩散。实验组和对照组胫骨干骺端骨密度分别为(0.639±0.081)、(0.668±0.083)g/cm2,差异无统计学意义(t=1.012,P=0.331)。实验组最大载荷为(4 101±813)N,显著高于对照组的(692±138)N,差异有统计学意义(t=3.932,P=0.001)。实验组抗压刚度为(1 363±362)N/mm,显著高于对照组的(223±54)N/mm,比较差异有统计学意义(t=3.023,P=0.013)。结论在胫骨平台SchatzkerⅡ型骨折中采用复合型可注射CPC加压充填植骨结合双螺钉固定技术能有效恢复胫骨平台的抗塌陷力学性能,是一种理想的植骨填充材料。

层状溶致液晶中纳米羟基磷灰石的合成

在一定的pH值条件下,将Ca(NO3)2和(NH4)2HPO4分别溶于C34H62O11(聚乙二醇辛基苯基醚)/C8H17OH/H2O体系层状溶致液晶溶剂层中,混合并经陈化即可在溶剂层中生成具有一定微观形貌的羟基磷灰石纳米粒子(HA),其直径可以达到10nm,长度在100nm以下。产物在不同温度下焙烧,分别用FTIR,XRD和TEM等对产物的结构及形貌进行分析表征。对不同反应物浓度条件下所得HA的微观形貌进行分析对比,并提出了改善团聚的有效措施。

增强型生物活性玻璃/胶原复合材料的促血管化作用

目的骨组织工程所使用的支架材料能否快速、有效地血管化是骨修复的关键。研究增强型生物活性玻璃/胶原复合材料对血管化的协同和促进作用,为构建血管化组织工程骨修复骨缺损寻找适宜的支架材料。方法体外分离获取人脐静脉内皮细胞(human umbilical vein endothelial cells,HUVECs),并通过血管性血友病因子(von Willebrand factor,vWF)与CD34抗原鉴定,取第1代细胞用于实验。将细胞接种于增强型生物活性玻璃/胶原复合材料上,扫描电镜观察细胞黏附情况。取细胞接种于增强型生物活性玻璃/胶原复合材料作为实验组,等量细胞直接接种于培养板常规培养作为对照组,采用alarmarBlue法动态检测细胞增殖率,实时荧光定量PCR检测内皮细胞相关基因VEGF、血管内皮生长因子受体1(fms-related tyrosine kinase1,Flt-1)、血管内皮生长因子受体2(kinase insert domain receptor,Kdr)的mRNA表达。取SD大鼠6只,将支架材料包埋于大鼠股内侧皮下,实验组采用增强型生物活性玻璃/胶原复合材料、中央轴向植入血管束,对照组采用非增强型生物活性玻璃/胶原复合材料,分别于植入5、10d取出,行冰冻切片并HE染色动态观察支架材料内部的血管化状态。结果分离的细胞通过形态学及vWF、CD34免疫荧光鉴定为HU VECs。扫描电镜示HUVECs在支架材料上黏附较好。HUVECs在实验组支架材料上增殖明显,在第3天后细胞增殖率开始高于对照组,11d达到增殖平台期时细胞数仍多于对照组(P<0.05)。实时荧光定量PCR检测示,培养3d实验组VEGF、Flt-1、Kdr的mRNA表达均显著高于对照组(P<0.05)。包埋大鼠皮下实验可见,实验组5、10d时植入的血管仍通畅,其周围新生血管随时间延长而增多,材料周缘可见宿主血管浸润生长,但新生血管稀疏;对照组仅有纤维组织生长,10d时材料已大部分降解,组织难以长入。结论增强型生物活性玻璃/胶原复合材料在大鼠体内外可促进血管化,可能适于作为构建血管化组织工程骨的支架材料。

HEMA/NVP共聚水凝胶的合成与性能

以甲基丙烯酸2羟乙酯(HEMA)和N乙烯基吡咯烷酮(NVP)为原料,偶氮二异丁腈为引发剂,二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)为交联剂,采用溶液聚合法合成HEMA/NVP共聚水凝胶。对其进行了红外光谱分析,考察了交联剂用量(EGDMA)和NVP用量等对该水凝胶材料性能的影响,研究表明该水凝胶具有良好的力学性能与合适的含水量,是一种性能良好的人工角膜材料。

复合rhBMP-2可注射磷酸钙骨水泥在椎体成形术中应用的实验研究

目的探讨自主研发的复合rhBMP-2可注射磷酸钙骨水泥（复合材料）替代注射型聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）应用于猕猴椎体成形术的可行性。方法将4只成年猕猴分为Ⅰ、Ⅱ两组，每组2只。每组猕猴T10～L7的20个椎体经皮穿刺，按处理方法不同分为复合材料组（A组，8个椎体）、可注射型PMMA组（B组，6个椎体）和手术空白对照组（C组，6个椎体）。分别于术后即刻和术后1、2,4、6个月行放射学检查。Ⅰ组于术后2个月、Ⅱ组于术后6个月处死，取出单个椎体，每个椎体取含材料骨样本2份，1份用于光镜检查，另1份用于扫描电镜。观察两种材料强化椎体的早期和后期效果和变化。结果A组2个月时材料部分降解，未见界面缝隙、纤维增生、炎性浸润或硬化骨痂现象，大量类骨质形成并长人材料，可见新生血管；6个月后大部分材料吸收完全，大部分软骨钙化形成成熟骨组织，有完整的骨小梁及哈佛系统。B组2个月时未见材料降解，中度炎性浸润，纤维组织膜包裹，界面缝隙明显，未见新骨生长；6个月时，炎性浸润消失，纤维界膜变薄，界面缝隙变窄，仍无材料降解和新骨生长。C组2个月后椎体骨隧道被新生骨质填充，骨小梁排列紊乱，边界硬化骨痂形成；6个月后，骨小梁排列整齐，边界骨痂消失，不能辨认，骨重建完成。结论复合rhBMP-2的注射型磷酸钙骨水泥植入椎体后能够获得良好的诱导生长活性，材料降解和新骨替代同步，周期接近于正常椎体的骨愈合，可望替代PMMA获得椎体成形后早期和远期更好的组织学效果。

含聚乳酸-羟基乙酸共聚物的新型磷酸钙骨水泥体内降解性能研究

目的探讨含聚乳酸-羟基乙酸共聚物(poly lactic-co-glycolic acid,PLGA)的新型磷酸钙骨水泥(calcium phosphate cement,CPC)(CPC/PLGA)体内降解性能,为临床试验奠定基础。方法按照45%磷酸氢钙、45%部分结晶磷酸钙、10%PLGA比例,制备CPC/PLGA。健康成年新西兰兔32只,体重2.2～3.0 kg,雌雄各半;随机分为CPC/PLGA组(实验组,n=17)及CPC组(对照组,n=15)。两组实验动物制备双侧股骨内侧髁直径4.5 mm、深1.5 cm骨缺损模型,右侧骨缺损分别采用CPC/PLGA及CPC修复,左侧不作处理作为空白对照。术后观察实验动物一般情况,术后2、4、8、16、24周两组取材行组织学观察、骨形态计量学分析,术后8周及16周实验组取材行扫描电镜观察。结果实验动物均存活至实验结束。组织学观察显示,随时间延长,实验组CPC/PLGA逐渐降解,并有新生骨小梁从边缘长入其中,并且增粗、增长,24周时材料基本降解,被新生骨小梁取代;对照组CPC降解明显较实验组延迟。实验组术后总骨组织含量百分比为44.9%±23.7%,显著高于对照组的25.7%±10.9%(t=3.302,P=0.001);实验组术后4周骨组织含量百分比与对照组比较,差异无统计学意义(P>0.05),8、16、24周均显著高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。扫描电镜观察结果显示,实验组术后8周CPC/PLGA降解后形成孔径为100～300μm孔隙;随着时间延长,16周时新生骨小梁长入孔隙内,并与残余骨水泥牢固结合。结论 CPC/PLGA植入兔体内后具有良好的降解性能,有望成为一种良好骨移植材料。