生物仿生支架设计及制造分析

目的随着人口老龄化及骨创伤疾病的增加,对人工骨支架的需求日益增加。受传统优化设计方法及制造工艺的限制,当前设计的骨支架普遍存在弹性模量过高、应力遮挡、各向异性行为匹配性差以及渗透性低等问题。因此,如何设计出与天然骨组织性能相似的新型骨支架以较好地解决骨缺损修复问题仍是当前挑战性问题之一,也是本文的研究目的。方法采用先进的移动可变形组件法(MMC)设计新型非周期性仿生骨支架。以人体腰椎骨组织为目标,设计不同类型的骨支架,并且采用结构弹性矩阵、渗透性仿真等方法评估骨支架的力学性能及渗透性。采用选择性激光熔融技术对支架进行增材制造,再利用扫描电子显微镜(SEM)评估其可制造性。结果新型骨支架具有良好的各向异性力学性能,其弹性常数与目标骨组织相比的最大误差仅为8.98%。新型骨支架具有良好的渗透性,在孔隙率为62%时,骨支架渗透率可达3.7045×10^(-8)m^(-2),比相同孔隙率的Schwarz P结构高了一个数量级;SEM图像表明新型骨支架具有良好的可制造性。结论通过MMC方法设计出的新型仿生支架具有良好的力学性能、渗透性和可制造性,能促进骨细胞的生长和再生,可在医疗植入物和骨修复等生物医学工程领域发挥重要作用。

骨髓间充质干细胞旁分泌对成骨细胞生物学活性的影响

目的探讨在骨修复中骨髓间充质干细胞(bone mesenchymal stem cells,BMSCs)旁分泌对成骨细胞生物活性的作用与影响。方法研究通过transwell对BMSCs与类成骨细胞MG63行非接触性共培养方法,排除BMSCs成骨分化的影响,单纯观察BMSCs旁分泌对MG63细胞生物学特性的改变。应用迁移实验和划痕实验检测成骨细胞迁移运动能力,流式细胞仪检测细胞周期,茜素红染色和碱性磷酸酶染色分别检测成骨细胞的钙化结节和碱性磷酸酶水平,实时荧光定量聚合酶链式反应(real time quantitative polymerase chain reaction,RT-qPCR)检测成骨与迁移相关基因基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase,MMP)-2、MMP-9、骨钙素(osteocalcin,OCN)、骨桥素(osteopontin,OPN)、Osterix、Runt相关转录因子2(Runt related transcription factor 2,RUNX2)的转录水平。结果在共培养环境下,共培养组成骨细胞迁移、运动能力较对照组显著增高(P<0.05)。共培养组成骨细胞增殖加快并且S期与G2/M期细胞比例较对照组明显增高(P<0.05)。共培养组成骨细胞的钙化结节和碱性磷酸酶水平较对照组显著上升(P<0.05)。共培养组成骨细胞MMP-2、MMP-9、OPN、Osterix、RUNX2基因转录水平显著增高(P<0.05)。结论在非接触共培养条件下,BMSCs旁分泌促进了成骨细胞的运动迁移、增殖分裂、钙化、碱性磷酸酶活性、多种成骨基因表达。这些证据表明BMSCs除具有成骨分化能力外,还具有增强周围成骨细胞骨修复活性的旁分泌功能,这些证据为BMSCs移植在骨缺损及骨坏死中应用提供新的思路和依据。

国产多孔玻璃碳的细胞相容性及犬体内植入的实验研究

目的探讨同产多孔玻璃碳作为骨组织工程载体的支架材料的可能性。方法自2013年6月-2014年8月．原代培养的犬骨髓基质干细胞与多孔玻璃碳体外联合培养后，观察细胞的形态及其增殖情况。使用单因素方差分析检测多孔玻璃碳的细胞毒性。雄性实验犬3只，在其右后肢建立大转子骨缺损模型，将多孔玻璃碳分别植入犬大转子骨缺损位点及腹股沟，每只犬的左后肢大转子设为对照组。12周后，观察多孔玻璃碳在犬体内的生物相容性。结果MTT结果显示骨髓基质干细胞与多孔玻璃碳分别联合培养1、3、5、7d后，其增殖情况与体外培养差异无统计学意义（P〉0．05）。倒置荧光显微镜及扫描电镜发现骨髓基质干细胞黏附于材料孔隙之间，细胞充分伸展，向四周伸出伪足，分泌的细胞外基质包绕于细胞周围。多孔玻璃碳植入腹股沟12周后，材料周同和内部新生出了结缔组织，并且没有发现局部肿瘤和炎症反应。多孔玻璃碳植入大转子骨缺损位点12周后，与宿主骨的骨小梁产生稳定连接，材料与缺损区周围的松质骨结合紧密。结论目产多孔玻璃碳支架无细胞毒性，在体外能促进骨髓基质干细胞的黏附与增殖，在体内具有良好的骨诱导特性。

三维培养体系下肿瘤细胞放射抵抗与增敏的研究进展

三维细胞培养是一种新型的体外培养方式,该体系能够模拟体内细胞生长的微环境,使细胞表现出更接近于体内的状态与功能。目前,三维培养体系已广泛应用于组织工程和肿瘤细胞生物学等研究领域。放疗是肿瘤治疗的重要手段,肿瘤细胞的放射抵抗是导致治疗失败和复发转移的主要原因。肿瘤细胞在三维培养体系下能够表现出体内肿瘤组织内部细胞的抵抗特性,因此利用三维培养体系对肿瘤细胞放射抵抗作用与机制进行研究,鉴定调控肿瘤放射抵抗的关键因子,是增加放射敏感性和提高放疗效果的关键。这篇文章将对近年来在三维培养体系下,肿瘤细胞放射抵抗和增敏的研究进展做一综述,为相关研究提供参考。

多孔Ta的制备及其作为骨植入材料的应用进展

多孔Ta金属是近二十年发展起来的一种具有良好生物相容性、优异的综合力学特性的骨植入材料,具备弹性模量与骨组织相匹配、高摩擦系数提高植入体植入初期稳定性、诱导新生骨组织长入提高植入体长期稳定性等方面优势,在临床上获得广泛应用。本文从多孔Ta金属作为骨植入材料的应用背景、优势、制备方法、生物学性能以及临床应用情况等方面,阐述了多孔Ta金属作为骨植入材料的研究现状及最新动态,并对其发展前景进行了展望。

多孔钽支架表面生物活性HA涂层的构建及其初步生物学评价

表面生物活性涂层构建是提升金属内植入物骨整合能力的有效途径。本研究利用电化学沉积技术在多孔钽支架表面构建生物活性羟基磷灰石(HA)涂层。通过水接触角和比表面积测试发现,HA涂层的构建显著提升了多孔钽表面亲水性,并增加了其比表面积。利用模拟体液浸泡实验评估支架生物活性,发现仅浸泡3d后,构建HA涂层的多孔钽支架表面就已被类骨磷灰石沉积所覆盖。建成骨细胞培养模型,通过激光共聚焦观察及细胞增殖测试发现,所有支架均具有良好的细胞相容性。并且,细胞培养5 d后,HA涂层化多孔钽支架表面细胞的增殖率分别是未改性材料组和空白对照组的1.1和1.4倍,呈现了更大的促进细胞增殖潜力。本研究中所制备的生物活性多孔钽支架具备快速诱导类骨磷灰石沉积能力,能够促进成骨细胞在其表面的贴附和增殖,在骨修复领域具有较大的临床应用前景。