壳聚糖微球／磷酸钙骨水泥复合材料细胞亲和性研究

将成骨前体细胞株MC3T3-E1，分别接种于含10％壳聚糖微球的复合材料和磷酸钙骨水泥基体上进行培养，采用MTT法检测细胞在材料表面的增值情况，通过对碱性磷酸酶活性ALP的测定，表征前成骨细胞向成熟成骨细胞的分化状况，并利用环境扫描电镜（ESEM）观察了细胞在材料表面的粘附、增值和生长情况。结果表明，两种材料均具有良好的细胞相容性。细胞在含10％壳聚糖微球的复合材料表面增殖、分化能力更强，表现出了比磷酸钙骨水泥基体材料更好的细胞亲和性。     

载IGF-1与TGF-β_1明胶微球涂层的多孔钛对MG63细胞功能的影响（英文）

用金属注射成形(MIM)技术制备孔隙度为60%的多孔钛,用改良冷凝聚合交联法制备明胶缓释微球并涂覆于多孔钛表面,体外细胞评价胰岛素生长因子-1(IGF-1)、转化生长因子-β1(TGF-β1)明胶缓释微球涂层多孔钛对MG63细胞功能的影响。结果表明:明胶缓释微球涂层多孔钛无细胞毒性;当IGF-1、TGF-β1明胶缓释微球的载药浓度分别在0.1~10 ng/mg和0.25~2.5 ng/mg范围内时,与MG63细胞共培养,IGF-1和TGF-β1的载药浓度与细胞的增殖和分化呈正相关;当微球的载药浓度IGF-1为10 ng/mg,TGF-β1为2.5 ng/mg时,MG63细胞具有最优的增殖和分化;IGF-1和TGF-β1联合应用对MG63细胞的黏附、增殖与分化作用明显优于单一应用。     

ECM蛋白微图形对成骨及软骨细胞生长行为的调控

采用微接触印刷术在聚苯乙烯(PS)表面制备了不同种类的细胞外基质蛋白(纤连蛋白、骨形态发生蛋白-2以及胶原蛋白-VI)微图形,并进一步研究了这些微图形对大鼠成骨细胞和人体软骨细胞生长行为的影响规律。结果表明:由于细胞外基质(ECM)蛋白对细胞的良好粘附作用,细胞优先粘附在蛋白区域,从而使细胞呈现出不同的细胞形态以及细胞微图形;通过控制ECM蛋白微图形的尺寸和形状,可以有效调控细胞的粘附、铺展、排列、生长方向、蛋白表达等生长行为。     

钛合金植入体表面微纳结构构建及其生物活性（英文）

医用植入物的表面改性是改善细胞行为、提高植入体骨整合的一种有效方法。通过激光加工及多重酸蚀在钛合金表面制备出微纳复合结构。采用SEM对钛合表面形貌进行表征。通过对不同表面形貌的植入体进行体外细胞培养,观察羟基磷灰石的形成、细胞形态及细胞粘附,分析不同表面形貌的生物活性。结果表明:微米结构表面能够促进成骨细胞粘附与铺展;与微米结构表面相比,微纳复合结构表面更有利于细胞粘附与伸展。微纳复合结构能够提高钛合金植入体的生物活性及骨整合能力。     

二氧化钛/氧化锌复合薄膜的制备及生物相容性表征

采用溶胶-凝胶法,制备了TiO2/ZnO微/纳结构复合薄膜。利用扫描电子显微镜(SEM)观察微/纳结构复合薄膜的形貌,采用X射线光电子能谱(XPS)分析复合薄膜元素的化合价及表面化学成分,利用紫外-可见分光光度计(UV-vis)分析复合薄膜的紫外吸收光谱,并对样品的表面润湿性及其光响应性进行分析,用CCK-8法表征了所制备薄膜对细胞的粘附和增殖性能。结果表明:制备的TiO2/ZnO复合薄膜表面均匀;Ti元素主要以Ti4+形式存在,Zn元素主要以Zn2+形式存在;6种薄膜的禁带宽度相近,吸收边没有表现出特别大的红移或蓝移;与水的接触角测试表明,所制备的薄膜比较利于细胞的粘附和增殖;复合薄膜生物相容性优良,其中TiO2/ZnO(0.14 mol/L)组对成骨细胞的增殖有促进作用,这可能是由于少量锌离子的缓释对成骨细胞的粘附和增殖所致。     

CVI C／C复合材料及其表面HA涂层成骨细胞体外响应行为对比研究

采用声电化学工艺在CVI C／C复合材料表面制备了HA涂层，分别用SEM，XPS，EDAX和XRD表征了CVI C／C和HA的表面形貌、组成和结构，同时对比了成骨细胞在其表面的粘附、增殖和碱性磷酸酶活性的表达。制备的HA涂层为球状形貌，由纳米片状晶体构成。细胞培养初期，粘附于HA涂层表面的细胞数与CVI C／C表面的细胞数无显著差别，成骨细胞在CVI C／C表面易铺展在孔的边缘，8h后粘附于HA表面的成骨细胞数显著多于CVI C／C表面。HA涂层提高了细胞的增殖能力，成骨细胞碱性磷酸酶在HA涂层表面的表达也优于CVI C／C材料。结果表明，声电化学制备的HA涂层提高了CVI C／C材料的生物活性和生物相容性，可以加速成骨细胞的粘附、增殖、分化和成熟。成骨细胞在材料表面的粘附机制是由多因素综合作用的，材料的表面形貌和生物活性在细胞粘附过程的早期发挥着重要作用。     

生物材料表面微纳结构对成骨相关细胞的影响

生物医用材料表面性能,包括表面形貌与化学组成,对诱导骨组织形成并形成骨整合具有重要作用。细胞行为对基底表面形貌和组成的依赖性决定了设计不同功能表面的重要性。作者小组多年来从事生物材料表面微纳结构相关研究。在微图形方面,结合微加工和磁控溅射技术制备出的羟基磷灰石微沟槽;采用溶胶一凝胶与复制微模塑相结合的方法制备了TiO2微图形;采用掩模曝光电化学微加工技术和喷射电化学微加工技术,在钛基底上制备多孔微图形;通过转移微模塑法与自组装技术相结合,得到壳聚糖与牛血清蛋白复合微图形。在纳米结构方面,采用电化学阳极氧化处理,获得一定管径和管长的二氧化钛纳米管。在微纳多级结构方面,结合高压微弧氧化和低压阳极氧化制备了微纳多级结构钛表面。除了考虑微纳结构单独效应之外,还考虑了微纳结构化与生物功能化的协同效应,即在具有微纳结构的生物材料表面通过层层自组装等手段进行生物化学修饰。最后通过成骨相关细胞培养实验及体内植入实验,考察各试样的生物活性。研究表明,微米尺度表面促进骨细胞粘附、增殖、分化等,而纳米尺寸结构以及微纳多级结构对细胞功能具有进一步促进作用。微纳结构化与表面功能化修饰存在有协同效应。这些研究结果为微纳米技术应用于人体植入研究提供了新方向。     

葡聚糖／壳聚糖水凝胶的制备及其作为生长因子载体的研究

合成并表征了砜基葡聚糖（Dex—vs）和巯基化壳聚糖（CS-SH）,利用迈克尔加成反应,以巯基化壳聚糖为大分子交联剂,制备了葡聚糖／壳聚糖（Dex／CS）水凝胶。采用扫描电镜（SEM）考察了凝胶支架的形貌,并研究了其降解行为。研究发现,水凝胶的降解时间可由前驱物浓度以及砜基取代度来调控。细胞毒性研究表明该水凝胶具有良好的生物相容性。在此基础上,将其负载骨诱导生长因子人重组骨形态发生蛋白-2（rhBMP-2）后植入老鼠肌袋内,评价动物体内异位成骨的情况。通过新生异位骨的成骨量以及组织学评价结果表明,负载rhBMP-2的凝胶支架具有良好的异位成骨效果。本研究表明此类凝胶有望作为一种新型的可注射生长因子载体用于组织修复。     

Mg-4Zn合金表面掺锶羟基磷灰石涂层：物理化学性质及体外细胞响应

生物可降解镁合金由于具有高比强度、低弹性模量和优良生物相容性而受到广泛关注。然而,其过高的腐蚀速率却限制了其潜在的临床应用。因此,具有高生物相容性的羟基磷灰石(HA)涂层常被用于阻碍镁基体和周围生物环境的相互作用。采用电化学沉积法在Mg-4Zn合金表面制备了HA和掺锶(Sr)HA涂层。利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱(EDS)、透射电子显微镜(TEM)、三维激光扫描显微镜(3D LSM)和亲水角监测系统对材料表面性质进行表征。本研究还探讨了材料动态离子释放、蛋白吸附、细胞吸附、增殖与成骨分化行为。结果显示,HA中引入Sr导致了晶格畸变和结晶度下降。涂覆掺SrHA的样品中镁离子释放量比其他样品更低,说明耐腐蚀性更好。掺Sr样品表面蛋白吸附与初始细胞吸附的改善是由于其具有更高的表面粗糙度和亲水性。Sr的引入并未显著改变细胞的增殖,却明显提高了成骨分化效果。综上所述,掺SrHA涂层是一种非常有前景的镁合金保护性生物相容涂层。     

一种新型复相Ca-P支架材料的制备及生物学行为

采用溶胶-凝胶法制备纯羟基磷灰石支架，并在其表面构造双相钙磷陶瓷膜层。并用SEM，FTIR，XRD对其进行表征，结果表明该法制得的材料为孔隙彼此贯通的多孔结构，孔径约为300～600gm，涂膜厚度约为20～50gm，孔壁上分布大量纳米级微孔。与对照材料HA相比，成骨细胞在4天后可以更多的粘附到该材料表面增殖分化（P〈0．05）：体内埋植实验表明，经12周该材料具有更早的成骨效应和更多的成骨量（P〈0．05）新型复相Ca-P支架材料有利于骨组织修复。     

Macroporous and Antibacterial Hydrogels Enabled by Incorporation of Mg-Cu Alloy Particles for Accelerating Skin Wound Healing

Repair of severe skin tissue injury remains a great challenge and wound infection is still a formidable problem. In this study, new macroporous and antibacterial gelatin/alginate (SAG)-based hydrogels for wound repair were designed and developed based on in-situ gas foaming method and ion release strategy as a result of Mg-Cu particles degradation in the hydrogel matrix. The addition of Mg-Cu particles decreased the storage modulus of SAG, maintained its mechanical resilience and enhanced its water-absorbing capability. Moreover, the water vapor transmission rate of SAG added with 2 wt.% Mg-Cu (SAG-2MC) was 124% of that of medical gauze and 804% of commercial Tegaderm™ film dressing. The bacterial inhibition rates of SAG-2MC against S. aureus, E. coli and P. aeruginosa reached 99.9% ± 0.1%, 98.7% ± 1.2% and 98.0% ± 0.7%, respectively, significantly greater than those of the SAG hydrogel and Mg particle-modified hydrogels. In addition, SAG-2MC hydrogel was biocompatible and promoted cell migration. In vivo experiment results indicated that SAG-2MC significantly accelerated the skin wound healing in murine model as demonstrated by higher epidermis thickness, more collagen deposition and enhanced angiogenesis compared with SAG-0MC, SAG-2M and Tegaderm™ film. In summary, Mg-Cu particles have great potential to modulate the physiochemical and biological properties of SAG hydrogels. Mg-Cu particle-modified SAG hydrogels reveal significant promise in the treatment of severe skin wound or other soft tissue lesions.     

兼具抗疲劳和抗菌功能的双网络水凝胶的构筑及性能

目的 解决水凝胶力学强度过低问题,同时赋予水凝胶抑菌功能,满足应用需求。方法 以离子交联的海藻酸盐为第1层网络,以化学交联的聚丙烯酰胺(PAAm)为第2层网络,借助p H缓释调节剂D–(+)–葡萄糖酸δ–内酯(GDL)制备Cu²⁺交联的海藻酸盐–聚丙烯酰胺(TG–Cu)抑菌水凝胶。利用傅里叶红外光谱(FITR)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)等手段表征双网络水凝胶的物理和化学结构。通过拉伸、压缩、Mullins测试和循环拉伸试验,研究TG–Cu水凝胶材料的力学强度和抗疲劳性能,通过细菌培养、稀释涂布平板法和活死菌荧光染色手段评价水凝胶的抑菌性能,通过ICP探究Cu²⁺的释放。结果 Cu2+交联的TG–Cu水凝胶由离子交联和化学交联的两层网络构成,具有三维网络结构。当Cu盐的添加量为每组分0.187 5 mol时,其力学性能较好,弹性模量达到22.4 kPa,断裂韧性为659.5 kJ/m³,且具有预制缺口的凝胶样品在10 000次30%应变循环加载–卸载实验后,未观察到明显的裂纹扩展。抑菌试验结果证...     

微纳米生物玻璃的体外成骨性能研究

微纳米生物活性玻璃因其具有特殊的形态结构和理化性能目前引起众多研究者的关注,但是目前对微纳米生物活性玻璃的结构及形态对细胞性能的影响研究的较少。本文通过溶胶一凝胶法结合模板仿生技术合成了具有特殊结构和形态的微纳米生物活性玻璃,并通过体外细胞实验,研究了这种微纳米结构对人骨髓间充质干细胞成骨性能（ALP,Runx2,Coilal和OPN）的影响,结果证明具有规则形态的生物活性玻璃（SBG）相比不规则形态的生物活性玻璃（IBG）更能促进细胞的体外成骨性能,为将来设计具有特定结构的生物活性玻璃提供了参考依据。     

仿生纳米纤维支架促进骨组织再生

人口老龄化,疾病以及交通事故等造成大量的人体骨组织损伤和丢失。如何实现骨组织缺损的快速修复与再生成为临床医学研究的重要课题和目标,而生物医用材料在其中发挥着极其重要的作用。目前临床上常用的骨组织修复材料如自体骨、异体骨、合成材料（金属,陶瓷,高分子）等都存在各种各样的问题,无法实现大规模的应用和骨组织的快速有效再生。而骨组织工程学科研究多孔支架结合细胞和生长因子来实现骨组织再生,以鳃决骨科临床面临的问题为目的。最近十多年来,三维纳米纤维支架由于可以仿天然细胞外基质的结构和形态而显示出较强的促进细胞增殖、成骨分化以及骨组织修复再生的能力。主要综述具有仿生的纳米纤维及其复合支架材料的制备技术以及他们在增强细胞功能、干细胞成骨分化、及其骨组织再生中的应用。     

表面改性处理钛增强纤维连接蛋白介导的成骨细胞MG-63黏附和增殖(英文)

采用化学抛光处理钛、阳极氧化和微弧氧化处理钛作为生物材料模型,研究成骨细胞MG-63在其表面的黏附和增殖机理。结果表明,阳极氧化和微弧氧化处理的钛表面通过促进MG-63细胞分泌纤维连接蛋白形成细胞外基质从而使其快速附着和伸展。另外,阳极氧化和微弧氧化处理的钛表面通过Outside-in信号传导通路,上调纤维连接蛋白及与其相关的整合素α5的转录水平,促进成骨细胞MG-63在其表面的增殖。     

Classification of Hydrogels Based on Their Source: A Review and Application in Stem Cell Regulation

Stem cells are recognized by their self-renewal ability and can give rise to specialized progeny. Hydrogels are an established class of biomaterials with the ability to control stem cell fate via mechanotransduction. They can mimic various physiological conditions to influence the fate of stem cells and are an ideal platform to support stem cell regulation. This review article provides a summary of recent advances in the application of different classes of hydrogels based on their source (e.g., natural, synthetic, or hybrid). This classification is important because the chemistry of substrate affects stem cell differentiation and proliferation. Natural and synthetic hydrogels have been widely used in stem cell regulation. Nevertheless, they have limitations that necessitate a new class of material. Hybrid hydrogels obtained by manipulation of the natural and synthetic ones can potentially overcome these limitations and shape the future of research in application of hydrogels in stem cell regulation.     

Osteogenic composite nanocoating based on nanohydroxyapatite,strontium ranelate and polycaprolactone for titanium implants

Titanium and its alloys are commonly used as dental and bone implant materials. Biomimetic coating of titanium surfaces could improve their osteoinductive properties. In this work, we have developed a novel osteogenic composite nanocoating for titanium surfaces, which provides a natural environment for facilitating adhesion, proliferation, and osteogenic differentiation of bone marrow mesenchymal stem cells (MSCs). Electrospinning was used to produce composite nanofiber coatings based on polycaprolactone (PCL), nano-hydroxyapatite (nHAp) and strontium ranelate (SrRan). Thus, four types of coatings, i.e., PCL, PCL/nHAp, PCL/SrRan, and PCL/nHAp/SrRan, were applied on titanium surfaces. To assess chemical, morphological and biological properties of the developed coatings, EDS, FTIR, XRD, XRF, SEM, AFM, in-vitro cytotoxicity and in-vitro hemocompatibility analyses were performed. Our findings have revealed that the composite nanocoatings were both cytocompatible and hemocompatible; thus PCL/HAp/SrRan composite nanofiber coating led to the highest cell viability. Osteogenic culture of MSCs on the nanocoatings led to the osteogenic differentiation of stem cells, confirmed by alkaline phosphatase activity and mineralization measurements. The findings support the notion that the proposed composite nanocoatings have the potential to promote new bone formation and enhance bone-implant integration.     

胶晶模板法合成三维有序大孔金属氧化物材料

以自然沉积组装的聚苯乙烯（Ps）微球为胶体模板,分别以浓度为50％的钛酸四丁酯醇溶液和锆酸四丁酯醇溶液为前驱体对模板进行填充,最后通过煅烧除去模板得到了三维有序大孔（3DOM）TiO2、ZrO2材料。从SEM照片可观察到,3DOMTiO2、ZrO2材料可以看成是PS模板的逆复制,孔径大小均匀,与PS模板相比具有一定的收缩。进一步通过TEM照片观察,3DOM材料整体上呈面心立方结构,孔壁完整致密。XRD显示,制备的3DOM的TiO2和ZrO2孔壁分别为锐钛矿型和单斜晶型。     

聚乙烯醇水凝胶吸附除去废水中铜的动力学和机理

研究聚乙烯醇水凝胶对废水中铜的吸附能力。分别使用红外光谱分析和吸水量测定方法研究水凝胶的化学结构和吸收行为。结果表明,聚乙烯醇与戊二醛交联形成聚乙烯醇水凝胶,凝胶因它的亲水性而表现出高的平衡溶胀比。另外,凝胶的吸附过程服从准二级动力学,扩散受粒子间扩散和膜扩散控制。