溶胶-凝胶生物活性玻璃与胶原复合多孔支架的生物相容性研究

实验前期用冷冻干燥法合成一种溶胶?凝胶生物活性玻璃(BG/COL)与粗胶原纤维复合的组织工程支架. 本实验将支架与鼠骨髓间充质干细胞(rMSCs)共同培养, 评价支架材料的细胞相容性. 并将复合了成骨细胞的支架材料植入裸鼠皮下, 探讨其异位成骨的性能. 研究结果显示rMSCs可以在BG/COL多孔支架材料表面成功粘附、铺展、并向多孔支架内部迁移, 随着培养时间的延长, 双链DNA(ds DNA)数量增多, 细胞增殖情况与对照组差异明显. 将种在复合材料上的骨髓间充质干细胞诱导培养14d后切片染色, 其碱性磷酸酶(ALP)和钙素表达均呈强阳性. 体内植入实验的裸鼠健康状况良好, 伤口完全愈合, 6w后BG/COL周边及内部有骨组织和血管生成. 由此证明, 这种新型的复合多孔支架材料具有良好的生物相容性, 其复合了成骨细胞的组织工程骨具有良好的诱导成骨的性能, 因此这种材料是理想的应用于骨组织修复和再生的组织工程支架材料.     

生物陶瓷支架促进再生组织血管生成和骨生成的研究进展

近年来,组织工程作为一种有前景的治疗和修复骨缺损的方法受到了广泛的关注.支架是组织工程的基本组成部分,它能够为骨组织再生提供必要的支撑和导向作用.骨组织修复过程中需要在支架内部形成一个血管网络来为细胞迁移、增殖和分化提供营养和氧气,从而实现组织再生.因此,组织工程血管化是实现骨组织再生的首要前提.生物陶瓷凭借其特殊的化学成分、高的压缩强度和优异的生物活性,成为骨再生支架的有力候选材料.然而,生物陶瓷支架在植入体内后,往往需要较长的时间才能形成血管网络.这就意味着组织内部的细胞会因长时间缺乏营养而死亡,影响组织再生效果.因此,近些年来,除研究材料成分对再生组织的血管生成和骨生成效果的影响外,研究者还从支架结构设计和支架外部的环境因素着手,以进一步提高生物陶瓷支架诱导血管生成和骨生成的能力.生物复合陶瓷不仅能提高支架的力学性能,还能改善支架的生物活性.分级多孔设计可以模拟自然骨的结构,从而更好地促进再生组织的血管化和骨生成.加载生长因子、元素掺杂和细胞植入可以为血管化提供更好的外部环境,从而更好地实现组织再生.这些因素可以协同发挥作用来促进生物陶瓷支架的血管生成和骨生成.本文从三个方面总结了影响生物陶瓷支架促进再生组织血管生成和骨生成的因素——支架材料、支架结构和支架所处的环境,并系统分析了以上因素的影响机理.最后,展望了生物陶瓷支架的发展趋势,以期为生物陶瓷的设计、加工和生物工程应用提供参考.     

多孔磷酸钙骨水泥组织工程支架的高分子灌注增强

利用棒状谷氨酸钠晶体作为造孔粒子,采用可溶盐造孔法,制备了三维连通的大孔径多孔磷酸钙骨水泥支架,分别将明胶(Gelatin) 、聚乳酸2羟基乙酸共聚物(PLGA) 、聚乳酸(PLA) 、聚己内酯(PCL) 、聚羟基丁酸戊酸酯(PHBV)灌注到多孔磷酸钙骨水泥(CPC)支架的孔隙中以改善支架材料的力学性能。结果表明,5 种高分子材料与水的接触角大小顺序为PHBV > PCL > PLA > PL GA > Gelatin , 复合支架材料的强度随高分子材料与水接触角的减小而增大;除PHBV外,其余4种均有明显的增强效果,其中Gelatin/CPC复合支架增强效果最好,强度达到2. 25 MPa±0. 02 MPa ,是CPC支架强度的25倍。经过增强的大孔径多孔磷酸钙骨水泥复合支架可用作骨组织工程支架材料。      

一种新型仿生骨组织工程支架的制备与表征

利用改性生物玻璃粉体和胶原、透明质酸钠、磷酸丝氨酸等天然生物分子复合制备仿生型三维多孔骨组织工程支架材料,利用体外模拟实验结合SEM、FTIR、XRD 等测试方法对材料的显微结构、生物矿化性能进行了综合研究,研究表明该材料具有良好的孔隙结构,在模拟生理溶液(SBF)中反应24h即可在支架表面形成碳酸羟基磷灰石(HCA).     

磷酸钙骨水泥/明胶复合组织工程支架材料的制备及其结构与性能

磷酸钙骨水泥组织工程支架材料具有良好的生物相容性和骨传导性,是一种良好的骨组织工程支架材料,但是这种材料存在力学性能差的缺点,限制了它的应用.本文采用生物相容性良好的可降解明胶材料与磷酸钙骨水泥支架进行复合,制备出的明胶/磷酸钙骨水泥复合支架材料,其压缩强度可达3.7MPa,比复合前磷酸钙支架材料的强度提高了37倍,而且材料具有良好的柔韧性,适合用作为非承重部位骨组织缺损修复用组织工程支架材料.     

海藻酸钙水凝胶/聚乳酸复合材料的制备与性能

通过化学发泡-冷冻干燥-粒子滤出复合法制备聚乳酸(PLLA)大孔支架, 然后在大孔内以海藻酸钠(SA)、碳酸钙、葡萄糖酸内酯(GDL)为原料, 通过原位相转变制备海藻酸钙水凝胶/聚乳酸复合材料(CA/PLLA); 分别利用SEM、压缩强度测试和细胞培养对CA/PLLA支架的形貌、力学性能及生物相容性进行了研究。结果表明: PLLA具有直径小于2 mm、孔道相互连通的孔洞, 且在大孔中能够形成均匀的CA。CA/PLLA复合材料的压缩强度(2.74 MPa)远大于单一的海藻酸钙水凝胶的压缩强度(0.10 MPa)。在CA/PLLA复合支架中, 软骨细胞呈簇状圆形生长状态, 与其在天然软骨陷窝里生长状态一致。这种软硬结合、天然与合成高分子杂化的CA/PLLA复合材料的力学强度和生物相容性同时得到提高, 可进一步作为骨和软骨修复材料研究。     

骨形成蛋白-2基因修饰的β磷酸三钙/胶原复合材料修复颅骨缺损

目的构建骨形成蛋白2(Bone morphogenetic proteins2,BMP-2)基因修饰的β磷酸三钙(βtricalcium phosphate,β-TCP)/胶原复合支架材料,探讨其体内修复大鼠临界颅骨缺损的效果,评价其作为骨缺损修复材料的性能。方法制备纳米级多孔β-TCP/胶原支架,并负载100μg BMP-2质粒DNA形成基因修饰的支架材料。将24只成年雄性SD大鼠随机分为BMP-2基因修饰的β-TCP/胶原支架组(n=8),β-TCP/胶原支架组(n=8),空白组(n=8)。在大鼠颅骨顶部建立两个直径5mm的临界性骨缺损,植入材料后6周、12周取样本大体观察,组织学观察,免疫组织化学检测,并进行骨组织测量分析。结果组织学观察可见12周时,材料已完全降解。BMP-2基因修饰支架组6周时,骨缺损区成骨活跃形成编织骨;12周时,骨缺损已基本愈合,新生骨组织逐渐成熟呈板层状,与宿主骨形成骨性连接。而单纯支架组6周时,骨缺损中心区为少量岛状骨组织;12周时,新生骨组织连接呈片状,骨缺损未完全愈合。免疫组化检测显示:6周和12周时,BMP-2基因修饰支架组中BMP-2表达均强于单纯支架组和空白组。骨组织形态计量分析显示BMP-2基因修饰支架组成骨质量和成骨效率明显高于单纯支架组和空白组(P<0.05)。结论 BMP-2基因修饰的β-TCP/胶原复合材料具有良好的生物相容性,骨诱导和骨传导性佳,是很有潜力的新型骨缺损修复材料。     

不同孔隙率锶磷灰石陶瓷体内异位成骨能力的比较

采用健康兔的骨髓组织,体外培养,诱导分化为成骨细胞,分别与孔径约为450～700μm、孔隙率分别为50%、60%、70%的Sr-HA以及孔隙率为70%的纯羟磷灰石陶瓷体复合,自体回植到兔背脊肌内.同时以未复合细胞的相同孔隙率的陶瓷材料作为对照,植入后4周、12周和24周取材,行四环素荧光染色观察,定量计算各组陶瓷材料新骨的形成量和速度,比较不同孔隙率锶磷灰石陶瓷材料的异位成骨能力.结果表明,复合成骨细胞的各组陶瓷在植入兔背脊肌内4周后均有新骨形成,随着植入时间的延长,骨组织的数量不断增加;孔隙率为70%的Sr-HA陶瓷和HA陶瓷的新骨形成数量和速度明显优于低孔隙率的Sr-HA陶瓷.四环素荧光标记还显示未复合成骨细胞的Sr-HA陶瓷和HA陶瓷孔隙内也有荧光沉积.Sr-HA多孔陶瓷是较理想的骨组织工程支架材料,成骨细胞复合Sr-HA陶瓷用于骨缺损的修复,具有广阔的临床应用前景.     

骨修复用生物玻璃复合材料研究进展

生物玻璃是一类性能优良的生物材料,具有良好的生物活性和生物相容性,作为骨修复植入体可以在材料界面与人体骨组织之间形成化学键合,诱导骨的修复与再生.将生物玻璃与其它材料进行复合,可以制备出生物活性和机械性能优良的骨修复复合材料.综述了生物玻璃复合材料的研究现状,并探讨了该类材料目前存在的不足,展望了其发展趋势.     

体外模拟胶原纤维矿化的研究进展

矿化胶原纤维是天然骨的主要成分,掌握胶原纤维的生物矿化过程、原理和调控机制对于骨修复材料的设计及骨组织的再生修复发展有重要意义。综述了体外模拟胶原纤维矿化的研究进展,主要包括胶原纤维内矿化机理和非胶原蛋白对胶原生物矿化的调控作用,以期为胶原生物矿化机理的探讨及骨组织再生修复的研究提供借鉴。     

磁性功能支架用于骨组织工程的研究进展

支架引导再生在创伤、肿瘤、切除等引起的严重骨缺损的治疗和修复中起着至关重要的作用。目前发展的磁性功能支架已被证明自身或者结合外部磁场可以影响细胞代谢行为，通过磁性环境来促进骨组织再生。特别是其结合外部磁场的作用，可以有效远程控制药物释放和激活细胞表面通道，介导一系列成骨相关通路，诱导细胞分化，促进组织生长、骨缺损再生等反应。同样，磁性支架在热疗、磁共振成像、靶向递送等方面也有着广泛的应用潜能。磁性支架可提高骨组织工程效率，为骨缺损的修复提供了一定保障。本文综述了磁性支架的复合、制备技术、促进骨再生的机制，以及磁场和磁性支架的协同功能，并总结了几种磁性功能支架在骨组织修复工程领域中的研究及应用。     

羟基磷灰石/羧甲基壳聚糖组织工程骨的制备及表征

以京尼平(Genipin)为交联剂,通过粒子沥滤结合冷冻干燥工艺制备纳米羟基磷灰石/羧甲基壳聚糖复合支架。然后依据组织工程的原则,将pcDNA3.1-血管内皮生长因子(Vascular endothelial growth factor,VEGF)165质粒转染后的骨髓间充质干细胞(Bone marrow stromal cells,BMSCs)与支架复合构建组织工程骨。最后将该组织工程骨植入到兔桡侧,观察其成骨能力及降解速度。结果表明:京尼平交联的支架材料的微观结构、力学性能与天然松质骨相似,可满足支架材料的要求;且支架材料具有自发荧光特征,便于观察支架的微结构及界面上细胞的粘附情况;动物实验表明所得复合骨具有生物相容性好、无毒副作用的优点及促进局部微血管形成、加快骨缺损修复的作用,其降解速度与骨生长速度基本匹配,是一种潜在的性能优良的骨修复材料。     

明胶/掺锶β-磷酸三钙/硫酸钙复合多孔支架的制备与性能

以掺锶β-磷酸三钙/硫酸钙为原料,利用搅拌喷雾干燥法制备出掺锶β-磷酸三钙/硫酸钙复合小球,再将明胶与制备的复合小球复合,制备出明胶/掺锶β-磷酸三钙/硫酸钙复合生物支架。通过X射线衍射仪、扫描电镜、红外光谱仪等分析了复合多孔支架的成分、形貌以及结构特征,并研究了复合生物支架的降解性、孔隙率、力学性能和细胞毒性等。结果表明:该复合多孔生物支架具有不规则的孔洞结构,孔径在0.5~1mm之间,且平均孔隙率达到(63±1.77)%,基本能满足骨组织工程支架对孔隙率的要求;复合多孔支架具有良好的抗压强度,其平均抗压强度在(6.3±0.05)MPa左右;该复合多孔支架无细胞毒性,具有较好的降解速率,因此该支架在骨组织修复方面具有良好的应用前景。     

壳聚糖类复合材料应用于骨修复的研究进展

壳聚糖是天然多糖类高分子化合物甲壳素的脱乙酰产物,具有良好的生物相容性、可降解性和生物活性,可作为骨修复材料,并可应用于骨组织工程材料中的三维生长支架,作为种子细胞或活性生长因子的生物载体材料.综述了壳聚糖类复合材料在骨填充修复材料、骨组织工程和软骨组织工程方面应用的状况及前景.     

羟基磷灰石基多孔复合支架的制备及其表征

研究利用造孔剂法制备高度贯通的多孔羟基磷灰石(HA)支架,孔隙率约为78%,并利用聚己内酯(PCL)分别复合纳米HA(nHA)或微纳米生物玻璃(nBG)粉末对其进行涂覆改性,粉末的添加量均为10%~40%(质量分数)。4种类型支架分别记为HA、PCL/HA、nHA-PCL/HA和nBG-PCL/HA。实验结果发现,nHA-PCL/HA和nBG-PCL/HA复合支架最大抗压强度分别为1.41~1.98 MPa和1.35~1.78MPa。4类支架矿化实验显示,浸泡21d后nBG-PCL/HA表面促进生成较多的磷灰石矿化物;细胞实验结果显示细胞在4类支架上均生长良好,说明支架具有良好的生物相容性。支架在实验犬背部肌肉组织内植入2个月的组织学检测显示,4种支架内均有新骨形成,尤其是nHA-PCL/HA和nBG-PCL/HA孔内有更多的新生骨组织,说明这两种支架表面复合涂层中的生物活性纳米颗粒对诱导新骨生成具有积极的促进作用。     

纳米羟基磷灰石/聚合物多孔复合支架材料

为提高骨组织工程支架材料的力学性能,改善其生物活性,综合天然与合成高分子的优点,采用溶液共混相分离法制备出聚己内酯(PCL)-壳聚糖(CS)多孔支架材料, 并进一步采用离心注浆法填充具有生物活性的纳米羟基磷灰石(HA)-聚乙烯醇(PVA)复合浆料, 制备了n-HA-PVA/PCL-CS复合多孔支架材料, 改善了PCL-CS支架材料力学性能。采用扫描电子显微镜、红外光谱、元素分析、孔隙率和抗压强度试验对材料进行了表征。结果表明, PCL-CS支架材料的内部具有蜂窝状的相互贯通的孔隙结构,孔隙率可以达到60%～80%。CS含量越大,孔隙率越大,而抗压强度越小。填充后的n-HA-PVA/PCL-CS复合多孔支架材料,孔隙率有所下降,但仍大于60%,而其弹性模量可提高至25.71 MPa。      

骨组织工程用n-HA/PA66多孔贯通支架的制备及表征

为了解决生物降解性骨组织工程支架难以与人体骨力学强度相匹配的缺点,选用具有良好生物相容性和力学性能的纳米羟基磷灰石/聚酰胺66(n-HA/PA66)复合材料作为基材,通过相转移法和粒子沥滤法相结合的工艺制备了一种骨组织工程用多孔贯通支架.用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(IR)和万能力学试验机等手段对多孔支架的理化性能进行表征.结果显示, n-HA/PA66多孔支架具有较为理想的孔隙结构和贯通性,且其压缩强度与人体松质骨相当,可满足骨组织工程支架的基本要求.因其具有非生物降解特性,故可为骨组织的再生提供持续稳定的力学支撑.     

壳聚糖/羟基磷灰石表面修饰聚己内酯多孔骨支架的制备及性能

采用选择性激光烧结技术构建多孔聚己内酯(PCL)骨支架,用原位合成的方法制得壳聚糖/羟基磷灰石(CS/HA)悬浮液,并采用真空浸泡、低速离心和冷冻凝胶的方法使CS/HA黏附在PCL支架的表面,以改善骨支架的生物相容性和细胞增殖活性。通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)观测复合支架的物相和形貌,测量支架的压缩强度和杨氏模量,测量支架表面的水接触角,并通过体外细胞实验研究复合支架的生物学性能。实验结果表明,原位合成的方法制得了羟基磷灰石(HA);CS/HA凝胶与PCL骨支架表面黏附良好;CS/HA改善了PCL支架表面的亲水性,提升了骨支架的生物相容性和细胞增殖活性。     

静电纺丝制备小直径血管支架

静电纺丝技术是一种简便易行的新型小直径血管支架制备方法,能够形成与天然血管细胞外基质类似的纳米级三维结构———仿生天然血管细胞外基质,促进细胞黏附和增殖。介绍了静电纺丝技术制备小直径血管支架的原理以及对采用不同材料(生物高分子材料、可降解人工合成材料及复合材料)静电纺丝制备的小直径血管支架的理化性能和生物学特征进行了描述与比较,指出了静电纺丝技术制备小直径血管支架研究的热点与不足。     

醇化改性蓖麻油基聚氨酯/n-HA复合支架材料的结构及力学性能

有机/无机材料的两相界面作用和均匀复合是影响复合支架材料性能的主要因素。本研究通过工艺改进, 对聚氨酯软段成分进行改性得到醇化蓖麻油, 经原位聚合发泡制备出多孔复合支架, 较好地实现了纳米羟基磷灰石(n-HA)颗粒的均匀分散。结果表明, 改性聚氨酯基体有效增加了羟基值, 其与极性n-HA两相界面复合良好, 无明显界面分相和颗粒团聚发生。支架孔径分布均匀, 但支架材料的孔隙率、孔径大小和结晶度略有减小。红外光谱和X射线衍射分析表明, n-HA和醇化蓖麻油基聚氨酯基体的分子间存在丰富的氢键和化学键, 促进了无机-有机相的相容性和稳定性。醇化改性和纳米无机粒子添加对材料性能的协同作用有效改善了支架的力学性能, 复合支架的压缩强度和模量均大幅增长。该种n-HA/聚氨酯复合支架有望用于进一步的骨再生和骨组织工程研究。