骨组织工程支架材料及其力学性能

骨组织工程的研究是组织工程最为活跃的领域之一,如何制备理想的骨支架材料是当前的一个研究热点.通过人们的努力,目前已有多种骨组织工程支架材料问世.综述了各类骨组织工程支架材料的优缺点,对比了它们的力学性能,并对骨组织工程的前景进行了展望.     

骨组织工程材料的研究

组织工程支架材料在组织工程中正发挥着越来越重要的作用.组织工程的核心是构建细胞生物支架材料复合体,其中,三维多孔支架材料发挥着重大作用.除了决定新生组织、器官的形状外,最重要的是为细胞提供获取营养、气体交换、废物排除的环境,为细胞增殖繁衍提供空间.因此,支架材料应是高度多孔的,支架的孔隙大小必须控制,并有严格要求.本文主要介绍了骨组织三维多孔材料的研究现状,并对组织工程支架及骨修复过程做了简要的介绍,并对其发展方向作了展望.     

纳米磷酸钙骨组织工程支架材料研究进展

随着纳米和生物技术的进步,国内外学者制备了一系列新型的骨组织工程支架材料.为了更好地认识纳米生物材料的优点和指导制备新型的骨组织工程支架材料,综述了近年来纳米磷酸钙相关支架材料研究进展,着重介绍了纳米磷酸钙陶瓷、纳米磷酸钙复合陶瓷以及纳米磷酸钙/聚合物复合材料制备方法、性能和应用,并总结了各类方法的不足之处和将来发展的...     

骨组织工程用支架材料研究进展

骨组织工程用支架材料是骨组织工程研究的主要内容之一 ,按来源可将支架分为天然支架材料和合成支架材料 ,本文综述了骨组织工程用支架材料的研究和应用。     

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.     

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.     

骨组织工程支架材料的研究进展

综述了骨组织工程支架材料在骨缺损治疗的研究现状,并展望了其未来的发展方向。利用各种材料的优势互补性,将两种或两种以上材料通过恰当的方式组合成复合支架材料,其力学性能和降解速率可根据各组分材料的种类、数量及组合方法的变化进行调节,按照要求制备出具有一定机械强度和降解速率的支架材料。并指出骨组织工程复合支架材料将会成为骨缺损修复中一类富有潜力的生物材料。     

骨组织工程PLGA/TCP复合材料的性能研究

骨组织工程的支架要求有与人骨在功能梯度上相一致的材料结构、几何结构和生理功能。PLGA／TCP复合材料具有适用于骨组织工程支架的综合性能。以快速成形技术低温沉积工艺的成形效果来评价材料的成形性能，以体外降解试验来评价材料的降解性能，以国家标准的方法来评价材料的细胞毒性，对PLGA和TCP不同配比下的性能进行了研究，发现TCP含量的增加有利于降低材料的细胞毒性，加快了材料的降解，但同时降低了材料的成形性能。从骨组织工程的临床应用来看，低的细胞毒性是需要首先得到保证的，成形性能则通过其他方式来改善。     

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.     

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。     

骨组织工程用无机支架材料的研究现状

无机生物活性材料作为一种重要的骨组织工程用支架材料,具有明显的优势和广阔的应用前景.从组织工程材料发展历程的角度出发,分别介绍了制备支架的不可降解材料、部分可降解材料和完全可降解材料的演变过程,比较了这3种材料在力学性能方面的各自优缺点,并分析了支架材料在生物相容性方面的改善措施,同时着重介绍了国内外无机组织工程材料近期的研究成果.     

壳聚糖/磷灰石-硅灰石复合多孔支架材料的制备与性能

以磷灰石-硅灰石(AW)生物活性多孔玻璃陶瓷支架材料为基体,采用物理包被法制备了壳聚糖(CS)/AW复合多孔支架材料,通过红外图谱分析、扫描电镜、光学显微镜、强度检测等分析测试方法,研究了复合材料的组成、微观结构、力学和矿化性能。结果发现：复合材料与AW多孔支架材料基体相比,仍具有三维贯通且分布均匀的孔隙结构,孔径尺寸约 100～500μm,孔隙率为80%左右,且力学性能明显增强,平均抗压强度可达3.11 MPa,比多孔AW支架材料基体的平均抗压强度提高了8.3倍。体外模拟体液浸泡实验表明,复合材料具有较高的矿化功能,预示材料具有较好的生物活性。这种复合材料可望作为人体非承重部位的植入骨修复体和组织工程支架使用。     

Effect of a synthetic link N peptide nanofiber scaffold on the matrix deposition of aggrecan and type II collagen in rabbit notochordal cells

Self-assembling peptide nanofiber scaffolds have been studied extensively as biological materials for 3-dimensional cell culture and repairing tissue defects in animals. However, few studies have applied peptide nanofiber scaffolds in the tissue engineering of intervertebral discs (IVDs). In this study, a novel functionalized peptide scaffold was specifically designed for IVD tissue engineering, and notochordal cells (NCs) as an alternative cell source for IVD degeneration were selected to investigate the bioactive scaffold material. The novel RADA16-Link N self-assembling peptide scaffold material was designed by direct coupling to a bioactive motif link N. The link N nanofiber scaffold (LN-NS) material was obtained by mixing pure RADA16-I and RADA16-Link N (1:1) designer peptide solutions. Although live/dead cell assays showed that LN-NS and RADA16-I scaffold materials were both biocompatible with NCs, the LN-NS material significantly promoted NC adhesion compared with that of the pure RADA16-I SAP scaffold material. The depositions of aggrecan and type II collagen, which are significant markers for IVD cells, were remarkably increased. Furthermore, the results indicated that the link N motif, the matrix analog of the nucleus pulposus, significantly promoted the accumulation of other extracellular matrices in vitro. We conclude that the novel LN-NS material is a promising biological scaffold material, and may have a broad range of applications in IVD tissue engineering.     

The control of human mesenchymal cell differentiation using nanoscale symmetry and disorder

A key tenet of bone tissue engineering is the development of scaffold materials that can stimulate stem cell differentiation in the absence of chemical treatment to become osteoblasts without compromising material properties. At present, conventional implant materials fail owing to encapsulation by soft tissue, rather than direct bone bonding. Here, we demonstrate the use of nanoscale disorder to stimulate human mesenchymal stem cells (MSCs) to produce bone mineral in vitro, in the absence of osteogenic supplements. This approach has similar efficiency to that of cells cultured with osteogenic media. In addition, the current studies show that topographically treated MSCs have a distinct differentiation profile compared with those treated with osteogenic media, which has implications for cell therapies.     

改性淫羊藿苷共价结合壳聚糖/聚羟基丁酸酯-羟基戊酸酯构建组织诱导型骨修复支架材料

为构建一种诱导型骨修复支架材料,将淫羊藿苷（Ica）经过氨基化改性得到Ica-NH₂,并对Ica-NH₂进行FTIR、XRD和TG-DTA表征。以Ica-NH₂共价结合壳聚糖（CS）为诱导因子添加方式,聚羟基丁酸酯-羟基戊酸酯（PHBV）和CS为基材,经过两相混合急速冷冻/冷冻干燥成型技术制备了Ica-NH₂-CS/PHBV骨组织工程支架。随后,对支架材料进行了SEM、体外药物缓释、力学性能、细胞相容性及细胞增殖评价。结果显示:氨基化改性Ica的FTIR谱图在3 371、3 328 cm-1处出现2个中等强度、尖锐的N—H伸缩振动峰,在1 689 cm-1处出现N—H变角振动峰;XRD谱图显示其衍射增强且整体左移,证明Ica被成功氨基化改性;支架材料显微结构呈网络状串珠状,并均匀分布着3~10 μm的微孔,其体外药物缓释效果良好,力学强度介于硬质骨与松质骨之间,复合细胞培养7 d 后表现出良好的贴附与增殖,且细胞在Ica-NH₂-CS/PHBV支架材料上的增殖增长率显著高于CS/PHBV。研究表明所构建的Ica-NH₂-CS/PHBV支架材料可作为一种良好的诱导型骨修复材料。      

可降解水凝胶作为关节软骨修复材料的研究进展

可降解水凝胶因其良好的生物相容性和生物降解性被广泛用于关节软骨的修复和再生。本文以可降解水凝胶在软骨组织工程中的三类应用策略为主线,概述了用于原位成型可注射水凝胶的蛋白多糖类材料及纳米复合类材料;系统总结了传统工艺制造组织工程支架的优缺点及多种工艺结合的制备方法;重点归纳了近年来3D打印组织工程支架从纯软骨到骨/软骨一体化、从单层到多层的研究进展;最后分析了可降解水凝胶作为关节软骨支架材料在微观定向结构和生物活性功能化方面的局限性,并作出展望：未来开展多材料、多尺度、多诱导的高仿生梯度支架是关节软骨组织工程的一个重要研究方向。     

In Vitro Characterizations of PLLA/β-TCP Porous Matrix Materials and RMSC-PLLA-β-TCP Composite Scaffolds

To develop a novel degradable poly (L-lactic acid)/β-tricalcium phosphate (PLLA/β-TCP) bioactive materials for bone tissueengineering, β-TCP powder was produced by a new wet process. Porous scaffolds were prepared by three steps, i.e. solventcasting, compression molding and leaching stage. Factors influencing the compressive strength and the degradation behaviorof the porous scaffold, e.g. weight fraction of pore forming agent-sodium chloride (NaCl), weight ratio of PLLA: β-TCP,the particle size of β-TCP and the porosity, were discussed in details. Rat marrow stromal cells (RMSC) were incorporatedinto the composite by tissue engineering approach. Biological and osteogenesis potential of the composite scaffold weredetermined with MTT assay, alkaline phosphatase (ALP) activity and bone osteocalcin (OCN) content evaluation. Resultsshow that PLLA/β-TCP bioactive porous scaffold has good mechanical and pore structure with adjustable compressive strengthneeded for surgery. RMSCs seeding on porous PLLA/