纳米羟基磷灰石增强聚乙烯醇水凝胶关节软骨修复材料制备与性能研究

利用纳米羟基磷灰石(n-HA)优良的生物相容性和生物活性,通过在PVA水溶液中原位合成n-HA粒子和冷冻-解冻相结合的方法制备n-HA/PVA水凝胶关节软骨修复材料。采用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、电子扫描电镜(SEM)和傅立叶红外光谱(FT-IR)对复合材料的显微形貌和结构进行了表征。系统评价了复合材料的力学性能和生物摩擦学性能。     

骨软骨组织工程仿生梯度支架研究进展

骨软骨缺损是导致关节发病和残疾的重要原因,骨软骨组织工程是修复骨软骨缺损的方法之一。骨软骨组织工程方法涉及仿生梯度支架的制造,该支架需模仿天然骨软骨组织的生理特性（例如从软骨表面到软骨下骨之间的梯度过渡）。在许多研究中骨软骨仿生梯度支架表现为离散梯度或连续梯度,用于模仿骨软骨组织的特性,例如生物化学组成、结构和力学性能。连续型骨软骨梯度支架的优点是其每层之间没有明显的界面,因此更相似地模拟天然骨软骨组织。到目前为止,骨软骨仿生梯度支架在骨软骨缺损修复研究中已经取得了良好的实验结果,但是骨软骨仿生梯度支架与天然骨软骨组织之间仍然存在差异,其临床应用还需要进一步研究。本文首先从骨软骨缺损的背景、微尺度结构与力学性能、骨软骨仿生梯度支架制造相关的材料与方法等方面概述了离散和连续梯度支架的研究进展。其次,由于3D打印骨软骨仿生梯度支架的方法能够精确控制支架孔的几何形状和力学性能,因此进一步介绍了计算仿真模型在骨软骨组织工程中的应用,例如采用仿真模型优化支架结构和力学性能以预测组织再生。最后,提出了骨软骨缺损修复相关的挑战以及骨软骨组织再生未来研究的展望。例如,连续型骨软骨仿生梯度支架需要更相似地模拟天然骨软骨组织单元的结构,即力学性能和生化性能的过渡更加自然地平滑。同时,虽然大多数骨软骨仿生梯度支架在体内外实验中均取得了良好的效果,但临床研究和应用仍然需要进行进一步深入研究。     

关节软骨组织工程研究进展

综述了组织工程的原理、关节软骨重建与修复的进展以及基材等相关因素的影响。对该 发展作了展望。     

丝素蛋白水凝胶材料在组织工程中的应用研究进展

组织工程技术是有望从根本上解决组织或器官损伤及实现功能重建的前沿技术,其关键之一是制备具有良好生物相容性和生物降解性的支架材料。水凝胶由于具有众多良好的特性,成为组织工程研究中一种优良的支架材料。丝素蛋白水凝胶由于独特的性质、多样化的成胶方式以及优异的可加工性成为了支架材料研究的热点,备受学者的青睐并涌现出了大量的研究成果。本文在阐明丝素蛋白凝胶原理的基础上,回顾了目前较为成熟的凝胶化方法,随后重点综述了丝素蛋白水凝胶在组织工程中的研究进展,最后进行了总结和展望,以期为相关领域的研究者提供参考和借鉴。     

胶原作为组织工程软骨支架材料的研究

本文报导了用胶原作为软骨组织的载体材料在组织工程化软骨中的研究情况.本研究采用冷冻干燥方法制备出了Ⅰ-型胶原(sigma)、Ⅱ-型胶原(sigma)和混合型胶原(本室提取)的胶原海绵,并将其用作软骨组织工程的载体支架,比较研究了这三种胶原材料支架在软骨组织工程应用中的效果,筛选出了较理想的软骨组织工程载体材料.     

ADSCs-壳聚糖/明胶水凝胶工程化软骨的三维动态构建

组织工程软骨的体外构建被认为是一种有希望治疗关节软骨缺损的有效途径。为评估载脂肪干细胞(Adipose-derived stem cells,ADSCs)壳聚糖/明胶水凝胶支架,在体外动态构建组织工程软骨相对传统静态培养的优势,本研究用壳聚糖/明胶制备了软骨仿生支架,并检测其物理性质。在制备的水凝胶支架上以1×107cells/m L密度接种ADSCs后,分别置于转瓶及T-瓶的软骨诱导基中培养两周,通过试剂染色、代谢检测和电镜观察,考察了细胞的软骨分化能力、活性、生长分布、渗透深度、增殖及胞外基质分泌情况。结果表明,壳聚糖/明胶支架的平均孔径为118.25±19.51μm,孔隙率为82.60±2.34%,吸水率为361.28±0.47%,弹性模量为61.2±0.16 k Pa,具有良好生物相容性。ADSCs生长状态良好,可向软骨细胞分化,适于作为组织工程软骨构建的种子细胞。表征结果显示,转瓶内水凝胶支架中细胞蛋白多糖的表达更显著,细胞生长分布更加均匀,细胞外基质分泌基本填满整个支架。因此,转瓶载壳聚糖/明胶支架所提供的三维动态环境,是体外构建组织工程软骨的良好方法。     

基于环糊精包合的超分子水凝胶骨修复材料

分别合成聚β-环糊精作为主体分子及侧链含有金刚烷胺和阿仑膦酸的聚合物作为客体分子,对其化学结构与相对分子质量进行了核磁共振氢谱表征。通过环糊精和金刚烷胺的主客体的分子相互作用得到一种物理交联的超分子水凝胶。通过对聚β-环糊精溶液粒径大小的表征,发现其粒径均匀,平均粒径大小为8.773 nm。倒立法研究发现,主客体分子比例为8∶1时形成的凝胶粘附性能最强。通过流变测试,验证了水凝胶的凝胶化过程。该体系中的阿仑膦酸基团能为水凝胶和骨创伤界面提供强的粘合作用,因而本体系可用于制备可注射水凝胶应用于骨修复领域。     

自我修复凝胶可以取代软骨组织

用于医疗和生物工程应用的高吸水性凝胶往往是灵活的,但也很脆,不能拉伸。一组来自首尔国立大学,哈佛大学和杜克大学的工程和材料科学的研究人员,发明了一种坚韧的合成水凝胶,可伸展到其长度的21倍,并仍可复原。用于制作组织工程的支架和药物运载工具,水凝胶吸收高达99.9%的水分,并且是由天然或合成的聚合物制成。它们可用于生物学研究和医疗应用中,是因为其高水含量     

基于电诱导沉积方法制备海藻酸钙水凝胶

海藻酸钙水凝胶是一种具有良好生物相容性、生物降解性的生物医用高分子材料,但是传统制备方法不能得到具有生理结构的水凝胶。文中提出了一种基于电诱导沉积原理,使用海藻酸钠和碳酸钙混合溶液制备海藻酸钙水凝胶的方法。在分析电诱导沉积原理基础上,搭建了海藻酸钙水凝胶3D打印系统。建立了海藻酸钙水凝胶截面宽度模型,提出了通过调节打印喷头的移动速度控制凝胶截面宽度的方法。应用该系统打印了圆管形、正六边形及四叶草形的生物支架,并用这些结构的生物支架进行细胞培养实验,获得具有一定生物活性的细胞。     

Three-dimensional printing of biomaterials for bone tissue engineering: a review

Processing biomaterials into porous scaffolds for bone tissue engineering is a critical and a key step in defining and controlling their physicochemical, mechanical, and biological properties. Biomaterials such as polymers are commonly processed into porous scaffolds using conventional processing techniques, e.g., salt leaching. However, these traditional techniques have shown unavoidable limitations and several shortcomings. For instance, tissue-engineered porous scaffolds with a complex three-dimensional (3D) geometric architecture mimicking the complexity of the extracellular matrix of native tissues and with the ability to fit into irregular tissue defects cannot be produced using the conventional processing techniques. 3D printing has recently emerged as an advanced processing technology that enables the processing of biomaterials into 3D porous scaffolds with highly complex architectures and tunable shapes to precisely fit into irregular and complex tissue defects. 3D printing provides computer-based layer-by-layer additive manufacturing processes of highly precise and complex 3D structures with well-defined porosity and controlled mechanical properties in a highly reproducible manner. Furthermore, 3D printing technology provides an accurate patient-specific tissue defect model and enables the fabrication of a patient-specific tissue-engineered porous scaffold with pre-customized properties.     

生物活性玻璃-二氧化锰复合支架的制备与表征

骨修复支架在植入缺损处后出现的炎症与氧化应激有关, 其中过氧化氢(H₂O₂)浓度过高是引起氧化应激的主要原因之一。二氧化锰(MnO₂)能够通过催化分解H₂O₂来消除植入物周围环境过量的H₂O₂, 同时催化H₂O₂分解产生的氧气(O₂)能够缓解骨缺损处因血供不足而导致的缺氧环境, 从而有利于骨组织再生与骨缺损修复。本研究采用简单的氧化还原法在3D打印制备的生物活性玻璃(BG)支架表面原位沉积MnO₂颗粒, 得到BG-MnO₂复合支架(BGM), 赋予BG支架清除H₂O₂的同时提供O₂的能力。研究结果表明, BGM支架表面沉积MnO₂含量随反应溶液中高锰酸钾浓度升高而增加, 其抗压强度随MnO₂含量增加而增强, 但这些支架的孔隙率和降解速度基本保持不变。更为重要的是, BGM支架能够在H₂O₂环境中持续催化分解H₂O₂产生O₂, 当不同Mn含量的BGM (BGM5和BMG9)支架在浓度为2 mmol/L的H₂O₂溶液中催化分解H₂O₂产生的O₂能使溶液中饱和氧浓度分别达到8.4和11 mg/L。细胞实验结果表明, BGM支架对骨髓间充质干细胞的增殖和碱性磷酸酶活性有一定促进作用。因此, BGM支架在骨组织修复领域具有较大的应用潜力。     

Recent progress in injectable bone repair materials research

Minimally invasive injectable self-setting materials are useful for bone repairs and for bone tissue regeneration in situ. Due to the potential advantages of these materials, such as causing minimal tissue injury, nearly no influence on blood supply, easy operation and negligible postoperative pain, they have shown great promises and successes in clinical applications. It has been proposed that an ideal injectable bone repair material should have features similar to that of natural bones, in terms of both the microstructure and the composition, so that it not only provides adequate stimulus to facilitate cell adhesion, proliferation and differentiation but also offers a satisfactory biological environment for new bone to grow at the implantation site. This article reviews the properties and applications of injectable bone repair materials, including those that are based on natural and synthetic polymers, calcium phosphate, calcium phosphate/polymer composites and calcium sulfate, to orthopedics and bone tissue repairs, as well as the progress made in biomimetic fabrication of injectable bone repair materials.     

聚苯胺基导电可降解聚合物在组织工程中的研究进展

聚苯胺在电刺激下可调节细胞活性,促进细胞的黏附、生长和分化而备受关注。聚苯胺基导电可降解聚合物支架具有良好的电活性、生物相容性和可降解性,满足实际使用要求。研究支架降解速率与新组织形成之间的拟合是组织工程面临的挑战,对促进组织生长和愈合有着深远的意义。介绍了聚苯胺基导电可降解聚合物研究现状和发展方向,展望了导电可降解高聚合物在组织工程领域中的发展前景。     

用于组织工程的去细胞化基质材料研究进展

细胞外基质在调节干细胞分化和诱导新的组织器官重建过程中扮演着重要的角色。在体外通过不同去细胞化方法获得不同来源的去细胞化基质材料,并研究它们在组织工程领域的应用,具有重要的理论意义和临床应用价值。总结了不同来源去细胞化基质材料的制备方法,并分析了其在诱导干细胞分化和组织修复过程中的作用,最后探讨了目前去细胞化基质材料存在的问题和面临的挑战。     

3D打印HA微球支架的制备与表征

生物材料表面微结构对于成骨具有重要的影响,该研究以不同粒径(<60μm)的羟基磷灰石(HA)微球状粉体为原料,通过3D打印技术制备了一系列(HA0、HA10、HA30、HA50)生物陶瓷支架。不同支架具有相似的理化性能,由于微球粒径不同形成了不同的微结构,对其生物学性能造成不同的影响。相比传统非微球颗粒打印的支架(HA0), HA微球构成的支架能够提供更多细胞粘附和生长位点, 24 h的粘附实验显示HA30支架能显著促进骨髓间充质干细胞的伪足伸长;培养5 d的细胞增殖实验显示,微球支架上的细胞数量与HA0支架出现显著性差异,表面微球结构与细胞尺度相当的HA30支架具有最好的促增殖效果。因此,3D打印技术在可控制备HA支架宏观结构的同时,还可以通过控制生物陶瓷粉体的颗粒形貌,调控3D打印支架的表面微结构,从而优化其生物学效应,在骨组织工程领域具有良好的应用前景。