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.     

组织工程支架材料研究进展

组织工程在组织或器官的修复和再生中发挥着越来越重要的作用。其中支架材料是组织工程的重要组成部分,能够为种子细胞的粘附、生长、增殖和分化等提供临时的机械支撑以及必要的生长环境,因而显得尤为重要。支架材料按照来源可以分为天然材料、人工合成材料和复合材料。从材料学的角度,介绍了骨、神经、牙齿及血管等组织工程领域中常见的支架材料的研究与应用进展,并对支架材料的发展前景进行了展望。     

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.     

组织工程三维多孔支架材料制备技术的研究现状

组织工程支架材料是组织工程成败之关键因素,制备一种既具有良好生物相容性和生物降解性,又具有,特定形状和三维连通多孔结构的支架材料是组织工程的一个重要方面.主要综述了组织工程多孔支架材料制备技术的研究现状,分析和总结了各制备技术的优缺点,并对其发展趋势进行了展望.     

组织工程支架研究进展

简述了组织工程支架的重要性及要求,综述了制备组织工程支架所用生物活性陶瓷、天然高分子及合成高分子材料的特点,着重介绍了静电纺丝法、热致相分离法、溶剂浇铸/粒子沥滤法和冷冻-干燥法制备组织工程支架的原理,提出了组织工程支架研究存在的问题,并展望了组织工程支架未来的研究方向。     

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.     

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.     

组织工程支架材料

对组织工程各个领域应用的支架材料进行了论述,并对组织工程支架材料的最新研究动态进行了研究和预测。     

组织工程支架材料研究进展及发展趋势

对生物支架材料的基本要求、分类、研究现状及前沿动态作了较全面系统的概述,对组织工程支架材料目前存的问题、研究的重点和热点做了归纳分析,并对其发展趋势进行了展望,预测组织工程支架材料将向分子设计、仿生设计、纳米化、应用基因技术及细胞分化技术等方向发展.     

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.     

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。     

用超临界CO2法制备聚乳酸三维多孔支架材料

在超临界CO2(SC—CO2)条件下制备了生物相容性良好的聚乳酸(PLA)多孔材料，研究了PLA的分子量、SC—CO2的压力、温度和处理时间对多孔材料的结构形态、孔隙率和玻璃化温度的影响。结果表明：支架材料的孔洞分布、结构形态和孔隙率不仅与聚乳酸的分子量有关，而且与处理样品的压力、温度和时间关系密切；经超临界CO2处理后材料的玻璃化温度(Tg)有所升高，与传统的方法所制得的材料相比较，多孔材料不仅杂质少，孔径孔率分布均匀，孔洞表面粗糙，而且在大孔之间几乎布满了直径为10—20μm的微孔，该结构提供了营养物质和新陈代谢的通道，且细胞和生长因子也能通过。     

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。      

Biocompatible biodegradable polycaprolactone/basil seed mucilage scaffold for cell culture

In this study, a polymer obtained from the basil seed mucilage (BSM) in combination with polycaprolactone (PCL), was used in the 2D scaffold production process for cell culture. First, combinations of two polymers with different ratios and concentrations were prepared and electrospun. Among these samples, a sample with a BSM/PCL ratio of 2/3 was used to perform different tests due to its fibre uniformity and appropriate diameter. The Fourier transform infrared spectrometer test was carried out to chemically analyse the scaffold, the X‐ray diffraction test to determine the crystallinity of the scaffold, and the contact angle test to determine the hydrophilicity of the scaffold. The strength, porosity, and degradation percentage of the scaffold were also studied. With appropriate conditions of the scaffold for cell culture determined, Vero epithelial cells were cultured on the scaffold. Results obtained from cell culture indicated that the adhesion of the scaffold was suitable for the appropriate growth cells.Inspec keywords: adhesion, porosity, hydrophilicity, tissue engineering, X‐ray diffraction, electrospinning, cellular biophysics, contact angle, biodegradable materials, biomedical materials, polymer blends, Fourier transform infrared spectraOther keywords: X‐ray diffraction test, contact angle test, cell culture, biocompatible biodegradable scaffold, polycaprolactone‐basil seed mucilage scaffold, Fourier transform infrared spectrometer test, scaffold hydrophilicity, Vero epithelial cells, scaffold crystallinity, 2D scaffold production process     

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。     

骨组织工程支架材料的研究进展

骨组织工程的发展,要求充分结合材料工程与生物工程相关知识,对植入材料进行分子及细胞水平的设计.细胞外基质材料(支架材料)的选择与制备是骨组织工程的一项重要而关键的任务.如何找到能促进并指导细胞黏附、增殖的支架材料是目前骨组织工程研究的热点之一.介绍了骨组织工程相关原理,并综述了几种支架材料的发展研究现状.     

超顺磁性磷酸钙复合支架的制备及性能研究

采用共混-真空烧结方法制备了一系列超顺磁性磷酸钙复合支架, 通过SEM、EDS、XRD和VSM等手段对所制备的材料性能进行表征, 并考察了其在水中的稳定性以及Ros17/2.8细胞在材料表面的黏附生长情况。结果表明: 该方法所制备的超顺磁性复合支架具有多级连通孔结构, 磁性纳米颗粒在基体中分布均匀, 结合牢固且复合量精确可控, 在水中具有良好的稳定性。真空烧结避免了磁性纳米颗粒在烧结过程中发生氧化和相变, 使复合支架继续保持超顺磁性并具有良好的磁性能, 且该磁性支架有利于细胞的黏附和生长, 具有较好的生物相容性, 在组织工程中有潜在的应用前景。     

新型可降解钙磷骨水泥多孔支架研究

采用一种特殊的方法制备了孔径、孔隙率和孔形状可控的多孔羟基磷灰石骨水泥支架. 材料的抗压强度可达4MPa, 孔隙率可达70%, 孔与孔之间互相贯通, 大孔壁富含微孔. 细胞在材料表面黏附铺展且增殖良好, 体外模拟实验显示材料的降解速度随孔隙率的增加和Ca/P比的降低而加快, 多孔支架有优良的生物降解性和生物相容性. 该材料可用于修复骨组织缺损和作为支架材料用于组织工程.