聚己内酯静电纺丝纳米纤维支架用于小鼠诱导多能干细胞培养

干细胞联合生物支架材料体外构建功能性组织与器官,成为当前组织再生研究的重要策略,而探求具有良好生物相容性的支架材料是其关键.本研究采用扫描电镜、噻唑蓝（MTT）法、荧光显微染色等方法检测小鼠诱导多能干细胞（murine induced pluripotent stem cells, miPSCs）在聚己内酯（poly ε-caprolactone, PCL）静电纺丝纳米纤维支架上的粘附、增殖等生物学特性,探究聚己内酯纳米纤维支架与miPSCs的生物相容性. 结果显示,miPSC在PCL纳米纤维支架上具有良好粘附性并呈集落样生长,其增殖能力及干性标记物（Oct4-GFP+）的表达均不亚于标准对照组;扫描电镜显示,miPSC在PCL纳米纤维支架材料上呈现出绒毛状突起的表面结构.上述结果表明,PCL纳米纤维支架可促进miPSCs的粘附、自我增殖以及干性维持,两者具有良好的生物相容性,为下一步联合生物支架材料与干细胞构建功能性组织奠定了基础.     

利用聚己内酯/羟基磷灰石复合支架修复犬胸骨缺损

目的：探讨利用生物可降解支架修复动物胸骨缺损,为临床手术治疗提供新的可行性方法。方法：对于12只比格犬进行手术切除部分胸骨,并利用聚己内酯/羟基磷灰石（PCL/HA）复合支架,并制备出与临床相似的胸骨缺损模型。实验动物分成2组,分别是：空白对照组和PCL/HA支架组。分别于术后第4、12周进行胸部CT扫描,并对胸廓进行三维重建,观察胸骨缺损部位的修复情况,并在第12周取胸骨缺损部位组织进行硬组织切片,苦味酸-品红染色,观察缺损部位的骨组织修复情况,并利用软件进行骨组织比率分析,评估修复情况。结果：通过检查发现空白对照组的胸骨缺损部位未见明显骨连接,胸廓的骨性结构有明显畸形,PCL/HA支架组能很好地维持胸廓的完整性,组织学检查发现PCL/HA支架组的缺损部位有明显新生骨形成,通过软件分析可发现支架组的骨组织比率较空白组的高（P〈0.05）。结论：这些结果表明采用PCL/HA复合材料支架能很好地修复胸骨缺损。     

应用于骨缺损修复的复合生物活性人工骨的生产技术

可应用于骨组织修复的具有生物活性的复合医用材料——人工骨,采用60％FDA批准的高分子材料高分子材料聚乙内酯多元醇和40％陶瓷原料磷酸三钙用融合塑型技术,生产出物理性状类似骨组织的人工骨,再以交联的方式将骨形态发生蛋白BMP-2,修饰复合材料表面,增强复合材料的生物成骨活性,可促进骨组织再生。     

石墨化炭/ 炭复合材料+ 羟基磷灰石涂层(C/C+HA) 复合骨植入材料研究

目的:通过建立兔股骨缺损的动物实验模型,对采用等温化学气相沉积法和等离子喷涂技术所制备的石墨化炭/炭复合材料+羟基磷灰石涂层(C/C+HA)复合骨植入材料进行骨植入实验的的生物相容性进行评价,探索该复合材料作为植入机体骨组织的可行性依据.方法:采用骨科钻在实验动物股骨髁上钻孔的方法建立骨缺损的动物实验模型,将待研究比较的实验材料分别植入实验动物的股骨髁内,持续观察8周,在术后第2、4、8周时应用X线照片、组织学染色和扫描电镜技术,分别观察所研究材料在机体内对骨缺损愈合及其对机体的影响,进行组间比较和相关性分析.结果:石墨化炭/炭复合材料+羟基磷灰石涂层(C/C+HA)复合骨植入材料的骨植入实验生物相容性良好,材料与骨组织结合牢固,界面中成骨细胞生长明显,且炭颗粒脱落现象少,未见炎症细胞浸润.植入动物体内的材料在植入期未引起机体局部的炎症浸润反应且表面脱落的碳颗粒在机体组织中也未引起局部严重的炎症反应.在实验动物植入材料后的连续8周观察期中,组织学观察显示:表面涂有HA的炭/炭复合材料对骨组织形态改建上表现良好,其与骨组织接界处所形成的纤维结缔组织膜层厚度明显比未涂HA的材料要小,与骨组织结合更为紧密和牢固;碳颗粒出现脱落游离的现象明显减少.结论:在炭/炭复合材料表面涂以HA生物涂层对骨的形态改建和促进骨小梁生长等方面具有良好的作用,是一种具有发展潜力的骨修复材料.     

胶原蛋白/BMP复合材料的制备和成骨性能研究

以胶原膜(含87.5 mg I型胶原蛋白)为载体, 复合3.5 mg rhBMP-2(人基因重组骨形成蛋白-2), 制备胶原蛋白/BMP复合材料。复合材料首先在兔背阔肌中埋置, 预构新生骨组织, 并采用ALP染色、Von Kossa染色和HE染色等观察复合材料的成骨过程和组织形态。然后将形成的新骨组织游离移植修复自体下颌骨体部洞穿性缺损; 并设以胶原为载体的rhBMP-2复合骨修复材料直接修复为对照组, 骨缺损不修复组为空白组。采用X线、抗压强度、硬组织切片、四环素荧光染色、骨形态计量检查, 观察复合材料修复骨缺损的质量和效果。结果表明, 胶原蛋白/BMP复合材料在兔背阔肌中4～6周成骨, 胶原材料于3～5周降解; 成骨过程为是以软骨成骨为主的方式, 新骨形态为编织骨, 可见明显的微血管分布; 游离移植修复自体下颌骨缺损, 6周缺损区为骨性愈合, 与对照组在抗压强度(P = 0.041)、新骨量(P = 0.034)均有显著性差异。胶原蛋白/BMP复合材料在骨骼肌中形成的新生骨组织可作为供骨修复一定范围的骨缺损。     

胶原蛋白/BMP复合材料的制备和成骨性能研究

以胶原膜(含87.5 mg I型胶原蛋白)为载体, 复合3.5 mg rhBMP-2(人基因重组骨形成蛋白-2), 制备胶原蛋白/BMP复合材料。复合材料首先在兔背阔肌中埋置, 预构新生骨组织, 并采用ALP染色、Von Kossa染色和HE染色等观察复合材料的成骨过程和组织形态。然后将形成的新骨组织游离移植修复自体下颌骨体部洞穿性缺损; 并设以胶原为载体的rhBMP-2复合骨修复材料直接修复为对照组, 骨缺损不修复组为空白组。采用X线、抗压强度、硬组织切片、四环素荧光染色、骨形态计量检查, 观察复合材料修复骨缺损的质量和效果。结果表明, 胶原蛋白/BMP复合材料在兔背阔肌中4～6周成骨, 胶原材料于3～5周降解; 成骨过程为是以软骨成骨为主的方式, 新骨形态为编织骨, 可见明显的微血管分布; 游离移植修复自体下颌骨缺损, 6周缺损区为骨性愈合, 与对照组在抗压强度(P = 0.041)、新骨量(P = 0.034)均有显著性差异。胶原蛋白/BMP复合材料在骨骼肌中形成的新生骨组织可作为供骨修复一定范围的骨缺损。     

Ⅰ型胶原/聚己内酯/凹凸棒石复合支架材料体外诱导成骨的研究

目的:研究Ⅰ型胶原(ColⅠ)/聚己内酯(PCL)/凹凸棒石(ATP)复合支架材料的生物相容性及体外骨诱导性。方法:采用溶液浇铸-粒子滤沥法制备三种不同ATP含量(0% wt、10% wt、30% wt)的ColⅠ/PCL/ATP复合支架材料;将D1细胞与三种支架材料共培养,扫描电镜、鬼笔环肽和H&E染色、CCK-8法评价支架材料的生物相容性;D1细胞复合三种支架材料培养7天、14天、21天后RT-qPCR检测其成骨相关基因(Runx-2、Osterix、ALP、Col I、OPN、OC)的相对表达量,分别评价比较三种支架材料的成骨诱导效应。结果:SEM、鬼笔环肽和H&E染色显示D1细胞在三种支架材料表面均呈现良好的黏附;CCK-8结果显示,细胞在ATP含量30% wt的支架材料上增殖率显著高于其他两组,RT-qPCR检测结果显示,与0% wt、10% wt ATP相比,30% wt ATP组的Runx-2相对表达量在7天时显著升高, 14天、21天降低;ALP相对表达量在14天时显著升高,21天时显著降低;Osterix、Col I、OPN、OC的相对表达量随时间和ATP剂量的增加显著上调(P<0.05)。结论:ColⅠ/PCL/ATP复合支架材料具有良好的生物相容性及骨诱导性,有望成为一种理想的骨组织工程支架材料。     

明胶微球在骨组织工程中的应用

骨组织工程通过联合利用种子细胞、生物活性因子和支架材料等要素来构建骨组织再生微环境,从而促进骨缺损的修复重建来诱导骨再生。明胶微球具有多孔性、生物降解性、生物相容性及生物安全性等优势,是一种极具应用潜能的骨修复材料。明胶微球用于体外培养种子细胞时可实现高效扩增。多官能团结构使其可作为促血管再生因子、促骨再生因子及抗感染因子等多种药物的递送载体,缓释药物的同时也可实现微球的多功能化。在构建明胶微球支架时与其他生物材料复合及血管化性能的赋予可提高支架材料的综合性能,但目前支架的设计还存在如何兼顾材料多孔结构和力学性能的问题。本文主要综述了明胶微球的常见制备技术及其近年来在骨组织工程中的应用,并对未来的发展前景进行展望。     

超临界流体发泡技术制备BMP-2-PLLAms/FGF-2-nHA/PLGA复合支架及体外成骨诱导效应研究

本研究将左旋聚乳酸微球(PLLAms)与纳米羟基磷灰石/聚乳酸-羟基乙醇酸(nHA/PLGA)多孔支架复合,构建可次第释放不同生长因子的骨组织工程支架.首先,制备载骨形态发生蛋白2的左旋聚乳酸微球(BMP-2-PLLAms),然后将微球与nHA/PLGA及碱性成纤维细胞生长因子2(FGF-2)按照一定的比例混合,通过超临界流体发泡制备BMP-2-PLLAms/FGF-2-nHA/PLGA复合支架.制备的BMP-2-PLLA载药微球呈规则球形,粒径分布在6~10μm之间,BMP-2载药量为1.45×10-3%,包封率为61.9%,制备的BMP-2-PLLAms/FGF-2-nHA/PLGA复合支架孔径为100~200μm,孔隙率为75.8%,抗压强度为6.8 MPa,8周降解率为19.9%.7天时,FGF-2和BMP-2的累计释放率分别为77.1%和44.2%;14天时,FGF-2和BMP-2的累计释放率分别为84.9%和61.5%.大鼠骨髓间充质干细胞(BMSCs)的成骨诱导实验证明复合支架中释放的BMP-2和FGF-2能够持续有效地刺激BMSCs的增殖和分化,具有良好的生物活性.BMP-2-PLLAms/FGF-2-nHA/PLGA复合支架有效实现了FGF-2和BMP-2的次第释放,且能够显著地促进BMSCs的成骨分化.     

MC 3T3-E1细胞在纳米羟基磷灰石/壳聚糖复合支架上的增殖和分化

用原位合成纳米羟基磷灰石的方法制备多孔纳米羟基磷灰石/壳聚糖复合支架;在支架上接种MC3T3-E1细胞,瑞氏染色检测细胞形态,MTT法检测其增殖情况;在诱导培养基中培养30d后,碱性磷酸酶染色比较其分化水平;定量检测细胞的碱性磷酸酶活性;RT-PCR检测成骨相关基因的表达情况。实验结果表明:MC3T3-E1细胞在纳米级羟基磷灰石/壳聚糖复合支架上粘附铺展良好,其增殖率显著高于培养于纯壳聚糖支架上的细胞。碱性磷酸酶染色表明复合支架上的细胞有较高水平的碱性磷酸酶表达。进一步定量检测细胞的碱性磷酸酶活性,结果说明在复合支架上细胞比纯壳聚糖支架上培养的细胞碱性磷酸酶活性提高了约8倍。此外,骨分化相关特征基因骨桥蛋白OPN在复合支架上培养的细胞中的表达水平也明显高于纯壳聚糖上培养的细胞。分化成熟标志基因骨钙素OC在复合支架上培养的细胞中有表达,但是纯壳聚糖支架上培养的细胞中却未检测到。支架中纳米羟基磷灰石的加入不仅提高了前成骨细胞在复合支架上的增殖,而且还促进了它的分化。纳米羟基磷灰石/壳聚糖复合支架表现出良好的生物相容性和生物活性,是极具前景的骨组织工程支架材料。     

MC 3T3-E1细胞在纳米羟基磷灰石/壳聚糖复合支架上的增殖和分化

用原位合成纳米羟基磷灰石的方法制备多孔纳米羟基磷灰石/壳聚糖复合支架;在支架上接种MC 3T3-E1细胞,瑞氏染色检测细胞形态,MTT法检测其增殖情况;在诱导培养基中培养30d后,碱性磷酸酶染色比较其分化水平;定量检测细胞的碱性磷酸酶活性;RT-PCR检测成骨相关基因的表达情况。实验结果表明：MC 3T3-E1细胞在纳米级羟基磷灰石/壳聚糖复合支架上粘附铺展良好,其增殖率显著高于培养于纯壳聚糖支架上的细胞。碱性磷酸酶染色表明复合支架上的细胞有较高水平的碱性磷酸酶表达。进一步定量检测细胞的碱性磷酸酶活性,结果说明在复合支架上细胞比纯壳聚糖支架上培养的细胞碱性磷酸酶活性提高了约8倍。此外,骨分化相关特征基因骨桥蛋白OPN在复合支架上培养的细胞中的表达水平也明显高于纯壳聚糖上培养的细胞。分化成熟标志基因骨钙素OC在复合支架上培养的细胞中有表达,但是纯壳聚糖支架上培养的细胞中却未检测到。支架中纳米羟基磷灰石的加入不仅提高了前成骨细胞在复合支架上的增殖,而且还促进了它的分化。纳米羟基磷灰石/壳聚糖复合支架表现出良好的生物相容性和生物活性,是极具前景的骨组织工程支架材料。     

聚己内酯/柚皮素纳米纤维膜对白介素1β诱导的体外骨关节炎的作用研究

目的探讨聚己内酯(PCL)/柚皮素纳米纤维膜对白介素1β(IL-1β)诱导SD大鼠软骨细胞退行性变修复作用。方法使用静电纺丝技术分别制作PCL纳米纤维膜,PCL/柚皮素纳米纤维膜,使用扫描电子显微镜(SEM)观察纳米纤维膜的表征。提取3～5 d的SD大鼠软骨细胞,分为空白对照组、骨关节炎(OA)组、骨关节炎加PCL(OA+PCL)组、骨关节炎加PCL/柚皮素(OA+PCL/柚皮素)组,分别处理24 h后进行CCK-8实验检测各组SD大鼠软骨细胞的增殖情况,并进行活/死细胞染色,观察各组SD大鼠软骨细胞的毒性。提取各组SD大鼠软骨细胞的总RNA,使用qRT-PCR检测炎症及软骨标志基因的表达。结果与OA组相比,PCL/柚皮素纳米纤维膜组大鼠的细胞活性较高,细胞数量明显增多,炎症标志基因表达明显降低,软骨标志基因表达明显增高(均P0.05)。结论 PCL/柚皮素能降低IL-1β诱导的SD大鼠体外骨关节炎症标志基因的表达,对SD大鼠关节炎有一定治疗作用,且能上调关节炎细胞中软骨标志基因COL2a1的表达。     

壳聚糖复合材料在骨组织工程中的应用

支架材料作为骨组织工程的关键三要素之一具有重要的作用。壳聚糖是唯一带正电的天然碱性多糖,其具有良好的生物相容性、生物可降解性、固有的抗菌性以及促进成骨细胞增殖、促成骨分化等优点,在骨组织工程中被广泛用来制备骨组织工程支架材料。但单纯壳聚糖制备的支架材料机械性能较差、生物响应性较低。因此,近些年来基于壳聚糖的复合支架备受人们关注。目前,人们已经研发出了不同类型的壳聚糖基复合材料,包含与无机相、有机相以及多相复合的支架材料等,并对其生物学性能进行广泛研究,主要包括支架材料在细胞体外培养中的作用、支架材料体内修复不同骨缺损的效果和模式等方面。本文对此进行综述,并对今后的研究趋势进行了初步的探讨     

骨组织工程脱细胞骨基质的研究进展及存在问题

随着骨科学的发展,骨组织缺损治疗这一难题尤显突出,急需一种更为有效的疗法.骨组织工程是采用组织工程学的原理与方法,研制具有修复骨缺损能力的骨替代物的一门科学.经过20余年的发展,骨组织工程最终确立了将骨再生相关分子、成骨活性细胞与支架材料三者复合来构建组织工程骨的基本模式.支架材料是骨组织工程的核心,而作为支架材料之一的脱细胞骨基质(Acellular bone extracellular matrix,ABECM),近年来发展迅猛,展示出强大的生命力及临床应用前景.并且ABECM已有应用于临床试验的报道.本文将就此做一综述.     

PLLA短纤维涂覆多孔HA支架的制备

细胞外基质的重要成分——胶原蛋白,主要以纳米纤维的形式存在并构成纳米纤维多孔网架,因此,构建具有类细胞外基质结构的仿生支架可能为细胞在体外的生长提供理想的微环境。本实验中,采用静电纺丝技术制备聚乳酸纳米纤维,并采用铜板切片法对纤维膜进行短切得到PLLA短切纤维,其中,单根纤维的长度在500μm左右。选用海藻酸钠作为PLLA短纤维的分散剂,将PLLA短纤维均匀的分散在海藻酸钠溶液中,形成短纤维的悬浊液,然后在多孔羟基磷灰石支架表面均匀的涂覆,用氯化钙交联海藻酸钠使纤维固定在支架表面。制得纤维复合支架。用扫描电镜观察复合支架微观形貌可观察到支架表面纤维分散均匀,并且未出现堵孔现象。     

石墨化炭/炭复合材料＋羟基磷灰石涂层（C/C＋HA）复合骨植入材料研究

目的：通过建立兔股骨缺损的动物实验模型,对采用等温化学气相沉积法和等离子喷涂技术所制备的石墨化炭/炭复合材料＋羟基磷灰石涂层（C/C＋HA）复合骨植入材料进行骨植入实验的的生物相容性进行评价,探索该复合材料作为植入机体骨组织的可行性依据。方法：采用骨科钻在实验动物股骨髁上钻孔的方法建立骨缺损的动物实验模型,将待研究比较的实验材料分别植入实验动物的股骨髁内,持续观察8周,在术后第2、4、8周时应用X线照片、组织学染色和扫描电镜技术,分别观察所研究材料在机体内对骨缺损愈合及其对机体的影响,进行组间比较和相关性分析。结果：石墨化炭/炭复合材料＋羟基磷灰石涂层（C/C＋HA）复合骨植入材料的骨植入实验生物相容性良好,材料与骨组织结合牢固,界面中成骨细胞生长明显,且炭颗粒脱落现象少,未见炎症细胞浸润。植入动物体内的材料在植入期未引起机体局部的炎症浸润反应且表面脱落的碳颗粒在机体组织中也未引起局部严重的炎症反应。在实验动物植入材料后的连续8周观察期中,组织学观察显示：表面涂有HA的炭/炭复合材料对骨组织形态改建上表现良好,其与骨组织接界处所形成的纤维结缔组织膜层厚度明显比未涂HA的材料要小,与骨组织结合更为紧密和牢固;碳颗粒出现脱落游离的现象明显减少。结论：在炭/炭复合材料表面涂以HA生物涂层对骨的形态改建和促进骨小梁生长等方面具有良好的作用,是一种具有发展潜力的骨修复材料。     

珍珠层粉复合支架修复骨缺损的生物学性能研究

骨组织工程中的复合支架研究是当今的热点之一,珍珠层粉作为一种骨修复替代材料,具有诱导成骨作用的有机基质以及合适的降解性能。因此珍珠层粉复合支架有望成为理想的骨组织工程修复材料,现就其生物学性能进行综述。     

掺锶生物活性玻璃通过调控巨噬细胞极化促进成骨

巨噬细胞极化在骨修复中起着非常重要的作用。骨修复材料在植入体内后,会引起巨噬细胞的响应,使其向M1/M2极化,从而影响材料的成骨效果。本文制备了掺锶量分别为0%,5%,10%和15%摩尔百分比的锶掺杂微纳米生物活性玻璃(Sr-MNBG),并研究了不同掺锶量的Sr-MNBG对巨噬细胞极化的影响;随后,在此基础上研究了不同掺锶量Sr-MNBG调控的巨噬细胞分泌成分对小鼠骨髓间充质干细胞(m MSCs)向成骨分化的影响;最后,通过体内原位骨缺损修复实验验证了不同掺锶量Sr-MNBG对巨噬细胞极化的调控作用及其体内成骨作用。体外实验结果显示,掺锶量为5%,10%和15%的Sr-MNBG较掺锶量为0%的Sr-MNBG更能促进巨噬细胞向M2极化,其中10%掺锶量的Sr-MNBG具有最强的促巨噬细胞M2极化作用,且10%掺锶量的Sr-MNBG调控的巨噬细胞分泌成分更有利于成骨。体内实验结果表明,不同掺锶量的Sr-MNBG植入到体内后,10%掺锶量的Sr-MNBG周围有更多的M2巨噬细胞浸润,且表现出更好的骨修复效果,与体外实验结果相一致。因此,Sr-MNBG有望作为一种富有前景的免疫调控材料应用于骨修复。     

丝素蛋白/壳聚糖复合材料在组织工程中应用的研究进展

丝素蛋白(silk fibroin,SF)和壳聚糖(chitosan,CS)具有良好的生物相容性和可降解性,然而单一组分的SF和CS支架材料的诸多缺点限制了其在组织工程研究中的应用。SF/CS复合材料克服单一组分SF和CS支架的缺点,具有力学性能优良、可塑性好、孔隙率及孔径可调和组分优势互补等特点。多种方法制备的SF/CS复合材料(微米/纳米颗粒、膜、纳米纤维、水凝胶和三维多孔支架)已用于骨、软骨、皮肤、神经、脂肪、心脏和角膜等组织工程或组织损伤修复的研究中。目前,国内外对于SF/CS复合材料在组织工程中应用的研究尚处于起步阶段。主要对SF/CS复合材料的特点、制备方法以及在多种组织工程中应用的研究现状进行了简要介绍。     

羟基磷灰石/柞蚕丝素（HA/TSF骨仿生纳米纤维的生物学性能研究

目的：柞蚕丝素（tussah silk fibroin,TSF）和羟基磷灰石（hydroxyapatite,HA）均具有良好的生物活性和生物相容性,是组织工程研究的热点i,但结构单一及微米级的材料所表现出的性能简单,不能满足人们对生物材料支架性能的要求,本课题将两者按不同比例进行复合,探讨不同皮芯比例羟基磷灰石／柞蚕丝素（HA／TSF）的骨仿生纳米纤维的生物学性能。方法：首先利用同轴静电纺丝技术,以TSF水溶液为皮,HA水溶液为芯,制备不同皮芯比例的HA／TSF骨仿生纳米纤维,然后将人成骨肉瘤细胞（MG-63）种植在不同皮芯比例的HA／TSF纳米纤维上。在不同的时间点分别通过倒置显微镜、扫描电镜观察细胞形态学变化;通过四甲基偶氮噻唑蓝比色（Four methyl azo thiazole blue colorimetric, MTT）法、碱性磷酸酶（alkaline phosphatase,ALP）活性检测法观察细胞在材料表面的增殖和分化,从多角度来评价材料的生物学性能。结果：通过形态学观察,SEM观察以及MTT检测,发现除空白对照组外,各组样品均显示良好的生物相容性,均能促进细胞的黏附、增殖,尤以HA／TSF为2：1时最明显;通过MG-63细胞的ALP活性检测,发现当HA／TSF比例为2：1时,最能促进细胞ALP活性的表达,有利于诱导成骨细胞的分化。结论：皮芯结构的HA／TSF骨仿生纳米纤维具有良好的生物学性能,且二者在自然界来源丰富,价格便宜,为临床骨组织缺损修复的应用奠定了一定的实验基础