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。     

生物水凝胶及其复合材料在骨修复中的应用

由于外伤、疾病或骨吸收引起的大面积骨缺损无法自行修复,往往需要植入人工骨来恢复缺损区的骨形态和功能。由于传统的异体和异种骨存在易被宿主吸收、排斥等问题,且自体骨取材有限,因此,骨组织工程是目前最具前景和可行的骨修复策略。骨组织工程的关键是要有种子细胞、支架材料以及生长因子,生物水凝胶是潜在的组织工程细胞支架材料之一。水凝胶具有良好的生物相容性和可降解性,越来越受到组织工程领域学者的关注。本文对生物水凝胶在骨组织工程中的应用进行了评述。     

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     

丝素蛋白在组织工程中的应用及进展

组织工程是生物支架材料、种子细胞和生物活性因子的有机组合,其中支架材料为种子细胞的黏附载体,为细胞的生长增殖及新陈代谢提供适宜的微环境,并最终被生物体逐渐降解而被再生组织替代。支架材料为周围组织提供机械支持,并引导再生组织按照预定结构和方向生长。同时,各种生物活性物质可以加入支架材料中,比如各种生长因子以及抗体等,扩大了支架材料的应用范围。丝素蛋白具有可控且缓慢的生物降解性,突出的机械性能,良好的生物相容性,支持多种细胞的黏附、生长和分化增殖,已经用于血管、骨、软骨及神经组织等方面的组织工程研究。     

两亲性高分子功能化氧化石墨烯的制备与生物相容性评价

二维的氧化石墨烯(GO)的细胞毒性低,且有良好的生物相容性,是良好的光热与成像材料,同时还可以作为纳米载体,用来输运化疗药物、基因等。由于氧化石墨烯的片层之间有较强的范德华力,极易团聚,从而影响其在生物医学方面的进一步应用。本文通过二硬脂酰磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇-氨基(DSPE-PEG-NH2)功能化修饰氧化石墨烯,改善了石墨烯在水相中的稳定性、低毒性及生物相容性。功能化氧化石墨烯在水相中放置两周以上仍然具有良好的分散性,且对细胞没有明显的毒副作用,有望在生物医学领域发挥巨大作用。     

藻酸盐三维细胞培养在骨组织工程中应用的研究进展

目的综述藻酸盐三维细胞培养系统在骨组织工程中的应用研究进展。方法广泛查阅近年来有关藻酸盐三维细胞培养系统在骨组织工程应用研究的文献进行综述。结果藻酸盐具有良好的生物相容性,无毒、对宿主无免疫原性和生物可降解等独特的物理、化学和生物特性,藻酸盐三维细胞培养系统仍然是迄今理想的骨组织工程支架材料之一。结论藻酸盐三维细胞培养系统不仅将广泛应用于生命科学基础研究,作为一种理想的组织移植的支架材料,有望逐步走向临床应用。     

医用多孔钛的研究进展

钛及钛合金由于其优良的抗腐蚀性、生物相容性、低密度和高强度等特点，已广泛应用于承力部位的骨修复，但是如何促进 植入体与骨组织界面的有效结合仍是技术瓶颈，一方面由于植入体的弹性模量与骨组织不匹配，由此产生的应力屏蔽易导致植 入体松动，另一方面植入体缺乏骨诱导作用，导致材料骨界面之间不能形成有效的生物化学结合。近来，具有表面优化处理的新 型生物医用多孔钛材料通过引入孔隙的方法，使其与骨组织的力学性能相匹配，并且应用活化改性技术，使其具有生物活性，成 为目前骨替代材料的研究热点和发展方向。本文简要总结了多孔钛材料在力学性能、生物相容性、制备方法和表面改性等方面的 研究进展，强调在保证其多孔优势性能的前提下，通过生物活性因子的引入，进一步改善其生物相容性，提高结合力，延长植入体 的寿命，使其具有诱导成骨功能，是新型多孔钛材料的发展趋势。     

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.     

基于天然水凝胶的生物材料在骨组织工程中的应用*

天然水凝胶是指原材料来自于天然生物材料的水凝胶。由于这种天然的聚合物含有构成生物体的天然成分,与天然组织具有生物学和化学相似性,而受到特别关注。天然水凝胶由于其与细胞外基质高度的相似性被认为是骨组织工程中优良的仿生基质材料。而针对天然水凝胶机械性能差、成骨诱导性能弱等缺陷,通常需要对天然水凝胶进行改性、引入其他材料或生物活性因子,以此来获得更适用于骨组织工程支架材料。对近年来基于天然水凝胶的生物材料在骨组织工程的应用,与其不同的应用形式(可注射水凝胶、多孔水凝胶支架、3D生物打印水凝胶支架等)进行了概述,以期对这类基于天然水凝胶的生物材料在未来骨组织工程中的应用提供参考。     

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。     

丝素蛋白在电纺丝法构建组织工程支架中的应用进展

丝素蛋白是天然高分子纤维蛋白,具有良好的物理和机械力学性能及生物相容性,因而在组织工程领域有着广阔的应用前景。文中对丝素蛋白的化学组成、分子结构特点、提取方法以及利用静电纺丝技术在组织工程化支架构建中的应用作了概述。总结了丝素蛋白在用于组织工程材料上的性能和优势以及在人工血管、皮肤、骨组织等工程化支架方面的应用情况,探讨了丝素蛋白支架对细胞在其上生长、增殖和功能的影响,同时对丝素蛋白在组织工程化食道支架及其他再生医学上的应用前景进行了展望。     

荧光碳点在生物医学领域中的应用研究进展

荧光碳点(fluorescent carbon dots,FCDs)是一种利用含碳化合物合成的新型荧光纳米材料。这种FCDs相比传统荧光材料如有机染料和半导体量子点,不仅成本低廉、易于合成和功能化,而且还具有更优秀的光学特性(如无光闪烁性),优秀的生物相容性、化学惰性以及细胞低毒性等特点。目前FCDs已经掀起了继富勒烯(C60)、碳纳米管(CNT)和石墨烯(Graphene)之后又一次碳纳米材料的研究浪潮,吸引了愈来愈多的来自物理、化学、材料及生物医药学等不同领域的科学家们。本文综述了最近FCDs在生物医学领域中的应用研究进展。     

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。     

形状记忆聚合物在组织工程中的应用

形状记忆聚合物是由固定相和可逆相构成的具有在外界刺激条件下诱导形状改变特性的一类高分子智能材料。相较于传统的形状记忆合金与陶瓷,其具有特定的生物可降解性、更高的机械性能调控空间、更强的形变恢复能力及更优良的生物相容性。凭借材料特性,近阶段针对形状记忆聚合物在组织工程领域的应用研究愈发广泛,包括血管组织、骨骼肌组织、神经组织与骨组织等方面。综述近年来形状记忆聚合物在多种组织工程领域研究中的实验创新、技术突破与应用拓展,例如将其作为新型多孔血管支架、骨骼肌修复支架、神经修复导管与骨缺损填充物等。可预见随着技术和材料的不断发展,形状记忆聚合物在组织工程领域的应用将更加成熟。     

微弧氧化和碱处理技术在多孔钽修复兔颅骨缺损中的应用

目的观察微弧氧化和碱处理对多孔钽表面性状、生物相容性和成骨能力的影响。方法微弧氧化和碱处理多孔钽片后,扫描电镜观察表面微孔数量、表面钙磷沉积和接触角。植入钽片修复兔颅骨缺损模型,在4周和12周观察骨愈合情况。结果扫描电镜显示处理组表面有更多的微孔和钙磷沉积以及更小的接触角(P<0.05)。植入多孔钽片后,所有动物均生长良好,伤口愈合佳。CT观察多孔钽片和周围骨组织耦合良好;钙黄绿素标记检测显示12周时有新生骨长入多空钽材料内部;扫描电镜观察发现4周时多空钽材料内部有新生血管,12周时有骨小梁长入材料内部。结论微弧氧化和碱处理能改变多孔钽材料表面形状,处理后多孔钽片具有良好的生物相容性和成骨能力。     

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。     

几丁聚糖在组织工程中的应用

支架材料作为组织工程的生物学植入替代物,对细胞移植与引导新组织生长有重要的作用。几丁聚糖可制成无毒性,无刺激性,生物相容性和生物可降解性良好的生物医用材料,在人工皮肤,骨修复材料,手术缝线等方面已广泛应用。本文分析了纯几丁聚糖支架结构和它与其他天然或合成材料复合的支架结构的物理、化学性质及其独特的生物学功能,同时还进一步介绍了其应用的范例并探讨了发展前景。     

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。     

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.     

骨再生的力学生物学问题

生物力学主要探讨力学刺激与细胞的形态、结构和功能之间的关系。骨组织改变其形态和结构以适应力学刺激,表现为骨的适应性重建。骨的生长是骨塑形和骨重建两个过程协同作用的结果,以调整骨的形状、大小和组成,适应其所处的力学环境。骨组织工程的目的就是修复骨组织的正常生物力学功能。近年来,骨组织工程的研究主要集中于模拟骨生长的在体生理条件,从而刺激细胞形成有功能的骨组织。生物反应器能够模拟体内生理状态,为种子细胞在生物支架材料上生长提供一个适宜的力学环境。