β-TCP支架体外构建组织工程骨及其流体力学研究

骨髓基质干细胞在β-tricalciumphosphate(β-TCP)支架上分别进行了1、2和4周的三维动态培养,对支架上不同时间和部位的细胞面积/微孔面积及支架动态培养的流体环境进行了研究.研究表明,第1周细胞在支架大部分孔道内粘附生长并出现一定区域的单细胞层和多细胞层,第2周部分区域的部分孔道已填满了细胞并出现多细胞层,第4周大部分孔道几乎填满了细胞,主管道内壁出现了较多的细胞生长.同时发现,支架上各个区域细胞粘附面积不等,部分区域无细胞存在,有的部位2周后细胞逐渐减少.为了研究支架各个位置细胞増殖与流速、剪切应力的关系,建立了支架随机孔道结构的流体分析模型,通过支架上流速和剪切应力分布探讨实验中细胞分布现象的机理.结合计算和实验发现,流体能流到的部位几乎都有细胞生长,细胞生长较快的部位速度大多集中在0.24～0.53mm/s,剪切力大多在0.0050～0.023Pa,主管道底部及靠近进口的部位可能存在由于过大的剪切力影响细胞生长的区域.上述结果在一定程度上反映了细胞-支架-流体三者在成骨转化过程中的作用,对指导体外灌注培养的流量确定、灌注工艺及骨转化动力学研究有重要的意义.     

单端固定式下颌骨修复体的应力分析

目的:针对包括一侧髁状突的下颌骨缺损,通过有限元应力分析,了解单端固定式下颌骨修复体在功能运动时的受力与变形规律,以期寻求更加合理的修复体的设计和固定方式。方法:建立下颌骨断端和修复体的简易三维模型,模拟咀嚼运动,施加垂直方向载荷,进行有限元法应力分析,计算出该模型各组成部分的应力分布和受力变形。结果:在该模型加载时,延伸板基部和近断端处上部的螺钉颈部是应力集中的部位,近断端处下部的螺钉颈部和修复体的远端舌侧为形变最大的部位。结论:单端固定式下颌骨修复体在加载时,延伸板的基部和靠近断端的固定螺钉是应力集中的部位,修复体远离固定的一侧是变形最大的部位,提示我们应将延伸板形态设计为尽可能加宽,并应增加下颌骨下缘处的固定,使修复体与下颌骨断端受力更加合理,变形也尽可能缩小。     

面向重要实质器官的生物制造技术

在体外制造可修复人体受损组织与器官功能的活性替代物一直是人类的梦想.制造、材料与生命科学的交叉与融合发展,为生物组织与器官的体外制造提供了必要的技术、材料与生物学基础,从而实现了皮肤、骨、膀胱等简单活性组织的临床应用,但人体重要实质器官如肝脏、肺等的再造研究至今未取得突破性进展.重要实质器官内部复杂的微观结构系统及多细胞体系的构建是实现其体外制造的关键,也是当前生物组织与器官制造技术所面临的巨大挑战.从生物制造的角度,综述国内外在重要实质器官复杂微结构制造领域的主要技术方法及最新研究进展,通过分析与评价,对未来重要实质器官的生物制造技术发展进行展望.     

单端固定式下颌骨修复体的应力分析

目的：针对包括一侧髁状突的下颌骨缺损,通过有限元应力分析,了解单端固定式下颌骨修复体在功能运动时的受力与变形规律,以期寻求更加合理的修复体的设计和固定方式。方法：建立下颌骨断端和修复体的简易三维模型,模拟咀嚼运动,施加垂直方向载荷,进行有限元法应力分析,计算出该模型各组成部分的应力分布和受力变形。结果：在该模型加载时,延伸板基部和近断端处上部的螺钉颈部是应力集中的部位,近断端处下部的螺钉颈部和修复体的远端舌侧为形变最大的部位。结论：单端固定式下颌骨修复体在加载时,延伸板的基部和靠近断端的固定螺钉是应力集中的部位,修复体远离固定的一侧是变形最大的部位,提示我们应将延伸板形态设计为尽可能加宽,并应增加下颌骨下缘处的固定,使修复体与下颌骨断端受力更加合理,变形也尽可能缩小。     

可控多孔结构支架制备及灌注式体外培养

利用CAD和快速成形技术设计制造具有可控多孔结构的支架。构建灌注式生物反应器系统,实现氧气和营养物质的大量输送,同时产生一定流体剪应力,调节细胞功能的发挥。根据支架负型结构制造出相应的树脂原型,用磷酸钙骨水泥进行填充烧结,得到与设计相符的多孔支架。接种兔成骨细胞,分别采用静态和灌注式三维动态培养方法,观察不同培养条件下细胞在支架表面以及所构造微管道内的生长情况。试验结果表明,灌注式体外培养方法更有利于细胞在支架微管道内的存活和功能的发挥,此灌注式系统能够改善支架微管道内细胞生存的微环境,增强黏附在支架微管道内细胞的活性,促进细胞进一步的增殖和矿化基质的产生。