仿生型生物玻璃／胶原蛋白／磷脂酰丝氨酸／透明质酸复合支架修复兔桡骨缺损

目的：观察仿生型生物玻璃／胶原蛋白／磷脂酰丝氨酸／透明质酸复合支架材料植入体内后诱导骨形成、促进矿化和修复缺损的能力。 方法：实验于2005-06／2006加2在南方医科大学珠江医院骨科实验室完成。④将40只兔子随机分成6组，生物玻璃／胶原蛋白／磷脂酰丝氨酸／透明质酸组12只（24条桡骨）、生物玻璃／胶原蛋白组12只（24条桡骨）、58S生物玻璃组12只（24条桡骨）和空白对照组4只（8条桡骨）。左右两侧桡骨制造10mm骨缺损，分别植入相应材料。②在植入材料后2，4，8，12周观察动物饮食、活动及伤口愈合等大体情况，以及缺损部位X射线变化，并取材分别进行组织形态学、扫描电镜、以及骨密度的检测。 结果：40只兔子（80条桡骨）全部进入结果分析。①兔大体观察结果：术后所有动物伤口愈合良好，未发生骨折，活动、进食情况和精神状态基本正常。②兔缺损区X射线检查结果：术后2周，生物玻璃／胶原蛋白／磷脂酰丝氨酸／透明质酸组两截骨端有明显致密影，外层有少量骨痂形成；术后8周骨皮质连接完整；12周缺损完全修复，髓腔基本再通。③兔缺损区组织形态学观察及骨与材料界面扫描电镜观察结果：术后2周生物玻璃／胶原蛋白／磷脂酰丝氨酸／透明质酸组即可见成骨细胞沿支架材料爬行并分泌骨基质；4周可见大量新生骨小梁向缺损中心生长；12周缺损区内基本看不到支架材料，完全由新生骨组织替代，髓腔已再通。④各组兔缺损区骨密度测定结果：生物玻璃／胶原蛋白／磷脂酰丝氨酸／透明质酸组术后4，12周骨密度分别是生物玻璃／胶原蛋白组的4．25倍和1．71倍，且明显优于58SBG组，析因设计方差分析不同实验组F=1262．398，P〈0．001；LSD-t两两比较差异均有显著性意义，P〈0．001。 结论：仿生型生物玻璃／胶原蛋白／磷脂酰丝氨酸／透明质酸复合支架具有与天然骨组织及细胞外基质相似的组成成分、良好的生物相容性和可降解性，在诱导成骨和促进矿化方面性能优越，作为骨缺损修复替代材料应用前景广阔。     

生物活性玻璃/胶原蛋白/透明质酸/磷酸丝氨酸仿生复合支架的成骨及矿化效应

背景:研制具有结构与功能化仿生作用的骨修复替代材料,应在模拟体内细胞生长环境中进行.目的:观察生物活性玻璃,胶原蛋白/透明质酸/磷酸丝氨酸仿生复合支架材料植入体内后诱导成骨和促进矿化的能力.设计、时间及地点:随机对照动物实验,于2005-0612006-02在南方医科大学珠江医院血液科实验室完成.材料:生物活性玻璃/胶原蛋白/透明质酸/磷酸丝氨酸支架、生物活性玻璃,胶原蛋白支架和58S生物玻璃支架为自制.40只健康成年日本大耳白兔制造两侧桡骨10 mm骨缺损模型.干预:将40只模型兔随机分成4组,生物活性玻璃/胶原蛋白/透明质酸/磷酸丝氨酸组12只、生物活性玻璃,胶原蛋白组12只、58S生物玻璃组12只分别植入相应支架材料,空白对照组4只不植入任何物质.主要观察指标:检测植入材料2,4,8,12周后缺损部位X射线、硬组织切片、骨形成率和矿化沉积率.结果:40只模型兔80条桡骨全部进入结果分析.①术后所有动物伤口愈合良好,未发生骨折.②生物活性玻璃/胶原蛋白/透明质酸,磷酸丝氨酸组术后4周硬组织切片可见大量玫瑰红色新骨和绿色骨小梁形成,术后12周支架已基本由新生骨组织替代,哈弗系统形成:术后8周X射线显示骨皮质连接完整,12周缺损完全修复,髓腔基本再通.③生物活性玻璃/胶原蛋白/透明质酸/磷酸丝氨酸组术后4周的矿化沉积率和新骨形成速率比58S生物玻璃组高出了2.85倍和3.16倍,且明显优于生物活性玻璃/胶原蛋白组(P＜0.001).结论:生物活性玻璃/胶原蛋白/透明质酸/磷酸丝氨酸仿生复合支架在诱导成骨和促进生物矿化方面性能优越,其矿化机制有待进一步观察探讨.     

生物衍生骨与骨髓间充质干细胞复合修复免桡骨大段缺损

背景:生物衍生支架材料具备与自身骨相似的结构和微环境,具有较好的应用前景.目的:探讨生物衍生骨复合成骨诱导的骨髓间充质干细胞修复兔桡骨的节段性骨缺损的可行性,并与单纯生物衍生骨进行比较.设计、时间及地点:随机对照动物实验,于2007-01/2008-01在南华大学生命科学院实验室完成.材料:同种异体骨经脱脂、脱蛋白、部分脱钙和冻干等方法处理后制备生物衍生骨支架材料,与自体骨髓间充质干细胞复合制备组织工程骨支架材料.方法:25只健康成年新西兰大白兔双侧桡骨制备中段15 mm的骨缺损,随机取其巾20只兔右侧桡骨为实验组植入组织工程骨,左侧为对照组植入单纯生物衍生骨,不做内外固定;另5只兔双侧骨缺损处不植入任何材料作为空白组.主要观察指标:应用X射线放射学检查及组织学观察比较3组骨缺损修复的能力.结果:X射线显示随时间延长骨折处骨痂逐渐增多,实验组8周基本愈合,12周塑形完成;对照组骨痂少,愈合时间推迟;空白组术后12周骨缺损未见骨性修复,最后形成骨不连.术后2,4,8,12周实验组放射学检查评价新骨生成优于对照组(P< 0.05).组织学检查显示实验组术后4周时材料开始吸收,8周基本降解吸收被新生骨取代,12周完全修复;对照组明硅推迟,新骨生成速度、生成量低于实验组(P<0.05);空白组各时点均无新骨形成,最后缺损由纤维组织充填.结论:成骨诱导的问充质干细胞/生物衍生骨复合构建组织工程化骨植入修复兔桡骨缺损能够加速新骨形成,其修复能力明显优于单纯生物衍生骨.     

四种新型仿生骨组织工程支架材料生物安全性评价价

背景:制备仿生骨组织工程支架材料材料的原材料生物活性玻璃已被临床广泛应用于软骨、骨组织的修复、替代,已通过生物安全性评价.目的:利用生物活性玻璃和胶原蛋白、透明质酸、磷酸丝氨酸等天然大分子复合制备4种新型仿生骨组织工程支架材料,观察4种新型仿生骨组织工程支架材料的生物安全性.设计、时间及地点:随机分组设计、动物对照实验,于2006-03/08在南方医科大学珠江医院血液科实验室完成.材料:健康昆明系小鼠60只,健康成年家兔11只.采用冷冻干燥和仿生矿化技术,以改性生物活性玻璃粉体和胶原、透明质酸钠、磷酸丝氨酸等天然生物分子复合制备生物活性玻璃,胶原蛋白/透明质酸/磷酸丝氨酸、生物活性玻璃/胶原蛋白/磷酸丝氨酸、生物活性玻璃/胶原蛋白/透明质酸、生物活性玻璃/胶原蛋白4种仿生复合骨组织工程三维支架材料.方法:对4种新型仿牛骨组织工程支架材料进行生物安全性试验:全身急性毒性试验观察小鼠中毒症状.按50mL/kg尾静脉注射4种材料的浸提液.支架材料加入新鲜兔血进行溶血试验,离心后取上清液,测定吸光度值,计算溶血率.兔脊柱两侧皮内注射浸提液观察皮肤刺激反应.主要观察指标:注入浸提液后24,48,72h观察小鼠全身急性毒性反应和皮肤刺激反应,测定溶血率.结果:全身急性毒性试验结果表明,4组小鼠无死亡,无明显毒性表现、体质量下降等不良反应.溶血试验结果表明,4组支架材料的溶血率均<5%,满足医用生物材料的应用要求.皮内刺激反应试验结果表明,4组均未见任何刺激反应,无红斑、焦痂、水肿等皮肤反应现象.结论:仿生复合支架材料生物活性玻璃/胶原蛋白/透明质酸/磷酸丝氨酸、生物活性玻璃/胶原蛋白/磷酸丝氨酸、生物活性玻璃/胶原蛋白/透明质酸、生物活性玻璃/胶原蛋白无毒性,无刺激性,生物安全性能良好.     

胶原生物衍生骨材料植入桡骨临界骨缺损的成骨能力

背景:各种基质材料单独应用时成骨能力有限,为增强材料的成骨能力,应用复合材料修复骨缺损是组织工程的发展方向.目的:探讨胶原生物衍生骨复合材料植入动物体内的成骨能力.设计、时间及地点:随机分组动物对照实验,于2004-01/04在四川大学华西医学中心组织工程实验室完成.材料:新西兰大白兔16只,制备兔桡骨中段1.5cm骨缺损模型.患者自愿捐献手术截除人体骨,I型胶原为美国Sigma公司产品.方法:按随机数字表法将模型兔分为2组,实验组和对照组,每组8只.手术截除人体骨经脱脂、脱细胞和脱蛋白后制备为单纯生物衍生骨支架.胶原真空吸附在单纯生物衍生骨支架内外制备胶原生物衍生骨材料.实验组兔桡骨缺损部位植入胶原生物衍生骨,对照组植入单纯生物衍生骨.主要观察指标:术后6,12周X射线观察和组织学检测缺损部位的成骨情况.结果:模型兔16只均进入结果分析.①X射线结果显示,术后12周实验组整个缺损区均可见到骨痂生成,成骨现象较术后6周更加明显,已明显形成骨缺损区的桥接.对照组仍仅在缺损两端有骨痂生成,缺损区中央部分无明显骨生成影像.②组织学结果表明,术后6周实验组在材料内部孔隙区可见到新生的类骨质形成,对照组缺损区没有骨组织形成,在支架材料的孔隙内有大量的纤维结缔组织充填;术后12周实验组可见大量的编织骨样组织,形成小梁样结构,对照组缺损区可见有骨样组织形成.结论:单纯生物衍生骨与胶原生物衍生骨材料均可促进骨再生,但胶原生物衍生骨材料成骨效果更好.     

低强度超声波结合组织工程修复长骨节段性骨缺损

目的:观察低强度超声波结合组织工程技术对长骨节段性缺损的修复效果。方法:实验于2003-05/2004-10在青岛大学医学院附属医院创伤外科完成。取健康成年大白兔48只,建立兔桡骨1.5cm节段性骨-骨膜缺损模型,于骨缺损处植入磷酸钙人工骨和骨髓基质干细胞复合物后随机分为两组,每组24只,实验组局部接受低强度超声波刺激1次/d,15min/次,对照组未给予超声波刺激。于术后4,8,12周麻醉状态下处死动物获取标本。通过生物力学测定、组织学染色分析、X射线摄片及骨密度测量等手段观察新骨形成和材料降解情况。结果:48只兔均进入结果分析。①兔血清碱性磷酸酶含量:术后随着时间的延长,两组动物血清中碱性磷酸酶浓度逐渐升高,实验组6周时达到最高水平(2284nkat/L),对照组8周达到最高水平(1834nkat/L),实验组总体水平高于对照组。②兔桡骨缺损区骨密度测量结果:12周时实验组新骨密度明显高于对照组(0.217,0.153g/cm2,P<0.01)。③兔桡骨生物力学测定结果:12周时实验组的桡骨最大扭转强度明显大于对照组(0.675,0.298Nm,P<0.01)。④兔桡骨缺损区X射线检查:实验组8周时材料体积变小,12周时新骨大量形成并钙化,可见到连续性骨膜骨痂,骨缺损范围变小;对照组12周时骨端新骨形成,长入材料,但材料体积无明显减少。⑤兔桡骨缺损区组织形态学观察结果:实验组12周时新骨多为板层骨,长入材料并与之相互分割包裹;对照组12周时新骨继续增生,边缘处材料被降解成较小的颗粒。结论:低强度超声波不仅有效地促进了新骨的形成,同时也加速了新骨的钙化,明显地促进组织工程对骨缺损的修复作用。     

生物衍生骨体外复合构建组织工程化骨修复兔桡骨-骨膜缺损:血管化进程及其生物力学性能

背景:目前组织工程骨的支架材料,力学性能和体内血管化问题仍没有很好解决,因而制约了临床的广泛开展.目的:观察生物衍生骨体外复合骨髓间充质干细胞构建组织化工程骨修复兔桡骨一骨膜缺损的血管化进程和生物力学性能.方法:取新西兰大白兔的骨头制各生物衍生骨;体外分离和培养兔骨髓间充质干细胞,定向诱导骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化,再将诱导的成骨细胞接种到生物衍生骨支架上制成组织工程骨.取大白兔25只,制成骨膜桡骨缺损模型,其中5只兔不做处理为空白组;另外20只兔左前肢为对照组单纯植入生物衍生骨,右前肢为实验组植入组织工程骨术后2,4,8,12周分别取5只兔标本,观察血管面积和缺损区植入骨的生物力学性能.结果与结论:术后4周实验组和对照组血液循环丰富,血管面积较大,12周血管面积趋于稳定,接近正常状态;2,4,8周的实验组和对照组血管面积与空白组比较差异有显著性意义(P<0.05).8周,与对照组比较,实验组修复区的血管网排列规律,12周形态结构已接近正常骨组织,力学性能明显增强.结果证实生物衍生骨复合骨髓间充质干细胞后有较好的血管化进程和力学性能,是修复骨缺损的一种较好的治疗方法.     

β-磷酸三钙/聚磷酸钙纤维/聚左旋乳酸支架复合骨髓基质细胞修复节段性骨缺损

背景:组织工程β-磷酸三钙/聚磷酸钙纤维/聚左旋乳酸支架材料具有良好的生物相容性.目的:评估骨髓基质细胞与β-磷酸三钙/聚磷酸钙纤维/聚左旋乳酸复合体修复兔桡骨大段骨缺损成骨的效果.方法:取新西兰大白兔40只,建立桡骨双侧大段骨缺损模型,其中35只右侧植入自体骨髓基质细胞与β-磷酸三钙/聚磷酸钙纤维/聚左旋乳酸复合物作为实验组,左侧植入β-磷酸三钙/聚磷酸钙纤维/聚左旋乳酸支架材料作为对照组;另5只作为空白对照不作任何处理.植入后4,8,12,16周拍摄X射线片观察骨缺损修复情况.结果与结论:实验组术后2周可见缺损处有散在的、少量模糊状骨痂生成,术后4周可见明显骨生成影像,成云雾状,均匀分布在骨缺损区,术后8周整个缺损区均可见骨痂生成,成骨现象更加明显,部分髓腔已通,术后12~16周,缺损区已完全被新生骨组织充填,骨髓腔已完全再通,修复区较正常桡骨细,骨缺损修复效果明显优于对照组与空白对照组(P < 0.01).说明自体骨髓基质细胞与β-磷酸三钙/聚磷酸钙纤维/聚左旋乳酸复合移植可较完全修复大节段骨缺损.     

生物衍生骨与骨髓间充质干细胞复合修复兔桡骨大段缺损

背景：生物衍生支架材料具备与自身骨相似的结构和微环境,具有较好的应用前景。目的：探讨生物衍生骨复合成骨诱导的骨髓间充质干细胞修复兔桡骨的节段性骨缺损的可行性,并与单纯生物衍生骨进行比较。设计、时间及地点：随机对照动物实验,于2007—01／2008—01在南华大学生命科学院实验室完成。材料：同种异体骨经脱脂、脱蛋白、部分脱钙和冻干等方法处理后制备生物衍生骨支架材料,与自体骨髓间充质干细胞复合制备组织工程骨支架材料。方法：25只健康成年新西兰大白兔双侧桡骨制备中段15mm的骨缺损,随机取其中20只兔右侧桡骨为实验组植入组织工程骨,左侧为对照组植入单纯生物衍生骨,不做内外固定;另5只兔双侧骨缺损处不植入任何材料作为空白组。主要观察指标：应用X射线放射学检查及组织学观察比较3组骨缺损修复的能力。结果：X射线显示随时间延长骨折处骨痂逐渐增多,实验组8周基本愈合,12周塑形完成;对照组骨痂少,愈合时间推迟;空白组术后12周骨缺损未见骨性修复,最后形成骨不连。术后2,4,8,12周实验组放射学检查评价新骨生成优于对照组（P〈0．05）。组织学检查显示实验组术后4周时材料开始吸收,8周基本降解吸收被新生骨取代,12周完全修复;对照组明显推迟,新骨生成速度、生成量低于实验组（P〈0．05）;空白组各时点均无新骨形成,最后缺损由纤维组织充填。结论：成骨诱导的间充质干细胞／生物衍生骨复合构建组织工程化骨植入修复兔桡骨缺损能够加速新骨形成,其修复能力明显优于单纯生物衍生骨。     

携载人重组骨形态形成蛋白2及脂肪基质细胞的仿生骨膜构建及强化兔桡骨的再生能力

目的:从仿生学角度出发,首次将脂肪基质细胞、人重组骨形态形成蛋白2、壳聚糖/胶原蛋白/β磷酸三钙膜材基质有机的结合,体外构建仿生骨膜,探讨仿生骨膜修复兔桡骨缺损的可行性,分析其生物相容性及骨再生特点。方法:实验于2005-05/2006-11分别在新加坡国立大学组织工程研究中心、天津医科大学完成。材料制备:成骨诱导化培养兔脂肪①基质细胞、制备释放人重组骨形态形成蛋白2的壳聚糖/胶原蛋白/β磷酸三钙膜材基质,联合生物凝胶 动态种植,三维方式构建仿生骨膜。②实验动物:72只新西兰兔随机分为3组:移植仿生骨膜组,移植诱导骨膜组,空白支架组。③实验方法:建立兔右侧桡骨10mm骨缺损模型,将制备的携载人重组骨形态形成蛋白2及脂肪基质细胞的仿生骨膜、携载人重组骨形态形成蛋白2的诱导骨膜、壳聚糖/胶原蛋白/β磷酸三钙膜材支架分别移植到各组骨缺损区域。④实验评估:术后第2,4,6,8,10,12周观察桡骨移植区域,了解新骨生长及重建情况。苏木精-伊红染色及Masson染色,观察骨组织修复情况。免疫组织化学观察骨形态形成蛋白的表达。双能X射线吸收法测量骨矿物含量、骨密度值。术后第12周,生物力学测试检查骨结构强度力学指标和刚度指标。结果:72只新西兰兔均进入结果分析。①大体观察显示:仿生骨膜组第6周有大量新生骨痂,第12周呈现骨性连接;诱导骨膜组骨质仅部分连接;空白支架组部分骨痂呈向心性生长。②组织学观察情况:仿生骨膜组第6周存在膜内成骨为主的大量新骨,第12周,恢复正常骨结构;诱导骨膜组存在软骨内成骨为主的新骨,第12周,缺损基本修复;空白支架组部分板层骨形成;各组均未见炎性及免疫排斥反应。③免疫组织化学观察:仿生骨膜组增生骨内膜、骨痂骨细胞、骨髓腔骨形态发生蛋白表达显著;诱导骨膜组软骨基质及部分骨膜出现骨形态发生蛋白表达;空白支架组仅软骨基质骨形态发生蛋白表达。④双能X射线吸收法检测:仿生骨膜组骨矿物含量、骨密度值均高于诱导骨膜组及空白支架组(P<0.05)。⑤生物力学测试:与诱导骨膜组、空白支架组相比,仿生骨膜组最大弯曲负荷及抗弯刚度显著提高(P<0.05)。结论:体外构建的仿生骨膜能有效的修复骨缺损,其生物相容性良好,通过协同诱导、引导、传导效应,增强骨再生能力,促进缺损修复。