珍珠层在骨替代材料方面的研究进展

寻找和研制理想的骨移植、骨修复替代材料一直是医学生物材料领域的重大课题。珍珠层的理化性质及生物学特性与骨组织非常接近,是一种理想的天然成骨材料。文章综述了珍珠层的一般理化特性、有机质的成分分析、生物相容性、生物降解性、矿化成骨特性及其机理的研究和应用现状。     

珍珠层在骨替代材料方面的研究进展

寻找和研制理想的骨移植，骨修复替代材料一直是医学生物材料领域的重大课题。珍珠层的理化性质及生物学特性与骨组织非常接近，是一种理想的天然成骨材料。章综述了珍珠层的一般理化特性，有机质的成分分析，生物相容性，生物降解性，矿化成骨特性及其机理的研究和应用现状。     

珊瑚及其衍生物与骨组织工程

天然生物衍生材料来源丰富,制作简便并在功能适应性、组织相容性、理化性能、生物降解性、造价等方面优于人工合成材料。珊瑚是其中应用较为广泛的一种,我们实验室近年来一直致力于珊瑚人工骨及其衍生物在组织工程中的应用研究,下面将珊瑚及其衍生物研究进展进行综述。     

珊瑚及其衍生物与骨组织工程

天然生物衍生材料来源丰富，制作简便并在功能适应性、组织相容性、理化性能、生物降解性、造价等方面优于人工合成材料。珊瑚是其中应用较为广泛的一种，我们实验室近年来一直致力于珊瑚人工骨及其衍生物在组织工程中的应用研究，下面将珊瑚及其衍生物研究进展进行综述。     

复合壳聚糖微球-丝素基载药α-磷酸三钙骨水泥的细胞相容性及毒性

背景：磷酸钙骨水泥具有良好的生物相容性和骨传导性,已被应用于临床,但其不良的力学性能和缺乏骨诱导性限制了其进一步发展和应用。目的：制备壳聚糖微球-丝素基载药α-磷酸三钙骨水泥,验证其细胞相容性及细胞毒性。方法：分别以含体积分数10%胎牛血清和1%双抗的α-MEM培养基、苯酚、100%及50%复合壳聚糖微球-丝素基载药α-磷酸三钙骨水泥材料的浸提液培养MC3T3-E1细胞,采用MTT法评估细胞生长增殖情况,采用乳酸脱氢酶活性检测法判断复合壳聚糖微球-丝素基载药α-磷酸三钙骨水泥材料的毒性。将MC3T3-E1细胞系与复合壳聚糖微球-丝素基载药α-磷酸三钙骨水泥材料共培养,扫描电镜观察细胞在材料表面的附着及生长。结果与结论：复合壳聚糖微球-丝素基载药α-磷酸三钙骨水泥材料浸提液对MC3T3-E1细胞的生长增殖无明显影响,无明显细胞毒性。MC3T3-E1细胞在复合壳聚糖微球-丝素基载药α-磷酸三钙骨水泥材料表面生长良好,伸展充分,在材料表面伸出伪足,与材料贴附紧密,表明壳聚糖微球-丝素基载药α-磷酸三钙骨水泥细胞相容性良好。     

新型硼酸盐生物玻璃修复节段性骨缺损

背景:硼酸盐生物玻璃是一种新型骨替代材料,体外实验显示具有良好的生物降解性能以及生物活性.目的:体内实验评价新型硼酸盐生物玻璃材料修复节段性骨缺损的成骨作用.设计、时间及地点:随机对照动物实验,于2008-04/10在上海市第六人民医院动物中心实验室完成.材料:实验所用D-Alk-1B玻璃按泡沫浸渍法加工成多孔支架.β-磷酸三钙材料由上海贝奥路生物材料有限公司提供.方法:36只新西兰大白兔随机分为D-Alk-1B组、D-Alk-1B+富血小板血浆组,β-磷酸三钙组,空白对照组,每组9只.双侧桡骨中段制成15 mm节段性骨缺损,分别植入D-AIk-1B材料、D-AIk-1B材料+富血小板血浆、B-磷酸三钙材料.空白对照组不进行任何处理.主要观察指标:于术后4,8,12周取材,通过X射线摄片和病理组织切片检测,评价新型硼酸盐生物玻璃的成骨作用.结果:D-AIk-1B组材料植入体内4周时材料密度较宿主骨密度高,和宿主骨分界清楚;可见骨痂生长,材料两端和骨结合.8周时由于材料降解密度降低,材料两端和骨基本融合.12周时骨塑形基本完成.D-AIk-1B+富血小板血浆组和D-AIk-1B组有相似的表现,材料周围骨痂生长较D-Alk-1B组明显,成骨表现比单纯D-AIk-1B材料好.β-磷酸三钙组骨痂生长较慢,材料降解比较慢.空白对照组骨缺损处从两个断端和尺侧生长骨痂,至12周有硬化表现,断端缺损仍然很明显.结论:新型硼酸盐生物玻璃材料具有很好的成骨作用,和富血小板血浆结合有协同作用.与β-磷酸三钙相比,可控降解性的优点明显.     

多孔磷酸三钙生物陶瓷和珊瑚的生物相容性比较研究

目的研究多孔磷酸三钙生物陶瓷和珊瑚在体外及体内生物相容性,为组织工程支架材料的选择提供实验依据。方法将兔MSCs分别与多孔磷酸三钙生物陶瓷和珊瑚体外复合,并经地塞米松、β-甘油磷酸钠、L-抗坏血酸诱导分化,然后植入新西兰大白兔的皮下。体外实验中进行形态学观察、细胞增殖、碱性磷酸酶测定;体内实验通过大体、组织学观察植入物的成骨情况。结果体外实验中MSCs在两组材料上均能贴壁生长,珊瑚材料组见少量细胞坏死,各组细胞数量均有所增加,体外培养第12d多孔磷酸三钙生物陶瓷组多于珊瑚组,差异有统计学意义;各组ALP值均明显升高,珊瑚组各时间点ALP值均高于多孔磷酸三钙生物陶瓷组,但差异无统计学意义。体内实验显示,多孔磷酸三钙生物陶瓷各时间观察点均可见骨组织生长和单核或多核巨细胞,无炎症细胞,12周材料已全部降解;珊瑚组各时间点可见骨组织、单核或多核巨细胞及少量炎症细胞生长,12周材料大部降解。结论体外和体内的实验表明,多孔磷酸三钙生物陶瓷和珊瑚均有较好的生物相容性,但前者较后者的相容性更好。     

复合同种异体成骨细胞的β-磷酸三钙人工骨修复桡骨缺损

背景：作为骨支架材料,β-磷酸三钙具有良好的生物相容性、骨诱导性及生物力学性能。目的：探讨β-磷酸三钙复合同种异体成骨细胞修复兔桡骨节段性骨缺损的效果。方法：建立45只兔单侧桡骨骨缺损模型,随机分为3组,实验组缺损区植入复合同种异体成骨细胞的β-磷酸三钙,对照组缺损区植入β-磷酸三钙,空白对照组缺损区不植入任何材料。植入后4,8,16周观察新骨生成情况,通过形态学、X射线等观察指标客观评价各组成骨及骨缺损修复能力。结果与结论：随着修复时间的延长,实验组骨缺损逐渐修复,至16周时X射线见支架与宿主骨之间的骨痂已完全骨化,骨缺损完全修复;组织学见缺损区皮质骨连续,髓腔再通,并且不同时间点实验组修复效果明显优于对照组与空白对照组（P〈0.01）。表明复合同种异体成骨细胞的β-磷酸三钙人工骨具有良好的成骨能力,有引导组织再生、防止骨不连的作用。     

复合同种异体成骨细胞的β-磷酸三钙人工骨修复桡骨缺损*☆

背景：作为骨支架材料,β-磷酸三钙具有良好的生物相容性、骨诱导性及生物力学性能。目的：探讨β-磷酸三钙复合同种异体成骨细胞修复兔桡骨节段性骨缺损的效果。
　　方法：建立45只兔单侧桡骨骨缺损模型,随机分为3组,实验组缺损区植入复合同种异体成骨细胞的β-磷酸三钙,对照组缺损区植入β-磷酸三钙,空白对照组缺损区不植入任何材料。植入后4,8,16周观察新骨生成情况,通过形态学、X射线等观察指标客观评价各组成骨及骨缺损修复能力。
　　结果与结论：随着修复时间的延长,实验组骨缺损逐渐修复,至16周时X射线见支架与宿主骨之间的骨痂已完全骨化,骨缺损完全修复;组织学见缺损区皮质骨连续,髓腔再通,并且不同时间点实验组修复效果明显优于对照组与空白对照组(P<0.01)。表明复合同种异体成骨细胞的β-磷酸三钙人工骨具有良好的成骨能力,有引导组织再生、防止骨不连的作用。     

双相钙磷生物陶瓷 / 硫酸钙骨水泥多孔三维支架的生物性能简

背景：随着组织工程技术的发展,多孔生物陶瓷被越来越多的运用到骨缺损的修复中,当前的研究主要集中在这种生物陶瓷的合成及其各项性能的评价。 目的：研究一种新型骨水泥的制备方法并测定其理化性能及与成骨细胞的生物相容性。 方法：共沉淀法制备双相钙磷生物陶瓷粉体,利用胶体团聚成颗粒,烧结后得到颗粒状、多孔羟基磷灰石/磷酸三钙生物陶瓷,并按不同比例与高纯度医用半水硫酸钙混合制备钙磷陶瓷/硫酸钙骨水泥。 结果与结论：X 射线衍射证实合成物质为双相钙磷陶瓷,颗粒状双相钙磷陶瓷具有多孔网状结构,骨水泥在3 min内保持可塑状态,固化时间为15 min,固化温度为36.5℃,压缩强度最高为5.82 MPa,MTT毒性级为0级,成骨细胞在材料表面生长良好。     

复合材料人工骨在骨缺损修复中的应用

目的:研制理想的人工骨材料修复骨缺损,已经成为医学和生物材料领域的研究重点。介绍几种单一及复合材料人工骨,以了解其生物相容性及其在骨缺损修复中应用的特点。方法:应用计算机检索中国期刊全文数据库1999-01/2007-06有关人工骨的性能、生物相容性及其在骨缺损修复中应用的相关研究文章,检索词"纳米羟基磷灰石人工骨,珊瑚羟基磷灰石人工骨,磷酸钙人工骨,陶瓷人工骨,复合材料,生物相容性,骨缺损",限定文献语言种类为中文。纳入标准:①单一及复合材料人工骨在骨缺损修复中应用。②不同材料人工骨的研制、性能、安全性、生物相容性评价的研究文章。排除标准:重复研究。最终纳入27篇符合标准的文献。结果:①纳米羟基磷灰石人工骨具有良好成骨能力和生物相容性,然而单一材料很难以满足骨缺损修复及骨组织工程细胞外基质材料的要求,将几种单一材料进行适当组合形成的纳米羟基磷灰石复合材料人工骨在实际应用中取得良好的效果。②珊瑚羟基磷灰石人工骨作为骨移植替代物具有骨引导作用,但具有脆性大,机械强度低的缺点,通过改变理化条件,使其性质发生改变,可以提高其成骨能力,降低移植后的炎症反应和排斥反应,无毒副作用。③磷酸钙骨水泥人工骨具有良好的生物相容性和生物降解性,rhBMP-2/PLGA微球/磷酸钙骨水泥新型复合人工骨与单纯rhBMP-2/磷酸钙骨水泥材料相比有较高的可降解性和成骨活性,并可作为细胞因子、抗菌素等的理想载体。④陶瓷人工骨具有生物活性和骨传导作用,但存在成形不理想、强度低、韧性差等缺点。与不同材料进行不同形式复合后的陶瓷人工骨,其性质与人骨相近,可取得较好的骨修复效果。结论:单一类型材料人工骨具有良好的生物相容性、生物活性及成骨能力,但存在机械强度低、脆性大、韧性差等缺点,将不同性质的材料经过复合加工形成的复合材料人工骨,可以提高人工骨的生物学性能,便于临床骨缺损修复的应用。     

小肠黏膜下层/β-磷酸三钙复合骨支架材料修复大段骨缺损的能力

目的:观察小肠黏膜下层和小肠黏膜下层/β-磷酸三钙复合骨支架材料修复骨缺损的能力,评估其作为骨支架材料的应用价值。方法:实验于2003-10/2004-10在上海交通大学附属医院上海市第六人民医院动物实验室完成。取新西兰大白兔48只,随机分为小肠黏膜下层/β-磷酸三钙复合骨支架材料组、β-磷酸三钙组、小肠黏膜下层组和空白组4组,于双侧桡骨骨干中段做20mm长的骨缺损,每组的骨缺损处分别植入小肠黏膜下层/β-磷酸三钙复合骨支架材料、β-磷酸三钙、小肠黏膜下层,空白组不加任何添加物。分别在术后3,6,12、18周于植入处取材,并进行X射线摄片,组织学观察,新骨成骨面积定量分析和力学测试。结果:实验动物48只均进入结果分析,大体观察、X射线检查和组织学显示小肠黏膜下层/β-磷酸三钙复合骨支架材料组和β-磷酸三钙组均表现良好的成骨,材料逐渐吸收并由新生骨替代。小肠黏膜下层/β-磷酸三钙复合骨支架材料组比β-磷酸三钙组6周时骨痂形成量多,而且18周时塑形也更为完全。小肠黏膜下层组仅在两端骨断端和缺损区尺骨边缘有少量的成骨,材料逐渐吸收变软。空白组在骨缺损区无明显成骨。新骨成骨面积定量分析显示小肠黏膜下层/β-磷酸三钙复合骨支架材料组3,6,12周的成骨面积与单纯β-磷酸三钙组多差异有显著性(P     

人脐血间充质干细胞与β-磷酸三钙的生物相容性

背景:体内实验显示,β-磷酸三钙多孔陶瓷是较为理想的骨组织工程支架材料,但由于体内植入实验受多种因素的影响,不能很好反映细胞的生长、增殖和表型变化。目的:观察体外人脐血间充质干细胞与β-磷酸三钙多孔陶瓷的生物相容性。方法:将培养的第6代人脐血间充质干细胞悬液滴注入β-磷酸三钙内部进行复合,然后将干细胞-支架材料复合物置入含体积分数为10%胎牛血清的α-MEM培养体系中培养,于培养第4,8,12天电镜下观察人脐血间充质干细胞在材料表面及内部生长情况,采用MTT测试法绘制细胞生长曲线,并进行DNA含量、蛋白质含量测定。结果与结论:人脐血间充质干细胞与β-磷酸三钙体外复合后能够在β-磷酸三钙支架材料表面及内部的孔隙内贴附,且生长良好,其DNA复制和蛋白合成功能不受β-磷酸三钙的影响。说明人脐血间充质干细胞和β-磷酸三钙支架材料生物相容性良好,二者可作为种子细胞和支架材料用于组织工程化骨与软骨的构建。     

磷酸三钙植骨治疗胫骨远端骨缺损后的骨组织变化

背景:磷酸三钙作为植骨材料已广泛应用于临床,但多数研究属于体外研究、动物模型研究或临床疗效分析.目的:观察多孔磷酸三钙应用于胫骨远端骨折骨缺损治疗后的骨组织学变化.方法:对胫腓骨远端骨折患者采取切开复位内固定,部分患者使用磷酸三钙植骨治疗,观察标本的降解.骨折愈合后二次手术取内固定物,并在原植骨区取极少量骨组织标本再次行组织学观察,比较骨细胞的生长情况.结果与结论:植骨后患者新生骨组织中成骨细胞增生活跃,骨细胞分化成熟,密度增大,骨小梁密度增宽,骨小梁间纤维组织增生伴毛细血管增生.说明应用多孔磷酸三钙填充骨缺损,新骨生成良好,细胞繁殖旺盛,生物相容性较好.     

人脐血间充质干细胞与β-磷酸三钙的生物相容性

背景：体内实验显示,β-磷酸三钙多孔陶瓷是较为理想的骨组织工程支架材料,但由于体内植入实验受多种因素的影响,不能很好反映细胞的生长、增殖和表型变化。目的：观察体外人脐血间充质干细胞与β-磷酸三钙多孔陶瓷的生物相容性。方法：将培养的第6代人脐血间充质干细胞悬液滴注入β-磷酸三钙内部进行复合,然后将干细胞-支架材料复合物置入含体积分数为10%胎牛血清的α-MEM培养体系中培养,于培养第4,8,12天电镜下观察人脐血间充质干细胞在材料表面及内部生长情况,采用MTT测试法绘制细胞生长曲线,并进行DNA含量、蛋白质含量测定。结果与结论：人脐血间充质干细胞与β-磷酸三钙体外复合后能够在β-磷酸三钙支架材料表面及内部的孔隙内贴附,且生长良好,其DNA复制和蛋白合成功能不受β-磷酸三钙的影响。说明人脐血间充质干细胞和β-磷酸三钙支架材料生物相容性良好,二者可作为种子细胞和支架材料用于组织工程化骨与软骨的构建。     

小肠黏膜下层／β-磷酸三钙复合骨支架材料修复大段骨缺损的能力

目的:观察小肠黏膜下层和小肠黏膜下层/β-磷酸三钙复合骨支架材料修复骨缺损的能力,评估其作为骨支架材料的应用价值.方法:实验于2003-10/2004-10在上海交通大学附属医院上海市第六人民医院动物实验室完成.取新西兰大白兔48只,随机分为小肠黏膜下层/β-磷酸三钙复合骨支架材料组、β-磷酸三钙组、小肠黏膜下层组和空白组4组,于双侧桡骨骨干中段做20 mm长的骨缺损,每组的骨缺损处分别植入小肠黏膜下层/β-磷酸三钙复合骨支架材料、β-磷酸三钙、小肠黏膜下层,空白组不加任何添加物.分别在术后3,6,12、18周于植入处取材,并进行X射线摄片,组织学观察,新骨成骨面积定量分析和力学测试.结果:实验动物48只均进入结果分析,大体观察、X射线检查和组织学显示小肠黏膜下层/β-磷酸三钙复合骨支架材料组和β-磷酸三钙组均表现良好的成骨,材料逐渐吸收并由新生骨替代.小肠黏膜下层/β-磷酸三钙复合骨支架材料组比β-磷酸三钙组6周时骨痂形成量多,而且18周时塑形也更为完全.小肠黏膜下层组仅在两端骨断端和缺损区尺骨边缘有少量的成骨,材料逐渐吸收变软.空白组在骨缺损区无明显成骨.新骨成骨面积定量分析显示小肠黏膜下层/β-磷酸三钙复合骨支架材料组3,6,12周的成骨面积与单纯β-磷酸三钙组多差异有显性(P＜0.05),而在18周时两差异无显性意义.力学强度及3点折弯强度测试显示在6,12,18周时间段小肠黏膜下层/β-磷酸三钙复合骨支架材料组与β-磷酸三钙组比较差异均有显性(P＜0.05).结论:小肠黏膜下层/β-磷酸三钙复合支架材料用于修复大段骨缺损时,比单纯的β-磷酸三钙成骨时骨痂量多,塑形完全,是良好的骨支架材料.而单纯的小肠黏膜下层成骨较差,不适用于修复大段骨缺损.     

纳米双相陶瓷人工骨的成骨及降解

背景：烧结后的纳米羟基磷灰石结晶度很高,在体内很难降解;纳米β-磷酸三钙的降解速度太快,不利于体内生物组织在材料上附着,不利于引导成骨.目的：观察纳米羟基磷灰石/纳米β-磷酸三钙双相陶瓷人工骨的成骨及降解性能.方法：将36只青紫蓝兔随机分为实验组、对照组及空白组,制作左侧挠骨缺损模型,实验组与对照组分别植入纳米羟基磷灰石/纳米β-磷酸三钙双相陶瓷人工骨、纳米羟基磷灰石人工骨,空白组不植入任何材料.术后4,8,12周观察成骨和材料降解情况.结果与结论：①术后12周时 X 射线：实验组可见材料基本降解,连续性骨痂通过骨缺损部位.对照组材料未见明显降解,骨缺损处有骨痂修复.空白组骨缺损未见修复.②术后12周时组织学观察：实验组材料孔隙内以骨细胞和成骨细胞为主,有少量软骨细胞,出现散乱的骨松质,材料完全降解.对照组材料孔隙内以骨细胞为主,有少量成骨细胞和软骨细胞,材料未见明显降解.空白组可见纤维结缔组织及胶原纤维.③术后12周时扫描电镜观察：实验组材料降解,骨缺损部位被新生骨松质取代.对照组材料未见降解,骨缺损部位大都被新生骨松质取代.空白组无明显骨重建.表明纳米羟基磷灰石/纳米β-磷酸三钙双相陶瓷人工骨具有良好成骨能力及降解性能.     

脱钙骨/聚乳酸重组人工骨的体内生物学特性

背景:前期实验证实脱钙骨/聚乳酸重组人工骨不仅孔隙率、孔径、机械强度等性能符合人工骨材料的要求,并且结合了两种材料的优势,具有明显的促进细胞贴附、增殖作用.目的:进一步探讨脱钙骨/聚乳酸重组人工骨在体内的生物相容性、降解情况及成骨特点,评价其性能.方法:将脱钙骨/聚乳酸重组人工骨随机植入成年新西兰白兔1.5 cm的桡骨缺损及一侧臀肌内,并设立不植入任何材料的空白对照组.观察脱钙骨/聚乳酸重组人工骨植入后动物局部反应,检测血钙值;植入后6,8,12,16周取骨缺损处标本作X射线、骨矿含量、大体标本及组织形态学观察,臀肌处标本仅作组织形态学观察,分析不同时期组织反应、骨缺损修复及材料降解情况.结果与结论:脱钙骨/聚乳酸重组人工骨植入后无明显的局部不良反应,血钙值无明显变化;骨缺损内骨矿含量在植入6～16周内升高幅度明显高于空白对照组;X射线、大体标本及组织形态学观察显示,脱钙骨/聚乳酸重组人工骨的成骨方式主要是骨传导成骨,至植入后16周时骨缺损基本修复,而空白对照骨缺损断端仅有少量骨修复,形成骨不连;脱钙骨/聚乳酸重组人工骨植入后即开始其降解过程,12周以后材料周围出现较多吞噬有材料颗粒的巨噬细胞和多核巨细胞,16周时仍有部分材料未降解吸收.结果证实脱钙骨/聚乳酸重组人工骨具备良好的生物相容性和骨传导成骨能力,可以在体内逐渐发生生物降解.     

磷酸钙骨水泥在骨缺损修复中的应用

近年来,生物材料越来越多地被应用在骨缺损的修复中。理想的骨修复材料不仅要有良好的生物相容性,还要有合适的空隙结构、表面形态和理化性能,以适应成骨细胞的生长。磷酸钙骨水泥以其良好的生物相容性、可降解性、骨传导性、可注射性和可塑性等优点,成为近年来骨缺损修复中应用较多的生物材料。本文综述磷酸钙骨水泥在骨缺损修复中的实验研究及进展。     

透钙磷石骨水泥制备及其载药性能

背景:与其他磷酸钙类骨水泥相比,透钙磷石骨水泥在生物体内具有更好的生物降解能力,能被生物体较快吸收,但其在生物体内的机械性能会有所下降,同时其固化时间过快,可注射性较差。目的:以β-磷酸三钙为主体骨水泥粉末,搭配合适的骨水泥固化液,制备新型透钙磷石骨水泥,改善其固化性能,同时观察其载药性能。方法:以碳酸钙和磷酸氢钙为原料制备β-磷酸三钙粉末;将柠檬酸、磷酸化壳聚糖、明胶、羟丙基甲基纤维素与水混合溶解,制备骨水泥固化液,将β-磷酸三钙、一水合磷酸二氢钙的混合粉末与固化液混合制备透钙磷石骨水泥。考察透钙磷石骨水泥的微观形貌、组成成分、粒径大小及分布、固化时间、抗压强度及释药性能。结果与结论:β-磷酸三钙为微、纳米共混体系,微米级颗粒直径为(2.24±0.38)μm,纳米级颗粒直径为(334.95±151.62)nm;透钙磷石为片状结晶,堆积较为紧密。制备的骨水泥粉末主要成分为透钙磷石,同时还存有部分未反应的β-磷酸三钙。透钙磷石骨水泥的固化时间为(6.20±1.30)min,抗压强度为(22.90±3.13)MPa。药物释放实验证明透钙磷石骨水泥具有一定的缓释能力。