纯钛表面塑性变形纳米化对Saos-2细胞生物学行为的影响

目的：研究纳米化纯钛表面对人成骨样细胞黏附、增殖及分化等功能的影响。方法：应用塑性变形技术在纯钛表面制备纳米化结构,根据塑性变形处理时间不同分为3组,即30min组（n=6）、60min组（n=6）和90min组（n=6）,另设未处理纯钛为对照组（n=6）。扫描电镜及激光共聚焦显微镜观察4组钛表面的超微结构;以成骨样细胞系（Saos-2）细胞为对象,应用激光共聚焦显微镜和荧光显微镜进行细胞黏附、细胞骨架蛋白和形态的检测,四唑溴盐（MTT）法检测细胞增殖状况,RT-PCR法检测细胞骨分化相关基因BMP-4的表达,采用SAS6.0软件包对数据进行单因素方差分析。结果：塑性变形60min和90min能在纯钛表面获得良好的表面纳米化结构;纳米化纯钛表面结构显著促进细胞黏附（P〈0.05）,60min组材料的细胞铺展优于其他组,60min组和90min组细胞的BMP-4表达显著高于对照组（P〈0.05）。结论：医用纯钛表面塑性变形产生的纳米结构,能明显提高成骨样细胞在其表面的黏附、铺展等生物学行为的发挥。     

钛表面RGD/仿生磷酸钙复合涂层对MC3T3-E1细胞黏附、增殖、分化的影响

目的:研究钛表面RGD/仿生磷酸钙复合涂层对MC3T3-E1细胞黏附、增殖和分化的影响。方法:1)两步法在钛表面制备仿生磷酸钙涂层,扫描电子显微镜(SEM)观察形态,X射线衍射(XRD)、傅立叶转换红外光谱(FTIR)检测表征;2)RGD固定至仿生磷酸钙涂层;3)实验分3组:纯钛组,钛/仿生磷酸钙涂层组,钛/RGD/仿生磷酸钙复合涂层组,细胞分别接种至3组材料表面。4)SEM观察细胞接种4 h和24 h的形态;5)结晶紫染色检测细胞接种4 h和8 h的黏附情况。6)MTT法检测细胞1、3、7 d的增殖活性;7)检测细胞3、7、14 d的ALP活性。结果:SEM细胞形态观察及结晶紫染色结果显示,RGD/仿生磷酸钙复合涂层组的细胞黏附效果优于对照组。MTT结果显示RGD/仿生磷酸钙复合涂层组的细胞增殖活性强于对照组。ALP检测结果显示RGD/仿生磷酸钙复合涂层组的成骨分化活性高于对照组。结论:钛表面RGD/仿生磷酸钙复合涂层对MC3T3-E1细胞的黏附、增殖、分化均有促进作用。     

犬骨髓基质细胞体外成骨的实验研究

目的:研究犬骨髓基质细胞(bonemarrowderivedstromacell,BMSC)定向分化为成骨样细胞(osteoblasts-like,OBL)后的体外成骨能力和细胞内钙离子浓度的变化。方法:分离、培养犬骨髓基质细胞,并使用诱导培养液进行成骨诱导,取第3代成骨样细胞。通过碱性磷酸酶(alkalinephosphatase,ALP)染色和vonKossa染色检测BMSC分化为OBL的程度。检测细胞增殖率,比较细胞与多孔支架材料β-磷酸三钙(β-TCP)黏附前后的生长情况,用对BMSC分化前后、OBL黏附多孔β-TCP前后细胞内钙离子浓度荧光值进行统计学分析。结果:ALP染色和vonKossa染色均显示为阳性。细胞增殖率曲线结果显示,细胞黏附多孔β-TCP后增殖率没有明显差异。统计学分析发现,BMSC分化前后和OBL黏附β-TCP前后细胞内钙离子浓度荧光值均有明显的差异,P<0.05,有统计学意义。结论:犬OBL有很好的体外增殖能力和成骨能力,黏附多孔β-TCP之后,细胞的生长状况没有差别,多孔β-TCP材料对BMSC细胞内钙离子浓度有很大的影响。     

纯钛表面负载聚多巴胺–黄芩苷复合涂层的制备及生物学评价

目的 研究纯钛表面负载聚多巴胺-黄芩苷复合涂层的理化性能和对细胞生物学特性的影响。方法 通过共沉积法在纯钛表面负载聚多巴胺-黄芩苷复合涂层。将钛片分为纯钛组、黄芩苷组、聚多巴胺组及聚多巴胺-黄芩苷组（实验组）。分析各组钛片表面形貌、元素分布。在各组钛片表面接种培养大鼠骨髓间充质干细胞（BMSCs）,检测细胞增殖情况,初步探究聚多巴胺-黄芩苷复合涂层对细胞成骨分化的影响。结果 通过共沉积法在纯钛表面负载聚多巴胺-黄芩苷复合涂层,亲水性增强,细胞增殖粘附良好;培养7 d、14 d时实验组碱性磷酸酶（ALP）水平高于对照组（P＜0.05）。结论 通过共沉积法在纯钛表面制备的聚多巴胺-黄芩苷复合涂层,具有良好的生物相容性,初步证明其能促进BMSCs的成骨向分化。     

雌激素联合机械张力调控人牙周膜成纤维细胞成骨分化及机制研究

目的　探究雌激素联合机械张力对人牙周膜成纤维细胞成骨分化的影响及机制。方法　分离hPDLF细胞并鉴定,将hPDLF细胞分为对照组、17β-雌二醇组、机械张力组、17β-雌二醇联合机械张力组;按细胞给药和加力方案处理后,检测细胞增殖能力,茜素红染色检测hPDLF细胞成骨分化,qRT-PCR检测成骨基因mRNA的表达,Western blot检测成骨蛋白、雌激素受体表达及Akt信号通路的激活。结果　鉴定所提取到的hPDLF细胞符合其特征;17β-雌二醇组和机械张力组细胞增殖能力、茜素红染色OD值均显著高于对照组;雌激素受体ER-β、成骨基因RUNX2、OCN、OSX、OPN表达,Akt磷酸化水平均显著高于对照组;雌激素联合机械张力细胞增殖能力、茜素红染色OD值显著高于17β-雌二醇和机械张力组单独作用组,雌激素受体ER-β、成骨基因RUNX2、OCN、OSX、OPN表达,Akt磷酸化水平均显著高于17β-雌二醇和机械张力组单独作用组。结论　雌激素联合机械张力能够促进hPDLF细胞成骨分化,并且促进雌激素受体和成骨基因的表达,以及Akt信号通路的激活。     

3D打印磷酸钙改性PLGA乳液复合支架的研究

目的:3D打印技术结合乳液模板制造不同比例的聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)/β-磷酸三钙(β-TCP)复合支架(PT),筛选最佳比例,并评估其修复颌面部大段骨缺损的潜能.方法:PLGA溶于二氯甲烷后制成油包水乳液,按比例加入β-TCP混匀后通过3D打印形成支架,按照TCP含量多少记为PT30、PT50、PT70,之后对支架进行结构表征、物理性能及体外生物相容性的检测.结果:随着TCP含量的升高,支架表面粗糙程度增加,孔径和孔隙率大小不受影响(P>0.05),吸水率有明显的升高(P<0.001),力学性能差异不明显(P>0.05),降解时只有PT30支架重量和pH下降最明显(P<0.05),其余两组无明显差异(P>0.05).PT30、PT50支架无细胞毒性作用,PT70支架因具有细胞毒性而筛去.而细胞黏附数量随TCP含量增大而增多,PT30支架也被筛去.结论:PT50支架有良好的吸水性和力学性能,降解速度适合新骨生长,无细胞毒性作用,适合细胞生长黏附.     

三维打印含铜钛合金对骨髓间充质干细胞成骨分化的影响

目的: 探讨三维打印含铜钛合金的体外生物相容性和对骨髓间充质干细胞（bone marrow mesenchymal stem cells,BMSCs）成骨分化的影响。方法: 以Ti-6Al-4V-5Cu合金粉末为原料,通过选择性激光熔化（selective laser melting, SLM）技术制备三维打印含铜钛合金（3D Ti-5Cu）;将BMSCs与3D Ti-5Cu合金共同培养,观察其对细胞活性、黏附、增殖、碱性磷酸酶（ALP）活性及成骨分化相关基因表达的影响,以医用钛合金（Ti-6Al-4V）作为对照组。采用 GraphPad Prism 9.3.1软件包对数据进行统计学分析。结果: 成功制备3D Ti-5Cu合金,该新型合金无细胞毒性,与对照组相比无统计学差异（P>0.05）。3D Ti-5Cu合金能促进BMSCs的早期黏附、增殖,并显著提高ALP活性和Runx2、Alp、Bmp2、Opn及Col1a1等成骨分化基因的表达水平（P<0.05）。结论: 3D Ti-5Cu合金具备出色的生物相容性,能促进BMSCs的成骨分化,有利于改善钛合金的生物惰性,为实现钛合金的生物功能化提供了理论依据。     

钛表面含锶纳米管化对大鼠间充质干细胞成骨分化影响的研究

目的在光滑钛表面构建载锶纳米管样结构,评价其对SD大鼠骨髓干细胞成骨分化的影响。方法采用阳极氧化、水热处理的方式在钛片表面形成纳米管、载锶纳米管样结构,通过扫描电镜、能谱分析检测其微观形貌和元素组成,通过细胞形态、黏附、增殖和基因、蛋白表达检测评价其体外生物学功效。结果氢氟酸溶液阳极氧化、氢氟酸溶液阳极氧化加含锶溶液水热处理可以在钛片表面形成纳米管、载锶纳米管结构,不同的表面形貌会影响细胞的形态、黏附和增殖功能,载锶纳米管能显著提高成骨分化相关基因和蛋白的表达水平(P<0.01)。结论载锶纳米管结构可在体外促进SD大鼠骨髓间充质干细胞的成骨分化,上调其成骨相关基因的表达。     

三维打印β-TCP颌骨修复支架的生物学评价

目的:探讨三维打印β-磷酸三钙(β-Tricalcium Phosphate, β-TCP)颌骨修复支架的生物学特性及体内成骨作用。方法:采用自动注浆技术制作β-TCP支架,将前成骨细胞(MC35T3-E1)接种在支架上,扫描电镜(SEM)观察材料结构与细胞黏附,CCK-8法检测细胞增殖,ALP法检测碱性磷酸酶活性。将2种支架复合重组人骨形成蛋白-2(recombinant human bone morphogenetic protein-2, rhBMP-2)后植入大鼠体内,发泡法制作的β-TCP支架为对照组,6周后取材行组织学观察。结果:三维打印支架具有规则多孔的立体结构,适合细胞黏附,且增殖及分化能力均高于对照组(P<0.05)。组织学显示复合rhBMP-2后三维打印支架新骨生成量高于发泡法制作的β-TCP支架(P<0.05)。结论:三维打印TCP支架生物相容性良好,复合rhBMP-2后可异位成骨。     

骨髓间充质干细胞与支架材料nHA/PA66复合培养的生物活性研究

目的：研究骨髓间充质干细胞与支架材料-纳米羟基磷灰石/聚酰胺66（nHA/PA66）复合培养时生物学特性。方法：体外培养兔骨髓间充质干细胞（MSCs）,并分为A、B、C、D四组。A组为对照;B组和D组进行骨向诱导;同时,C组和D组细胞与nHA/PA66复合培养。应用MTT实验、碱性磷酸酶（ALP）染色和生物化学分析、扫描电镜,分别对各组细胞的增殖速度、ALP活性及细胞在支架上的黏附情况进行检测。结果：MTT结果显示,A组细胞增殖曲线与C组相似,而B组和D组相似;A组和C组细胞增殖略高于B组和D组。结果表明,骨向诱导可使细胞增殖轻微下降,而与支架材料复合培养对MSCs增殖无影响。ALP染色及ALP活性生化分析进一步表明,MSCs与支架材料复合培养对其骨向分化能力无影响。SEM观察则表明,C组细胞和D组细胞与支架材料均粘附良好。结论：nHA/PA66适于MSCs的黏附、增殖及骨向分化,是一种极具价值的骨组织工程支架材料。     

Mechanophysical and biological properties of a 3D-printed titanium alloy for dental applications

ObjectiveTitanium and its alloys are widely used for dental and medical biomaterials due to their excellent mechanical and biological advantages. After the introduction of direct laser metal sintering (DLMS) 3D printing technology and its use over conventional machine-cut processes, questions remain regarding whether 3D-printed titanium (alloy) devices have similar biological properties to machine-cut counterparts for dental applications. Thus, this work focuses on comparing the biological activities of machine-cut and 3D-printed specimens after optimizing the DLMS 3D-printing conditions in terms of the mechanophysical characteristics.MethodsThe DLMS 3D-printing (as a function of the laser spacing from 30–100 μm) and post-surface treatment (as-given or sand-blasted) conditions were optimized using medical-grade Ti-6Al-4V powders in terms of the inner pore amount, mechanical properties, roughness and hydrophilicity. Then, the initial cell adhesion of the optimized DLMS 3D-printed Ti-6Al-4V specimen was compared with that of the machine-cut Ti-6Al-4V specimen against human dermal fibroblasts (hDFs) and mesenchymal stem cells (hMSCs), which are representative of direct-contact cell types of orofacial mucosa and bone, respectively. hMSC differentiation on the specimens was conducted for up to 21 days to measure the osteogenic gene expression and biomineralization.ResultsLaser spacings of 30–40 μm had fewer inner defects and consequently a higher three-point flexural strength and elastic modulus compared to other larger laser spacings. Depending on the span width (0.3–1 mm) in the lattice architecture, the elastic modulus of the 3D-printed cuboid specimen can be further controlled (up to ∼30 times). The sand-blasted specimens after 3D printing revealed lower surface roughness and higher hydrophilicity compared to the as-3D printed specimen, which were considered optimal conditions for biological study. Initial hDF and hMSC adhesion for 12 hr and hMSC differentiation on the surface were comparable between the sand-blasted 3D-printed and machine-cut specimens in terms of adherent cell numbers, vinculin intensity, osteogenic gene expression and biomineralization.SignificanceThe optimized DLMS 3D-printed Ti-6Al-4V specimen had similar biological properties to those of the machine-cut counterpart, suggesting the potential usefulness of 3D printing technology for a wide range of dental applications.     

Osseointegration of 3D-printed titanium implants with surface and structure modifications

BackgroundThe purpose of this study was to establish a mechanical and histological basis for the development of biocompatible maxillofacial reconstruction implants by combining 3D-printed porous titanium structures and surface treatment. Improved osseointegration of 3D-printed titanium implants for reconstruction of maxillofacial segmental bone defect could be advantageous in not only quick osseointegration into the bone tissue but also in stabilizing the reconstruction.MethodsVarious macro-mesh titanium scaffolds were fabricated by 3D-printing. Human mesenchymal stem cells were used for cell attachment and proliferation assays. Osteogenic differentiation was confirmed by quantitative polymerase chain reaction analysis. The osseointegration rate was measured using micro computed tomography imaging and histological analysis.ResultsIn three dimensional-printed scaffold, globular microparticle shape was observed regardless of structure or surface modification. Cell attachment and proliferation rates increased according to the internal mesh structure and surface modification. However, osteogenic differentiation in vitro and osseointegration in vivo revealed that non-mesh structure/non-surface modified scaffolds showed the most appropriate treatment effect.Conclusion3D-printed solid structure is the most suitable option for maxillofacial reconstruction. Various mesh structures reduced osteogenesis of the mesenchymal stem cells and osseointegration compared with that by the solid structure. Surface modification by microarc oxidation induced cell proliferation and increased the expression of some osteogenic genes partially; however, most of the markers revealed that the non-anodized solid scaffold was the most suitable for maxillofacial reconstruction.     

聚多巴胺仿生掺锶羟基磷灰石涂层的制备及对骨髓间充质干细胞生物学特性的影响

目的:通过修饰聚多巴胺并结合仿生矿化法在钛合金表面制备掺锶羟基磷灰石涂层,体外评价该复合材料对大鼠骨髓间充质干细胞生物学特性的调控作用。方法:采用两步法制备掺锶羟基磷灰石涂层。采用扫描电镜、X射线光电子能谱、X射线衍射图谱、拉曼光谱和接触角测量等材料表征证实钛合金表面聚多巴胺仿生掺锶羟基磷灰石涂层的形成。将大鼠骨髓间充质干细胞与各组材料直接培养,通过免疫荧光染色观察细胞黏附情况;MTT实验检测各组细胞的增殖情况;细胞碱性磷酸酶半定量和定性测试探究细胞的碱性磷酸酶活性;qPCR测定细胞成骨基因的表达量。结果:材料表征显示聚多巴胺仿生掺锶羟基磷灰石涂层的成功制备。该复合材料可促进骨髓间充质干细胞的细胞黏附以及细胞增殖活性(P<0.05)。聚多巴胺-掺锶羟基磷灰石组表面的细胞有更高的细胞碱性磷酸酶活性(P<0.05)。实时定量PCR显示该复合材料表面细胞在第7d的ALP、COL-Ⅰ、BSP和RUNX2表达量均高于其他三组(P<0.05)。结论:结合聚多巴胺以及仿生矿化法可制备聚多巴胺仿生掺锶羟基磷灰石涂层。体外实验证实该复合材料有利于骨髓间充质干细胞的黏附和增殖,且对细胞成骨分化有正向调控作用。     

电解蚀刻法处理的钛及钛合金表面的对比研究

目的 通过成骨细胞的体外培养,初步探讨钛及钛合金微-纳米三维形貌对成骨细胞生物学行为的影响。方法采用电解蚀刻法在纯钛及钛合金表面构建出不同尺寸的微-纳米三维形貌,并观察其三维结构表面对成骨细胞黏附、增殖、细胞形态、碱性磷酸酶（ALP）活性的影响。结果在成骨细胞的黏附和增殖方面,纯钛组和钛合金组表面均高于纯钛机械抛光组。纯钛组表面细胞胞体饱满,伸出大量伪足,并可见大量功能颗粒。ALP活性显著高于钛合金和纯钛机械抛光组表面。结论通过电解蚀刻法在纯钛和钛合金表面可形成不同直径和深度的碗形巢样及纳米结构;两个表面即30~50 μm和5~8 μm的表面和光滑表面相比,都明显促进了细胞的附着;30~50 μm的纯钛表面更有利于促进细胞的增殖和分化。     

Wnt／β-catenin信号通路在大鼠骨髓间充质干细胞牵张中的表达

目的：了解经典Wnt信号通路在骨髓间充质干细胞（BMSCs）加载牵张中的作用。方法：分离培养大鼠BMSCs,通过自行研制的细胞加载装置．对BMSCs施加机械张应力刺激。用实时荧光定量RT—PCR与Western印迹检测Wnt3A、B—catenin与Lef-1的表达,同时检测BMSCs细胞增殖及骨向分化转录因子Runx2与成骨因子碱性磷酸酶（ALP）的变化情况。所得数据应用SPSS19．0软件包进行配对￡检验。结果：在牵张力刺激下,经典Wnt信号通路的3个关键分子Wnt3A、β-atenin与IJef_因表达显著增强（P〈0．05）。BMSCs的增殖、Runx2表达以及ALP活性也在加力后增强（P〈0．05）。结论：张应力加载激活了经典Wnt信号通路．并刺激BMSCs增殖与骨向分化,提示Wnt／β-catenin参与了牵张成骨的分子调控过程。     

SDF-1α/CXCR4信号轴介导柚皮素对骨髓间充质干细胞成骨分化的影响

目的: 探讨柚皮素对骨髓间充质干细胞（bone mesenchymal stem cells,BMSCs）成骨分化的影响,SDF-1α/CXCR4信号轴是否参与介导柚皮素促进BMSCs成骨分化。方法: 分离、培养及鉴定大鼠BMSCs,CCK8法检测不同浓度柚皮素对BMSCs增殖的影响,检测碱性磷酸酶（alkaline phosphatase,ALP）活性;RT-qPCR法检测各组ALP、骨钙素（osteocalcin,OCN）、趋化因子受体4（CXCL receptor 4,CXCR4）和基质细胞衍生因子1α（stromal cell derived factor-1,SDF-1α）的表达,ELISA法检测各组CXCR4和SDF-1α蛋白的表达。采用SPSS 21.0软件包对数据进行统计学分析。结果: 细胞鉴定结果表明,培养细胞为高纯度的BMSCs。第1、3天,柚皮素对BMSCs增殖无显著影响（P>0.05）;第5天时,50 μg/mL柚皮素可促进BMSCs增殖;第7天时,不同浓度柚皮素均促进BMSCs增殖（P<0.05）;同时,ALP活性随时间推移逐渐增强。RT-qPCR结果表明,柚皮素组和成骨诱导液组中相关基因表达均较培养基组明显增加,而AMD3100组中各基因表达均受到显著抑制（P<0.05）。ELISA检测结果显示,各组CXCR4和SDF-1α蛋白表达随诱导时间增加均逐渐上调,且两者均在100 μg/mL柚皮素组表达最高。结论: 柚皮素可促进BMSCs增殖和成骨向分化,SDF-1α/CXCR4信号轴参与柚皮素对BMSCs的成骨分化,主要在BMSCs成骨分化早期阶段。     

天然衍生脱细胞牛心包复合BMP-2转染的BMSCs引导骨组织再生的体外实验研究

目的: 研究天然衍生脱细胞牛心包复合BMP-2转染BMSCs引导骨组织再生的可行性和有效性。方法: 天然衍生脱细胞牛心包体外复合BMP-2转染BMSCs,SEM评估细胞生长与增殖,MTT法检测牛心包对转染细胞的毒性,ELISA 检测BMP-2含量,结晶紫染色法测定BMSCs细胞粘附能力,ALP活性实验检测转染BMSCs成骨性能。结果: SEM发现天然衍生脱细胞牛心包复合BMP-2基因转染的BMSCs后,细胞生长并增殖良好;各组细胞的存活率没有显著性差异;天然衍生脱细胞牛心包增强了BMP-2转染BMSCs的细胞粘附能力和成骨细胞转化能力。结论: 天然衍生脱细胞牛心包复合BMP-2基因转染BMSCs后,具有良好的生物和细胞相容性,有望成为一种优良的天然GBR膜材料。     

瘦素在种植体骨结合中的作用研究

摘要：目的：体外实验研究瘦素对大鼠骨髓间充质干细胞在纯钛表面增殖、分化的影响。 方法：将体外培养的SD大鼠骨髓间充质干细胞接种于钛片表面,实验组加入50nmol/L瘦素,比较实验组与对照组ALP、OC的含量,以及MTT法检测瘦素对细胞增殖的影响。 结果：实验组与对照组之间ALP、OC情况均有统计学差异（P<0.05）,对细胞增殖无明显促进作用。 结论：瘦素能够促进钛片表面骨髓间充质干细胞的分化。