壳聚糖膜覆盖3D打印双相磷酸钙骨组织工程支架的制备和性能

目的：将壳聚糖（CS）膜覆于3D打印制备的双相磷酸钙（BCP）支架上制备成复合支架,探讨其在骨组织工程中的应用潜力。方法：采用3D打印制备BCP支架,采用CS膜覆盖制备BCP/CS支架。采用原子力显微镜和扫描电子显微镜分别观察2组支架的表面粗糙度和超微结构,通过平均称重法测定2组支架吸水率。培养小鼠前成骨细胞（MC3T3-E1）,采用CCK-8法分别测定2种支架浸提液与细胞共培养不同时间（1、3和5 d）的毒性等级,同时设空白组;将2组支架分别与细胞共培养,采用CCK-8法检测不同时间（1、3、5和7 d）细胞的增殖活性。结果：原子力显微镜下观察,BCP/CS支架表面粗糙度低于BCP支架。扫描电子显微镜下观察,BCP支架平均孔径为350~450 μm,BCP/CS支架平均孔径为250~300 μm。BCP支架吸水率为（32.00±2.43）%,BCP/CS支架吸水率为（37.75±2.21）%,2组间吸水率比较差异有统计学意义（P<0.05）。按照国家标准（GB/T16886.5-2003）对2组支架浸提液毒性进行评级,在1、3和5d时,2组支架毒性等级均为0级、1级和1级。MC3T3-E1细胞可在BCP/CS和BCP支架上黏附并增殖,2组细胞数量均随着时间的延长均呈单纯性升高,培养至第7天时BCP/CS支架组细胞增殖活性明显高于BCP支架组和空白组（P<0.05）。结论：BCP/CS复合支架具有符合骨组织工程支架材料的表征,无细胞毒性,并且可以提高细胞的增殖能力,具有作为骨组织工程支架的潜力。     

3D打印技术在骨科导航模板和骨组织工程中的应用

<正>骨骼作为人体的支架,担负着支持、承重、造血的功能。因结核、创伤、先天发育畸形等原因造成的大体积骨组织损坏,给患者、家庭和社会都带来了极大的影响,临床上一般通过外科手术植入修复材料的方法修复缺损的骨组织,以达到完全或部分恢复正常骨组织的结构和功能。骨组织修复材料有自体骨、同种异体骨和人工骨。采用自体骨造成患者的二次伤害,取骨后供区疼痛,康复缓慢因此限制了其在临床中的应用。而同种异体骨又存在材料来源限     

3D生物打印在组织工程的研究及应用

3D生物打印技术是3D打印技术的一个分支与延伸,是增材制造与细胞打印的结合,是不同领域技术如工程学、生物材料学、细胞生物学、物理学、化学、制造学及医学集成的产物,是3D打印技术中新兴的、快速扩张的、富有生命力的、最具发展前景的技术领域,被认为是21世纪组织工程与生物制造的新范式,已越来越多地应用于组织工程中。3D生物打印技术可能是我们下一步超越基于传统组织工程支架的障碍和局限,以工业化生产组织工程产品。本文主要从3D生物打印技术在组织工程的研究及应用的国内外研究现状、特点、打印方式、材料,以及发展前景等方面作简要综述。     

3D打印生物陶瓷材料在口腔修复领域的研究进展

生物陶瓷材料的传统制造工艺主要有以数控切削成型为代表的减材制造法和以失蜡铸造为代表的等材制造法。近年来,随着3D打印技术的快速发展,增材制造技术被用于加工生物陶瓷材料,逐渐成为口腔修复领域的研究热点。该文从3D打印生物陶瓷的研究进展及其在口腔修复中的应用现状进行综述,并对未来发展进行展望。     

应用明胶甲基丙烯酰胺低温3D打印组织工程软骨

目的：探讨应用低温3D打印制作的明胶甲基丙烯酰胺（gelatin methacrylamide,GelMA）支架能否构建高质量组织工程软骨。方法：经预冷处理后,利用低温沉积3D打印技术制备低浓度GelMA支架。大体观察、扫描电镜观察支架宏观、微观结构,并对水凝胶进行流变学和生物力学检测,以DMEM培养液培养大鼠骨髓间充质干细胞作为对照,细胞增殖（CCK?8法）和细胞活性（Live/Dead染色法）检测支架生物相容性,组织学染色定性分析支架成分。裸鼠皮下包埋支架,苏木素?伊红（HE）染色、阿利新蓝染色、番红染色评估软骨细胞外基质结构。结果：大体观察和扫描电镜观察示5％GelMA支架孔径均一,结构规整。与纯GelMA相比,添加细胞的支架力学强度稍强。骨髓间充质干细胞能在支架上黏附并增殖。体内体外组织学染色均表明构建的组织工程软骨在大小、色泽、氨基葡糖聚糖分泌等方面均满足组织工程软骨要求。结论：5％GelMA生物墨水可以在低温条件进行3D打印并成功构建组织工程软骨。     

负载二甲双胍骨组织工程支架的制备及评价

目的 通过3D打印技术构建负载二甲双胍的聚乙烯醇(PVA)/β-磷酸三钙(β-TCP)骨组织工程支架,初步探讨其应用潜能。方法 向PVA溶液中掺入二甲双胍,利用低温3D打印技术制备载药的PVA/β-TCP/二甲双胍(PTM)支架,评估支架的微观形态、孔径及孔隙率、吸水率、二甲双胍的释放规律、细胞毒性、细胞黏附和增殖。结果 PTM支架具有相互连通的孔隙结构,与不载药(PT)支架比较,支架表面粗糙,吸水率明显提高(P<0.05),但药物的掺入并不影响支架的孔径(P>0.05)和孔隙率(P>0.05)。PTM支架内的二甲双胍在前5天出现较快的释放,随后进入缓慢释放阶段,至14天时释放率约为74%。通过支架浸提液培养细胞24h,细胞生存率大于90%。细胞在支架上黏附良好,随着时间推移,细胞增殖活性逐步提升,第5天时,PTM支架的细胞增殖活性明显大于PT支架(P<0.05)。结论 3D打印PTM支架符合骨组织工程支架的表征,具备二甲双胍缓释能力,支架生物相容性好,可提高细胞的增殖活性,有望在骨再生领域发挥潜力。     

3D打印技术在细胞打印方面的应用与发展

3D打印技术是一种快速成型技术.本文对3D打印的概念、发展、现状作了简要的概括,重点介绍了3D打印技术在细胞打印方面的应用,分析了各种细胞打印技术的原理及其优缺点,并对3D细胞打印的发展趋势进行了展望.     

3D生物打印技术在组织工程和器官移植中应用的研究进展

3D生物打印是一种利用计算机三维数字成像技术和多层级连续打印的特点,以活细胞为原料打印活体组织的技术,能够制作出高精度且更为适合人体的模型和组织器官。目前,3D生物打印已在组织损伤修复和器官移植等领域取得了一定的成果,被应用于皮肤、人造血管、牙齿、心脏组织和骨质结构的再生与重建。本文阐述了3D生物打印技术的基本原理,总结了组织工程中3D生物打印的常用方法,概括了目前3D生物打印技术在组织和器官修复中的研究进展。     

骨组织工程支架3D打印系统的建立与支架宏微结构精度的可控性评价

目的:自主研发一种基于熔融沉积成形原理的骨组织工程支架3D打印系统,定量评价其打印聚乳酸(polylactide,PLA)、聚己内酯(polycaprolactone, PCL)制件的宏观和微观结构精度可控性。方法:系统硬件部分为基于三轴步进电机控制的单喷头熔融挤出材料的混元-Ⅰ型生物打印机,喷头直径为0.3 mm,配套打印分层软件生成打印控制代码为Gcode格式文件。用Imageware设计长×宽×高为10 mm×10 mm×2 mm的长方体,保存成STL文件。将文件导入配套打印分层软件并设定长方体内部为均匀分布的长方体孔隙结构,打印层厚0.2 mm,生成Gcode代码并用混元-Ⅰ型生物打印机分别打印PLA和PCL制件,每种材料重复打印10次。打印完成并充分自然冷却后取下,获得PLA、PCL打印制件(10个×2组)。用游标卡尺测量每个制件的宏观尺寸,每组任意选取3个制件用激光三维形貌测量显微镜扫描并测量每个制件层间重叠和无层间重叠区域的孔隙尺寸与实体支撑梁的直径。结果:所建立系统打印的PLA、PCL制件孔隙规则且相互贯通,宏观尺寸分别为PLA:长 9.950(0.020) mm,宽 9.950(0.003) mm,高 1.970(0.023) mm;PCL:长 9.845(0.025) mm,宽 9.845(0.045) mm,高 1.950(0.043) mm。内部结构PLA、PCL层间重叠部分支撑梁直径稍有增粗,前者较明显。各测量值中PLA层间重叠区域孔隙(274.09±8.35) μm与设计值差值最大,为26.91 μm。结论:应用自主研发的组织工程支架3D打印系统可完成PLA、PCL多孔支架的打印,该系统对宏观、微观结构的可控性满足研究应用需求。     

3D打印技术在骨科领域的应用进展

3D打印可以根据医学成像数据集创建出针对患者特定解剖结构的精确物理模型,将虚拟影像转化为三维实体物件,具有成型精度高、个性化突出等优势,实现材料结构的个性化定制及解剖学匹配,在骨科领域中得到了广泛的应用与发展。随着3D打印技术的发展和3D打印材料的更新,3D打印技术已经渗透到了医学的各个领域,其在骨科中的应用价值逐步突出,包括3D打印模型、3D打印截骨导板、3D打印导航导板、3D打印假体、3D生物打印等,具有广阔的应用前景。     

海洋鱼骨制备双相磷酸钙材料的研究进展

双相磷酸钙材料是骨重建手术中替代材料的“金标准”,其制备方法多为人工合成,但人工合成方法制备工序复杂、孔径分布不可控、成本较高,同时生物活性较低。研究发现海洋鱼骨作为一种天然骨来源也可用于制备双相磷酸钙材料,其来源广泛、制备方法简单、β-磷酸三钙含量高,并保留了天然的微观孔隙结构,是一种潜在的骨替代支架材料。本文从制备方法和材料表征方面综述了海洋鱼骨来源制备双相磷酸钙材料的研究进展。     

Biphasic calcium phosphate nano-composite scaffolds reinforced with bioglass provide a synthetic alternative to autografts in a canine tibiofibula defect model

Background Bone grafting is commonly used to repair bone defects.As the porosity of the graft scaffold increases,bone formation increases,but the strength decreases.Early attempts to engineer materials were not able to resolve this problem.In recent years,nanomaterials have demonstrated the unique ability to improve the material strength and toughness while stimulating new bone formation.In our previous studies,we synthesized a nano-scale material by reinforcing a porous β-tricalcium phosphate （β-TCP） ceramic scaffold with Na2O-MgO-P2O5-CaO bioglass （β-TCP/BG）.However,the in vivo effects of the β-TCP/BG scaffold on bone repair remain unknown.Methods We investigated the efficacy of β-TCP/BG scaffolds compared to autografts in a canine tibioflbula defect model.The tibioflbula defects were created in the right legs of 12 dogs,which were randomly assigned to either the scaffold group or the autograft group （six dogs per group）.Radiographic evaluation was performed at 0,4,8,and 12 weeks post-surgery.The involved tibias were extracted at 12 weeks and were tested to failure via a three-point bending.After the biomechanical analysis,specimens were subsequently processed for scanning electron microscopy analysis and histological evaluations.Results Radiographic evaluation at 12 weeks post-operation revealed many newly formed osseous calluses and bony unions in both groups.Both the maximum force and break force in the scaffold group （n=6） were comparable to those in the autograft group （n=6,P ＞0.05）,suggesting that the tissue-engineered bone repair achieved similar biomechanical properties to autograft bone repair.At 12 weeks post-operation,obvious new bone and blood vessel formations were observed in the artificial bone of the experimental group.Conclusions The results demonstrated that new bone formation and high bone strength were achieved in the β-TCP/ BG scaffold group,and suggested that the β-TCP/BG scaffold could be used as a synthetic alternative to autografts for the repair of bone defects.     

柱形藻酸钙载体制备及复合兔膝关节软骨细胞的初步观察

目的 构建用于软组织工程研究的新型细胞载体。方法 通过向一定浓度的藻酸钠中加入二价阳离子并置入特殊模具中，经冷脱水等处理。获得圆柱形藻酸钙载体。并复合软骨细胞观察。结果 制备的藻酸钙载体具有网眼状结构。孔隙为60-160um，嵴上并可见10-20um的小洞。复合细胞组可见网眼中有数目不等的软骨细胞。结论柱形藻酸钙载体初步具备作为软骨细胞载体的条件。可用于软骨组织工程的研究。     

新型骨与软骨组织工程支架材料制备及其性能研究

目的：研究符合骨与软骨组织工程制备技术要求的新型支架复合材料；并确定其性能与结构优化设计的主要参数指标。方法：按不同CPPf(聚磷酸钙纤维）／PLL（L－聚乳酸）重量比及相同CPPfPLLA/NaCl颗粒重量比，采用溶铸颗粒沥取（Solventcasting particulte-leaching)法轩系列CPPf/PLLA支架复合材料；液体置换法，压缩性能测试及扫描电子显微镜观察其密度，孔隙度压缩模量及微结构特征；材料样品体外人工降解液直接浸渍法判定其生物降解性能，并观测其生物降解率，压缩碍及微结构由微孔海绵状过渡为纤维网状。随着支架材料在人工降解液中降解时间的延长，其降解率以0％－13．2％线性递增；压缩模量呈线性降低至1.10-2.78MP；材料横截面微结构则发生相应改变。结论 CPPf/PLLA支架复合材料具有高孔隙度的三维立体结构，良好的抗压缩性能和和解性能，经进一步优化设计后，可成为结构和性能符合各项要求的新与软骨组织工程支架材料。     

双相生物陶瓷/硅橡胶复合材料的各项生物力学性能检测

目的对新型钙磷类活性材料——双相生物陶瓷（BCP）与硅橡胶（SR）的复合物进行硬度、生物力学性能测定与分析,筛选出二者最佳的复合质量配比,进行下一步生物学评价。方法对不同比例（30-BCP、50-BCP、70-BCP）的双相生物陶瓷／硅橡胶复合物按国家标准（GB／T528）要求对其进行硬度（邵氏A）、抗拉强度、弹性模量、屈服强度、断裂伸长率、断裂强度测定,对其机械性能加以评价,并进行统计学分析。结果随着硅橡胶内双相生物陶瓷含量的增加,硅橡胶的硬度逐渐提高,各项机械性能逐渐下降。结论双相生物陶瓷／硅橡胶复合材料中BCP含量为30～50份时,机械性能与纯硅橡胶相当,而BCP含量为50份以上时性能下降明显,不宜用于体内填充。     

Tissue-engineered calcium phosphate cement in rabbit femoral condylar bone defects

Background  Calcium phosphate cement (CPC) is a favorable bone-graft substitute, with excellent biocompatibility and osteoconductivity. However, its reduced osteoinductive ability may limit the utility of CPC. To increase its osteoinductive potential, this study aimed to prepare tissue-engineered CPC and evaluate its use in the repair of bone defects. The fate of transplanted seed cells in vivo was observed at the same time.

Methods  Tissue-engineered CPC was prepared by seeding CPC with encapsulated bone mesenchymal stem cells (BMSCs) expressing recombinant human bone morphogenetic protein-2 (rhBMP-2) and green fluorescent protein (GFP). Tissue-engineered CPC and pure CPC were implanted into rabbit femoral condyle bone defects respectively. Twelve weeks later, radiographs, morphological observations, histomorphometrical evaluations, and in vivo tracing were performed.

Results  The radiographs revealed better absorption and faster new bone formation for tissue-engineered CPC than pure CPC. Morphological and histomorphometrical evaluations indicated that tissue-engineered CPC separated into numerous small blocks, with active absorption and reconstruction noted, whereas the residual CPC area was larger in the group treated with pure CPC. In the tissue-engineered CPC group, in vivo tracing revealed numerous cells expressing both GFP and rhBMP-2 that were distributed in the medullar cavity and on the surface of bony trabeculae.

Conclusion  Tissue-engineered CPC can effectively repair bone defects, with allogenic seeded cells able to grow and differentiate in vivo after transplantation.

     

两种生物陶瓷与硅橡胶复合材料的制备及物理性状比较

目的按照不同配比制备适合组织填充的新型双相生物陶瓷硅橡胶复合材料和羟基磷灰石/硅橡胶复合材料,并对材料物理性状进行观察。方法共混法制备不同配比的双相生物陶瓷/硅橡胶材料和羟基磷灰石/硅橡胶复合材料,检测双相生物陶瓷颗粒粒径并与羟基磷灰石颗粒进行对比,对复合材料进行扫描电镜观察。结果制备出了双相生物陶瓷质量配比30、50、70份的复合材料,通过观察,参照物羟基磷灰石颗粒平均粒度40.28μm,双相生物陶瓷颗粒平均粒度为52.28μm。结论双相生物陶瓷颗粒在复合材料内大部分粒径完整,分布均匀,作为生物软组织填充的理想赝复材料,可进行下一步检测。     

壳多糖组织工程支架材料的制备及其应用

目的:探索一种简单的制备壳多糖细胞外基质网架的方法,考察该基质网架作为组织工程支架材料应用的可行性。方法:壳多糖溶于乙酸,搅拌成均匀泡沫状,冷冻铸型制成海绵状多孔基质网架。利用光镜、电镜等方法测定该网架的孔径和空孔率。分别应用该网架构建复层组织工程皮肤和组织工程软骨。 结果：制备的壳多糖网架外观呈多孔海绵状,光镜下观察有大小不等的孔隙;扫描电镜下观察,网架错综相连成许多网孔,孔径为83～136 μm,平均孔径为110 μm,平均三维空孔率为78%。构建的复层组织工程皮肤具有与天然皮肤极为相似的表皮和真皮双层结构,皮肤角朊细胞和成纤维细胞贴附于网架生长、增殖,形成连续的细胞层,细胞层数增多明显,并分泌角质样物质和基质样物质,网架逐渐降解。软骨细胞在网架上贴附、增殖良好,并分泌细胞外基质;组织学观察有新生软骨组织形成。结论：制备的壳多糖细胞外基质网架具有一定的孔径和空孔率,适于细胞贴附生长和增殖,将其作为组织工程支架材料具有较好的应用前景。