磷酸钙骨水泥复合不同比例同种异体微小颗粒骨修复兔桡骨缺损

背景：已证实同种异体微小颗粒骨复合磷酸钙骨水泥修复骨缺损的效果较好,但是二者复合的最佳比例还无定论。目的：观察不同比例的同种异体微小颗粒骨与磷酸钙骨水泥复合物修复兔桡骨缺损的效果,寻找最合适的比例。设计：随机对照动物体内实验。材料：健康成年日本大耳白兔5只,取骨盆骨制成直径300～500μm的同种异体微小颗粒骨作为供体。方法：健康成年日本大耳白兔45只,建立兔双侧桡骨中段12mm骨缺损模型,然后随机分成5组,每组9只。均植入同种异体微小颗粒骨与磷酸钙骨水泥复合物,同种异体微小颗粒骨与磷酸钙骨水泥的比例分别为1∶1,2∶1,3∶1,4∶1,5∶1。主要观察指标：观察同种异体微小颗粒骨与磷酸钙骨水泥混合后的形态;植入后4,8周分别行X射线片观察缺损区骨连接及骨痂生长情况,组织学观察新生骨组织和骨愈合情况,并进行骨缺损修复血管化观察;植入后8周测定各组桡骨标本的最大扭矩,以评价生物力学强度。结果：同种异体微小颗粒骨与磷酸钙骨水泥的比例为3∶1时,二者混合后可任意塑形,其成骨性能最好,新生骨的组织学结构和血管化程度优于其他复合比例,生物力学强度高于其他复合比例（t=2.35,P〈0.05）。结论：同种异体微小颗粒骨复合磷酸钙骨水泥的最适宜比例是3∶1。     

复合同种异体颗粒骨修复兔桡骨缺损实验研究

目的观察复合磷酸钙骨水泥同种异体微小颗粒骨修复骨缺损的效果。方法建立兔双侧桡骨中段12mm骨缺损模型，40只兔随机分为A、B、C3组，A组植入复合磷酸钙骨水泥同种异体微小颗粒骨，B组植入同种异体微小颗粒骨，C组为空白对照组。术后4周和8周分别行X线摄片、组织学观察、骨缺损修复血管化观察和生物力学测定。结果A组的骨缺损修复效果、新生骨的组织学结构和生物力学测定均优于B组，C组无骨愈合迹象。结论同种异体微小颗粒骨能较好地修复骨缺损，但复合磷酸钙骨水泥同种异体微小颗粒骨修复骨缺损的效果更佳。     

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。     

再血管化的同种异体微小颗粒骨磷酸钙复合物修复骨缺损

目的：制备仿生化的组织工程人工骨，观察分析同种异体微小颗粒骨复合磷酸钙骨水泥修复兔桡骨节段性骨缺损的效果。 方法：实验于2004-03／2005-01在哈尔滨医科大学组织工程实验室完成。①选取44只3月龄健康日本大耳白兔作为受体，随机分为3组：组织工程人工骨组36只（兔左侧桡骨缺损），磷酸钙颗粒骨复合物组36只（兔右侧桡骨缺损），空白对照组8只。②组织工程人工骨组、磷酸钙颗粒骨复合物组于双侧桡骨中段作纵形切口，显鳝桡骨，建立双侧桡骨15mm长的桡骨一骨膜缺损模型。③组织工程人工骨组植入自体微小颗粒骨、磷酸钙骨水泥、重组骨形态发生蛋白复合物，植入前该复合物与兔毛细血管内皮细胞、成骨细胞混合培养5d；磷酸钙颗粒骨复合物组单纯植入自体微小颗粒骨、磷酸钙骨水泥的复合物，不使用促骨化、血管化的细胞因子及种子细胞；空白对照组骨缺损区旷置，不予任何充填物。④各组术后每天肌注青霉素40万u，组织工程人工骨组、磷酸钙颗粒骨复合物组分别于术后4，8，12周取材，12只／次。进行影像学、组织学及电镜检查，观察人工骨的骨化、血管化以及骨缺损修复情况。 结果：实验选取44只大耳白兔作为受体，全部进入结果分析。①放射学以及组织学检查结果显示，组织工程人工骨组、磷酸钙颗粒骨复合物组的骨缺损都获得了不同程度的修复，但组织工程人工骨组在成骨速度、成骨质量、血管化程度等方面均优于磷酸钙颗粒骨复合物组。②新生骨及新生血管定量分析表明，术后4，8，12周组织工程人工骨组的新生血管面积百分比、新骨形成面积百分比均优于磷酸钙颗粒骨复合物组（P〈0．05）。 结论：同种异体微小颗粒骨复合磷酸钙骨水泥制备的组织工程化人工骨能够加快人工骨骨化和血管化的进程，有效修复骨缺损。     

磷酸钙骨水泥修复骨缺损的血液相容性

由于磷酸钙骨水泥具有优良的生物活性、生物相容性、自固化能力以及易颦性,因此在修复骨缺损、骨折治疗以及骨病治疗等骨科临床中显示出良好的效果,在骨修复领域有广泛的应用前景.此外磷酸钙骨水泥在牙科、整形外科和脑外科有广泛的应用,日前磷酸钙骨水泥已成为生物医用材料领域的重点和热点之一.文章探讨了磷酸钙骨水泥的生物相容性、生物毒性及其他理化性能,研究了磷酸钙骨水泥应用现状、总结了磷酸钙骨水泥的发展前景.虽然磷酸钙骨水泥与传统骨修复材料相比已具备一定的优势,但是其基本性能与临床要求之间仍有一定差距,因此进一步改进其基本性能成为磷酸钙骨水泥研究的重点.     

再血管化的同种异体微小颗粒骨磷酸钙复合物修复骨缺损

目的:制备仿生化的组织工程人工骨,观察分析同种异体微小颗粒骨复合磷酸钙骨水泥修复兔桡骨节段性骨缺损的效果。方法:实验于2004-03/2005-01在哈尔滨医科大学组织工程实验室完成。①选取44只3月龄健康日本大耳白兔作为受体,随机分为3组:组织工程人工骨组36只(兔左侧桡骨缺损),磷酸钙颗粒骨复合物组36只(兔右侧桡骨缺损),空白对照组8只。②组织工程人工骨组、磷酸钙颗粒骨复合物组于双侧桡骨中段作纵形切口,显露桡骨,建立双侧桡骨15mm长的桡骨-骨膜缺损模型。③组织工程人工骨组植入自体微小颗粒骨、磷酸钙骨水泥、重组骨形态发生蛋白复合物,植入前该复合物与兔毛细血管内皮细胞、成骨细胞混合培养5d;磷酸钙颗粒骨复合物组单纯植入自体微小颗粒骨、磷酸钙骨水泥的复合物,不使用促骨化、血管化的细胞因子及种子细胞;空白对照组骨缺损区旷置,不予任何充填物。④各组术后每天肌注青霉素40万u,组织工程人工骨组、磷酸钙颗粒骨复合物组分别于术后4,8,12周取材,12只/次。进行影像学、组织学及电镜检查,观察人工骨的骨化、血管化以及骨缺损修复情况。结果:实验选取44只大耳白兔作为受体,全部进入结果分析。①放射学以及组织学检查结果显示,组织工程人工骨组、磷酸钙颗粒骨复合物组的骨缺损都获得了不同程度的修复,但组织工程人工骨组在成骨速度、成骨质量、血管化程度等方面均优于磷酸钙颗粒骨复合物组。②新生骨及新生血管定量分析表明,术后4,8,12周组织工程人工骨组的新生血管面积百分比、新骨形成面积百分比均优于磷酸钙颗粒骨复合物组(P<0.05)。结论:同种异体微小颗粒骨复合磷酸钙骨水泥制备的组织工程化人工骨能够加快人工骨骨化和血管化的进程,有效修复骨缺损。     

磷酸钙骨水泥/骨形态发生蛋白复合人工骨修复骨缺损的实验研究

目的探讨磷酸钙骨水泥(CPC)/骨形态发生蛋白(BMP)复合人工骨用于修复骨缺损的效果和材料植入体内后的微观结构变化。方法研制新型CPC并与BMP复合成人工骨,修复兔桡骨干骨缺损,通过X线片、扫描电镜、骨密度测量和X射线电子能谱分析等手段,观察新骨形成情况和材料的微观结构变化。结果CPC/BMP复合物可以有效地修复骨缺损,材料被逐渐降解吸收,而单纯的CPC新骨形成速度的材料降解速度都明显低于CPC/BMP。结论CPC/BMP是一种比较理想的新型骨移植材料。     

磷酸钙骨水泥/rhBMP-2修复犬股骨头坏死软骨下骨缺损实验研究

目的：研究应用组织工程技术修复股骨头骨缺损后力学性能的变化。方法：20只犬随机分为A、B两组，各组对侧作为C组。用活门法(Trapdoor)造骨缺损模型，通过活门在骨缺损区A组植入多孔磷酸钙骨水泥／rhBMP-2，B组植入多孔磷酸钙骨水泥，C组缺损区不做处理。回植活门区软骨瓣与骨关节面平齐。16周后进行组织标本观察、组织学检查、生物力学测试。结果：A组，关节面光滑，无活门区软骨瓣塌陷，活门区软骨瓣色泽与周围关节软骨相近，缺损区磷酸钙骨水泥几乎完全吸收由新生骨且织替代，力学强度明显高于B、C组；B组，6只(6／10)软骨瓣塌陷(1mm-3．6mm)，软骨瓣色苍白，质软易碎，力学强度低于A组，骨缺损区尚残存部分磷酸钙骨水泥；C组，几乎所有软骨瓣塌陷(1．6mm～5．5mm)，色灰白，软易碎，表面有细小的裂纹，力学强度最低，缺损区有纤维组织填充。结论：新型生物活性材料多孔磷酸钙骨水泥／rhBMP-2能明显加快股骨头软骨下骨缺损的修复并有效地恢复股骨头的力学性能。     

骨髓间充质干细胞与磷酸钙骨水泥复合物修复兔关节软骨缺损

背景:前期实验已成功将骨髓间充质干细胞接种于磷酸钙骨水泥支架,并证实其具有良好的机械强度和生物相容性。目的:观察新西兰大白兔骨髓间充质干细胞体外培养后与磷酸钙骨水泥复合修复关节软骨缺损的可行性。方法:选取18只新西兰兔用电钻制成股骨滑车部5 mm的骨-软骨缺损模型,随机选择15只兔于骨缺损处左侧植入单纯磷酸钙骨水泥材料作为对照组,于右侧植入骨髓间充质干细胞与磷酸钙骨水泥复合物作为实验组,另3只兔不植入任何材料作为空白组。分别于4,8,16周各时间点处死兔取材,进行X射线摄片、组织形态学观察及生物力学检测。结果与结论:术后4,8,16周各组骨缺损均有不同程度的骨再生,实验组新骨形成的速度和数量均优于其他组,组织学观察到实验组的成骨细胞及骨小梁出现均早于其他组。术后16周实验组骨标本抗弯曲能力的最大负荷、最大应力和破坏能量均明显高于对照组(P<0.05)。结果表明骨髓间充质干细胞复合磷酸钙骨水泥材料修复骨缺损可促进骨组织再生,恢复骨的刚度和强度,有望作为一种新型人工骨材料。     

丝素蛋白/磷酸钙骨水泥体外强化骨缺损椎体

背景:目前常用的椎体强化剂筛选方法是将尸体标本制成骨折模型,然后进行材料的灌注,这种模型很难进一步应用于体内实验.目的:制备一种椎体骨缺损模型,评价骨水泥增强后的力学性能.方法:将48个新鲜成年绵羊腰椎单椎体标本随机分为8组.取4组标本,利用直径分别为2.0,4.0,6.0,8.0 mm的钻头钻入椎体10.0 mm制备骨缺损椎体模型,测量单椎体的抗压强度和刚度,与正常椎体组进行比较.根据生物力学测试结果选择一固定直径,将剩下的3组制成骨缺损模型,然后分别注入磷酸钙骨水泥、丝素蛋白/磷酸钙骨水泥及聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥,模拟体液环境固化24 h后进行生物力学测试.结果与结论:不同直径的椎体骨缺损模型中,随着缺损直径增大,其抗压强度与刚度呈逐渐下降趋势,直径为6.0 mm下降明显.选择直径为6.0 mm钻头制备骨缺损椎体模型,丝素蛋白/磷酸钙骨水泥组及聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥组的抗压强度和刚度与正常椎体组相比无明显差别(P > 0.05),而磷酸钙骨水泥组的抗压强度及刚度均明显低于正常椎体组(P < 0.05).说明缺损直径为6 mm,深度为10 mm绵羊椎体骨缺损是一种合适的椎体骨缺损模型,保持了椎体外形的完整,可用来判断椎体强化剂的体外性能,进一步用于体内实验.丝素蛋白/磷酸钙骨水泥能有效即时强化骨缺损椎体.     

Porous calcium phosphate cement for alveolar bone regeneration

The present study aimed to provide information on material degradation and subsequent alveolar bone formation, using composites consisting of calcium phosphate cement (CPC) and poly(lactic‐co‐glycolic) acid (PLGA) with different microsphere morphology (hollow vs dense). In addition to the plain CPC–PLGA composites, loading the microspheres with the growth factors platelet‐derived growth factor (PDGF) and insulin‐like growth factor (IGF) was investigated. A total of four different CPC composites were applied into one‐wall mandible bone defects in beagle dogs in order to evaluate them as candidates for alveolar bone regeneration. These composites consisted of CPC and hollow or dense PLGA microspheres, with or without the addition of PDGF–IGF growth factor combination (CPC–hPLGA, CPC–dPLGA, CPC–hPLGA_GF, CPC–dPLGA_GF). Histological evaluation revealed significantly more bone formation in CPC–dPLGA than in CPC–hPLGA composites. The combination PDGF–IGF enhanced bone formation in CPC–hPLGA materials, but significantly more bone formation occurred when CPC–dPLGA was used, with or without the addition of growth factors. The findings demonstrated that CPC–dPLGA composite was the biologically superior material for use as an off‐the‐shelf material, due to its good biocompatibility, enhanced degradability and superior bone formation. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

Engineering human bone grafts with new macroporous calcium phosphate cement scaffolds

Bone engineering opens the possibility to grow large amounts of tissue products by combining patient‐specific cells with compliant biomaterials. Decellularized tissue matrices represent suitable biomaterials, but availability, long processing time, excessive cost, and concerns on pathogen transmission have led to the development of biomimetic synthetic alternatives. We recently fabricated calcium phosphate cement (CPC) scaffolds with variable macroporosity using a facile synthesis method with minimal manufacturing steps and demonstrated long‐term biocompatibility in vitro. However, there is no knowledge on the potential use of these scaffolds for bone engineering and whether the porosity of the scaffolds affects osteogenic differentiation and tissue formation in vitro. In this study, we explored the bone engineering potential of CPC scaffolds with two different macroporosities using human mesenchymal progenitors derived from induced pluripotent stem cells (iPSC‐MP) or isolated from bone marrow (BMSC). Biomimetic decellularized bone scaffolds were used as reference material in all experiments. The results demonstrate that, irrespective of their macroporosity, the CPC scaffolds tested in this study support attachment, viability, and growth of iPSC‐MP and BMSC cells similarly to decellularized bone. Importantly, the tested materials sustained differentiation of the cells as evidenced by increased expression of osteogenic markers and formation of a mineralized tissue. In conclusion, the results of this study suggest that the CPC scaffolds fabricated using our method are suitable to engineer bone grafts from different cell sources and could lead to the development of safe and more affordable tissue grafts for reconstructive dentistry and orthopaedics and in vitro models for basic and applied research.     

肌肉及骨内植入磷酸钙骨水泥/骨形态发生蛋白成骨分析

目的成骨能力和降解性能是评价骨移植材料的重要指标,通过研究磷酸钙骨水泥(calciumphosphatecement,CPC)/骨形态发生蛋白(bonemorphogeneticprotein,BMP)(CPC/BMP)复合人工骨在肌肉和骨缺损处的成骨性能和降解规律,探讨其临床应用价值。方法研制CPC/BMP复合物,植入小鼠肌袋和兔桡骨15mm骨缺损,以大体观察、扫描电镜和能谱分析的方法研究材料周围新骨形成的特点和CPC/BMP变化规律。结果CPC植入小鼠肌袋内不能诱导成骨,CPC/BMP植入后有新骨生成,同时材料出现降解。植入骨缺损后,CPC/BMP复合物和单纯的CPC均可以促进新骨形成,但后者骨修复能力弱,材料降解速度缓慢。CPC/BMP植入4周有新骨形成,材料形态出现变化,晶体结构被逐渐破坏。24周有板层骨长入并与材料紧密结合,骨缺损初步修复,材料被溶解成规则的蜂窝状框架结构。X-射线能谱分析结果表明,随着时间的延长,新骨钙化程度逐渐增高,24周时已经与正常骨接近。结论CPC/BMP生物活性人工骨降解性能理想,对骨缺损有较强的修复能力,可望成为新型的骨缺损修复材料。     

骨缺损修复材料可降解速固化骨水泥结构特征及力学性能

目的分析异体脱钙骨基质(DBM)骨粒复合磷酸钙骨水泥(CPC)及氰基丙烯酸正丁酯粘合剂(NBCA)后材料的扫描电镜结构特征及生物力学性能。方法将DBM骨粒与CPC以1:1体积比搅拌均匀,加入适量NBCA,制成DCN骨水泥;扫描电镜观察复合材料结构特征,力学试验机测定材料生物力学性能。结果扫描电镜发现,CPC与DBM均匀复合,CPC被覆DBM表面呈规则有序海绵状,其中存在较多大小不规则、相互连通的自然裂隙;材料的抗压及拉伸极限强度较CPC明显提高。结论DCN骨水泥具有相互联通的自然裂隙及潜在的骨粒通道,并可提供较好的机械支持和固定作用的骨修复材料。     

活性煅烧骨复合骨水泥修复骨缺损:修复后的血管化及结构变化

目的观察活性煅烧骨(TBC)复合骨水泥(BC)修复骨缺损后的血管化及结构变化。方法将活性TBC和BC复合后植入兔尺骨缺损部位,不同时间行印度墨汁动脉血管灌注及材料断面扫描电镜观察,观察血管生成情况及结构变化。结果墨汁灌注2周时见TBC周围血管形成密集,并向材料中长入,4、8和12周时新生血管逐渐增多,并深入材料中央。电镜观察4周时TBC周围及内部孔隙被胶原纤维束充填,部分胶原矿化。8～12周新生骨组织附于TBC颗粒及BC表面,原孔隙接近消失,TBC颗粒少量降解。结论活性TBC复合BC具有骨诱导作用,新生血管及新生骨组织生成良好,是理想的骨缺损修复材料。     

骨形态发生蛋白复合材料修复兔皮质骨缺损

目的通过磷酸钙骨水泥(CPC)复合同种异体脱钙骨基质颗粒(DBM)及骨形态发生蛋白(bBMP)修复皮质骨缺损,探讨其对骨缺损的修复情况。方法在兔前肢桡骨制作长1cm的骨缺损,填充CPC与复合bBMP异体同种的DBM的复合物,应用大体标本观察、X线摄片、组织学观测、印度墨汁灌注等方法观察其对骨缺损的修复情况,对侧以单纯的CPC做对照。结果第2周开始复合材料组有血管长入,第4周X线片上显示可见、骨痂形成,12周后,复合材料与两端的骨质愈合良好,局部板层骨致密,哈夫氏系统排列整齐。结论磷酸钙骨水泥复合bBMP及同种异体脱钙骨颗粒修复、皮质骨缺损有较好的效果。     

Bone regeneration in minipigs via calcium phosphate cement scaffold delivering autologous bone marrow mesenchymal stem cells and platelet‐rich plasma

Macroporous calcium phosphate cement (CPC) with stem cell seeding is promising for bone regeneration. The objective of this study was to investigate the effects of co‐delivering autologous bone marrow mesenchymal stem cells (BMSCs) and autologous platelet‐rich plasma (PRP) in CPC scaffold for bone regeneration in minipigs for the first time. Twelve female adult Tibet minipigs (12–18 months old) were used. A cylindrical defect with 10 mm height and 8 mm diameter was prepared at the femoral condyle. Two bone defects were created in each minipig, one at each side of the femoral condyle. Three constructs were tested: (1) CPC scaffold (CPC control); (2) CPC seeded with BMSCs (CPC‐BMSC); (3) CPC seeded with BMSCs and PRP (CPC‐BMSC‐PRP). Two time points were tested: 6 and 12 weeks (n = 4). Good integration of implant with surrounding tissues was observed in all groups. At 12 weeks, the CPC‐BMSC‐PRP group had significantly less residual CPC remaining in the defect than the CPC‐BMSC group and the CPC control (p < 0.05). The residual CPC volume for the CPC‐BMSC‐PRP group was half that of the CPC control. New bone formation for CPC‐BMSC‐PRP was more than two‐fold that of the CPC control (p < 0.05). CPC‐BMSC‐PRP had new blood vessel density that was nearly two‐fold that of the CPC control (p < 0.05). In conclusion, CPC scaffold with autologous BMSC‐PRP doubled the new bone regeneration and blood vessel density in minipigs compared with the CPC control. In the present study, the new macroporous CPC system with co‐delivered BMSC‐PRP has been shown to promote scaffold resorption and bone regeneration in large defects. Copyright © 2017 John Wiley & Sons, Ltd.     

Fabrication of porous scaffolds by three‐dimensional plotting of a pasty calcium phosphate bone cement under mild conditions

The major advantage of hydroxyapatite (HA)‐forming calcium phosphate cements (CPCs) used as bone replacement materials is their setting under physiological conditions without the necessity for thermal treatment that allows the incorporation of biological factors. In the present study, we have combined the biocompatible consolidation of CPCs with the potential of rapid prototyping (RP) techniques to generate calcium phosphate‐based scaffolds with defined inner and outer morphology. We demonstrate the application of the RP technique three‐dimensional (3D) plotting for the fabrication of HA cement scaffolds. This was realized by utilizing a paste‐like CPC (P‐CPC) which is stable as a malleable paste and whose setting reaction is initiated only after contact with aqueous solutions. The P‐CPC showed good processability in the 3D plotting process and allowed the fabrication of stable 3D structures of different geometries with adequate mechanical stability and compressive strength. The cytocompatibility of the plotted P‐CPC scaffolds was demonstrated in a cell culture experiment with human mesenchymal stem cells. The mild conditions during 3D plotting and post‐processing and the realization of the whole procedure under sterile conditions make this approach highly attractive for fabrication of individualized implants with respect to patient‐specific requirements by simultaneous plotting of biological components. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.