两种组织工程化人工肋骨支架材料的制备及体内外降解实验研究

目的选择组织工程界常用的聚乳酸-羟基乙酸共聚物／羟基磷灰石（PLGA／HA）与多孔磷酸钙（CPC）两种支架材料,通过体内外降解实验筛选出更为符合组织工程化人工肋骨支架的材料。方法将PLGA／HA（PLGA／HA组）和CPC（CPC组）两种材料分别进行体外实验和动物体内实验,体外实验：将同等大小的PLGA／HA和CPC材料浸入0．9％NaCl溶液,并保持无菌,放入37℃温箱内,分别于2、4、8、12和24周时取出称重,比较两种材料在体外的降解速度差异;体内实验：将同等大小的PLGA／HA和CPC材料各2片分别植入20只新西兰大白兔脊柱两侧的皮下,于2、4、8、12和24周取出称重,各时间点分别处死4只大白兔;材料周围组织送组织学检查及扫描电子显微镜观察。结果薄层CT扫描（Micro—CT）和扫描电子显微镜观察结果,CPC组较PLGA／HA组具有较好的三维结构（1101．2228±0．6184mg／ccm vs．1072．5523±0．7442mg／ccm）及孔隙率（70．26％±0．45％ vs．72．82％±0．51％）;体外实验显示：两组材料在体外降解速度均较慢,至6个月时才有明显的降解,其中PLGA／HA组降解相对较多,降解了60％;体内实验显示：PLGA／HA组降解比体外更快,3个月时已基本降解完,比CPC组降解快,降解了96％;另外CPC组材料周围的炎症反应明显比PLGA／HA组轻,更适合细胞的生长和黏附。结论对再生时间较长的长段肋骨缺损,CPC比PLGA／HA更适合。     

纳米磷酸钙/氧化锆骨组织工程支架体内降解的实验研究

目的研究纳米磷酸钙/氧化锆骨组织工程支架材料体内降解特性,为进一步构建组织工程化纳米人工骨提供研究依据。方法制作兔股部肌袋,将灭菌的纳米磷酸钙/氧化锆骨组织工程支架材料植入肌袋内,在植入4周、8周、12周、16周时取材通过大体、组织学、扫描电镜观察材料降解情况,同时将材料取出后煅烧,测量残余无机物含量,判断降解的量,同时进行X线衍射实验,测量残余材料的组成。结果材料植入8周内降解较慢,生物力学强度减低不明显,12周时降解加速,材料强度明显减低,16周时新骨形成明显,降解残余材料分布于新形成的骨组织内部,X线衍射发现12周时材料内有羟基磷灰石成分出现,提示有新骨形成,16周时羟基磷灰石成分明显增多。结论纳米磷酸钙/氧化锆骨组织工程支架材料具有较好的降解性和生物相容性,具有诱导成骨作用,可作为骨组织工程的支架材料。     

三种多孔磷酸钙陶瓷制备方法的比较研究

目的 以磷酸钙双相陶瓷为材料,采用3种成型方法制备多孔生物陶瓷支架,比较不同制备方法所获得的多孔陶瓷的孔结构,为骨组织工程提供适合的支架材料.方法 本实验用不同配比的H2O和SiO2溶胶配制浆料,以添加致孔剂法、冷冻干燥法及有机泡沫浸渍法制备陶瓷坯体,经高温烧结得到多孔双相陶瓷支架.通过扫描电镜(SEM)观察了陶瓷块的孔结构、孔径及孔的连通性.同时,检测了多孔陶瓷的气孔率及力学强度,从而评价其作为骨组织工程支架材料的可行性.结果 本研究采用的3种制备方法获得的多孔陶瓷,均具有连通的孔结构.添加致孔剂法获得陶瓷的孔径为72±30 μm,气孔率为92.3%;冷冻干燥法获得的陶瓷孔径较小(23～47 μm),气孔率为74%～87%;有机泡沫浸渍法制备出的孔径最大(164±46 μm),气孔率为90.2%.力学强度测试结果显示,有机泡沫浸渍法制备的多孔陶瓷的抗压强度最大(71±18 Kpa);添加致孔剂法其次,抗压强度为18±5 Kpa;冷冻干燥法获得的多孔陶瓷抗压强度为14～44 Kpa,抗压强度最低.结论 3种制备方法均能够制备出具有连通孔结构的高气孔率的多孔磷酸钙陶瓷,以有机泡沫浸渍法和添加致孔剂法制备的多孔陶瓷力学强度较高,更适合作为骨组织工程支架材料.     

多孔CPC组织工程肋骨支架制备及BMSCs在其表面增殖黏附的实验研究

目的 通过形态学观察、细胞黏附和细胞增殖实验观察多孔CPC材料作为组织工程肋骨支架的可行性. 方法 取幼猪骨髓分离培养BMSCs并传代,另自制5 mm×5 mm×5 mm大小的多孔CPC材料,micro-CT观察孔径、孔隙率及羟基磷灰石(hydroxyapatite,HA)含量,并与人正常松质骨作对比.取24孔培养板,于孔内置入多孔CPC材料1块,共15块,调整第1代BMSCs浓度为6×10s个/mL,将细胞悬液150 μL滴加到多孔CPC材料上,置于孵育箱中复合培养4、12、24 h后,收集细胞并计数,计算细胞黏附率:行倒置相差显微镜观察、MTT法检测多孔CPC材料表面BMSCs的生长情况:扫描电镜观察接种BMSCs 7 d的多孔CPC材料,并与单纯多孔CPC材料和正常人松质骨对比. 结果 BMSCs与多孔CPC材料复合培养4、12、24 h的细胞黏附率分别为28.00%±0.98%、46.70%4±1.14%和48.50%±1.18%.MTT法检测细胞与材料复合培养1、2、3、4、5、6 d的吸光度(A)值分别为1.103 ±0.214、1.557 ±0.322、1.920 ±0.178、2.564 ±0.226、2.951 ±0.415和3.831 ±0.328,呈明显上升趋势.倒置相差显微镜下可见细胞生长旺盛,贴壁良好,未出现毒性反应.micro-CT检查示多孔CPC材料的孔径均衡,且互相连通,HA含量为(1 101.222 8 ±0.618 4)mg/ccm,孔隙率为70.26%±0.45%;人正常松质骨HA含量为(1 072.552 3 ±0.744 2)mg/ccm,孔隙率为72.82%±0.51%;两组比较差异无统计学意义(P>0.05).扫描电镜观察单纯多孔CPC材料孔径与正常人松质骨孔径大小、结构相似,且互相连通;BMSCs在多孔CPC材料表面排列有序,细胞呈片状,部分呈簇状,细胞形态呈多边形,细胞间可见较多细胞间质. 结论 多孔CPC材料结构和成分均接近正常人松质骨,BMSCs在其表面生长良好,适合作为组织工程肋骨支架材料,但其对细胞的黏附性有待进一步改善.     

组织工程化人工肋骨三维支架材料的比较及生物学评价

目的 通过生物学评价考察多孔磷酸钙和聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA/HA)两种组织工程化人工肋骨材料的安全性,并筛选出较为合适的材料.方法 利用两种材料的浸提液进行热源试验、溶血试验、急性伞身毒性试验等生物学评价.利用micro-CT进行材料孔隙率和HA含量的测定,并将两种材料分别与猪骨髓基质干细胞进行培养,观察其接种后连续6 d细胞的生长情况和4、12、24 h细胞黏附情况.结果 两种材料均无急性全身毒性反应、溶血和热源作用.micro-CT结果显示,多孔磷酸钙较PLGA/HA有更高的HA含量(P≤0.05),与人松质骨接近,并且孔径大小均衡,互相连通.细胞增殖试验显示,多孔磷酸钙组细胞较PLGA/HA组生长明显快(P≤0.05).黏附试验显示,细胞对于两种材料的黏附率都不足50%,但两者无明显差异(P>0.05).结论 多孔磷酸钙和PLGA/HA对机体毒性较小,安全可靠;作为组织工程化人工肋骨的支架来说多孔磷酸钙比PLGA/HA更为合适.     

仿生型人工小血管支架的构建与体内降解研究

目的 以复合成型工艺构建可降解仿生型人工小血管支架,观察其体内降解过程及组织反应.方法 模仿天然血管的三层结构,使用可降解的聚埘二氧环己酮(PDS)编织支架作为中间弹力层、以小肠黏膜F层(SIS)为外层、内层用共混硫酸软骨素胶原海绵涂层构建复合型人工小血管支架,将支架材料植入比格犬背部脊柱两侧肌肉内,于2、4、12、24周取材,行组织学和透视电镜观察.结果 所有实验动物术后活动正常,切口I期愈合.2～4周时,SIS与胶原结构基本保持,日J见较多的炎细胞浸润,胶原海绵网孔结构开始破坏融合,形成板层结构.12周时,自身纤维结缔组织完全取代胶原海绵材料,纤维组织广泛长人网材孔间隙内,PDS发生了部分的降解,炎细胞浸润明显消退.24周时,支架材料完全吸收,被新生纤维组织填充,炎细胞和和异物巨噬细胞少见.降解过程中未见材料周围组织变性、坏死或肉芽肿异常增生现象.结论 本实验制备的仿生型人工小血管支架组织反应轻,降解时间合适,满足体内组织再生要求,可用于下一步实验.     

大鼠骨髓间充质干细胞与多孔双相磷酸钙陶瓷支架体外黏附的实验研究

目的研究大鼠骨髓间充质干细胞(marrowmesenchymalstemcells,MSCs)诱导培养后在多孔双相磷酸钙(biphasiccalciumphosphate,BCP)陶瓷支架材料上的黏附和生长。方法SD大鼠MSCs经矿化诱导培养、扩增,具有成骨细胞表型后,与多孔BCP陶瓷支架及普通多孔羟基磷灰石(hydroxyapatite,HA)陶瓷支架体外复合培养,扫描电镜观察比较MSCs在两种材料支架表面的黏附数量和形态;同时以0.5、1.0、2.0、3.0和4.0×106/ml浓度细胞悬液接种于多孔BCP支架材料,检测适宜的接种浓度及单位体积支架材料可黏附MSCs数量。结果大鼠MSCs经诱导培养14d后,行矿化沉积茜素红染色、型胶原免疫细胞化学染色及碱性磷酸酶细胞化学染色,结果均为阳性。大鼠MSCs黏附于多孔BCP陶瓷上的细胞数(88.00±6.58)明显高于HA陶瓷组(39.00±3.65),两组比较差异有统计学意义(P<0.01)。当接种浓度为2.0×106/ml时,单位体积的陶瓷支架材料最多可黏附MSCs数量为1.28×107个/cm3,为细胞适宜接种浓度。结论大鼠MSCs在体外经矿化诱导培养可表达成骨细胞表型,细胞浓度为2.0×106/ml时与多孔BCP陶瓷支架材料具有良好的黏附能力。     

聚磷酸钙纤维体内降解及组织相容性实验

目的 研究人工合成聚磷酸钙纤维体内降解及组织相容性，为肌腱组织工程材料研究提供部分实验依据。方法 聚磷酸钙纤维束和对照材料碳纤维在20只SD大鼠肢体对称部位的皮下、肌肉、肌腱内植入。术后1个月观察实验鼠的日常活动；术后当日，4、8、12、16及20周行X线片检查；术后4、8、12、16及20周取出材料，行肉眼观察、组织切片，HE染色。结果 X线片及组织切片证实聚磷酸钙纤维在肌肉内约16周完全降解，肌腱、皮下约20周完全降解，降解产物无局部沉积现象；而对照碳纤维在实验中未观察到明显降解，聚磷酸钙纤维周围组织内淋巴细胞及巨噬细胞明显少于碳纤维周围，且与周围增生组织相融合程度亦优于碳纤维。结论 聚磷酸钙纤维在体内16－20周可完全降解，组织相容性优于碳纤维。     

聚磷酸钙纤维作为肌腱组织工程支架材料的体外实验研究

目的　探讨编织的辫状聚磷酸钙纤维 (CPPF)支架 ,在体外物理性能及与肌腱细胞的吸附情况。　方法　 CPPF直径 1 5μm,编织成横截面积为 3mm× 2 mm的辫状支架 ;体外测试其拉伸强度、孔隙率及吸水率。将体外培养 SD大鼠原代趾屈肌腱细胞 ,以 5× 1 0 6/ ml浓度与 CPPF辫状支架或 型胶原涂层的 CPPF辫状支架进行体外混合培养 ,组织学观察材料与细胞的吸附情况。　结果　编织的 CPPF辫的平均拉伸强度为 (1 2 2 .80± 1 7.34) N;平均吸水率为61 .56%± 1 4 .57% ;平均孔隙率为 50 .2 9%± 8.1 6%。肌腱细胞与 CPPF支架纤维的吸附较差 ,与 型胶原涂层后的CPPF支架纤维吸附良好。　结论　CPPF有可能成为一种较理想的构建肌腱组织工程复合型支架的新型材料     

兔成骨细胞与纳米氧化锆强韧化高孔隙率磷酸钙人工骨细胞支架生物相容性研究

目的 研究成骨细胞与纳米氧化锆强韧化高孔隙率磷酸钙人工骨细胞支架在体外培养条件下的生物相容性。方法 将成骨细胞株置于含体积分数为10％胎牛血清的DMEM培养基中培养，传代后改用含地塞米松、β-甘油磷酸钠和维生素C的条件培养基培养，分为纳米支架复合细胞组和单纯细胞组，不同时间用倒置相差显微镜、HE染色光镜及扫描电镜观察。MTT法进行细胞增殖测定，并进行细胞微量蛋白含量检测和碱性磷酸酶的定量检测。结果 成骨细胞体外培养时复合或不复合纳米支架均生长良好，表现出典型的细胞形态特征和生物学特性，纳米支架利于细胞的贴附、生长与增殖，并对细胞的功能无不良影响。结论 纳米支架是较理想的骨组织工程支架材料，成骨细胞复合纳米支架用于骨缺损的修复，具有广阔的临床应用前景。     

取向性仿生双相磷酸钙支架的制备、结构评价和初步应用

目的利用三维凝胶叠层成型法(3DGellamination)制备出取向性仿生双相磷酸钙生物陶瓷支架,并在体外对支架的结构进行三维重建和相关评价。方法2003年11月至2005年3月,以犬股骨头的松质骨样本显微CT(MicroCT)图像为基础,提取其中的图像信息,利用三维凝胶叠层成型法制备出具有仿骨小梁结构的双相磷酸钙(BCP)仿生生物陶瓷支架。随后对支架进行MicroCT扫描,用三维结构参数对支架和松质骨样本进行三维评价和比较。并利用体外细胞培养技术观察细胞在支架表面的生长情况。同时将复合骨髓间充质细胞的支架植入股骨头负重区的骨缺损内,初步观察其治疗效果。结果本方法制备出的股骨头仿生支架具有良好的三维空间结构,支架小梁具有一定的方向性,呈板状模型,其轴向方向的弹性模量和强度分别达到(464.0±36.0)MPa和(5.6±0.8)MPa。细胞在支架表面大量生长。动物实验结果表明,支架与周围骨床结合紧密,骨质沿支架小梁表面生长。结论本研究制备的BCP多孔支架的小梁具有一定的取向性,支架具有良好的生物相容性、一定的力学强度和良好的适于血管长入的空间结构。     

组织工程血管管状支架的制备与动态培养在血管组织工程中的应用

目的探索体外构建组织工程血管及细胞种植的方法。方法(1)制备管状支架模具,采用模具成形,冷冻干燥等技术,应用胶原和透明质酸复合体外预构管状支架;(2)分动态种植和静态培养两组进行细胞分层种植,每组12个,应用水溶性磺酸四唑(WST-1)测定,扫描电镜观察,5-溴2-脱氧嘧啶核苷(BrdU)细胞标记鉴定比较两种方法的细胞生长情况。结果(1)成功制备了管状支架,在培养液中约3周可保持管腔形态不变形,不塌陷;2.WST-1测定值在培养6、14、20 d分别为:动态组0.842±0.110、1.124±0.102、1.132±0.112,静态组0.386±0.121、0.489±0.245、0.499±0.265,两组比较差异有统计学意义,电镜和BrdU标记表明动态组细胞排列整齐有序。结论应用模具成形,冷冻干燥技术预构管状支架的方法切实可行,动态培养有助于细胞种植,本研究为组织工程血管的构建方法提供了思路。     

组织工程肺支架的选择

背景 肺移植手术在终末期肺疾病的有效治疗中已被广泛接受,但供源短缺、免疫抑制、潜在疾病传播等现象日益突出,组织工程肺的构建和应用有望解决以上难题. 目的 总结组织工程肺支架的研究进展. 内容 就组织工程肺支架的性能、材料、制备和展望等方面进行综述. 趋向 为终末期肺疾病的治疗提供新思路.     

Self-hardening calcium phosphate composite scaffold for bone tissue engineering.

Calcium phosphate cement (CPC) sets in situ to form solid hydroxyapatite, can conform to complex cavity shapes without machining, has excellent osteoconductivity, and is able to be resorbed and replaced by new bone. Therefore, CPC is promising for craniofacial and orthopaedic repairs. However, its low strength and lack of macroporosity limit its use. This study investigated CPC reinforcement with absorbable fibers, the effects of fiber volume fraction on mechanical properties and macroporosity, and the cytotoxicity of CPC-fiber composite. The rationale was that large-diameter absorbable fibers would initially strengthen the CPC graft, then dissolve to form long cylindrical macropores for colonization by osteoblasts. Flexural strength, work-of-fracture (toughness), and elastic modulus were measured vs. fiber volume fraction from 0% (CPC Control without fibers) to 60%. Cell culture was performed with osteoblast-like cells, and cell viability was quantified using an enzymatic assay. Flexural strength (mean+/-SD; n=6) of CPC with 60% fibers was 13.5+/-4.4 MPa, three times higher than 3.9+/-0.5 MPa of CPC Control. Work-of-fracture was increased by 182 times. Long cylindrical macropores 293+/-46 microm in diameter were created in CPC after fiber dissolution, and the CPC-fiber scaffold reached a macroporosity of 55% and a total porosity of 81%. The new CPC-fiber formulation supported cell adhesion, proliferation and viability. The method of using large-diameter absorbable fibers in bone graft for mechanical properties and formation of long cylindrical macropores for bone ingrowth may be applicable to other tissue engineering materials.     

仿生组装纳米羟基磷灰石/壳聚糖骨修复材料的制备及其生物相容性研究

目的 探讨以一种简单、廉价的方法制备纳米羟基磷灰石/壳聚糖(n-HA/CS)复合材料,并评价其理化特征和生物相容性. 方法采用原位沉析和冷冻干燥法制备n-HA/CS支架,通过扫描电镜、组织切片染色、X线衍射和傅立叶红外光谱分析其微观形貌和组成;采用万能材料试验机分析材料的力学性能.采用材料浸提液和表面接种考察n-HA/CS复合材料对第3代人骨髓基质干细胞(hBMSCs)黏附、增殖的影响,评估其细胞相容性.将n-HA/CS复合材料植入新西兰大白兔背部肌袋,经组织学染色后评价其组织相容性. 结果 n-HA/CS复合材料具有多孔结构,孔隙率为(88.65±2.34)%,孔径为(112.63±20.47) μm,HA晶体颗粒长度为200～700 nm,且分散均匀;X线衍射和红外光谱分析表明合成的HA是含CO32-弱结晶纳米晶体.材料的断裂强度为(1.47±0.15)MPa,弹性模量为(37.52±3.43)kPa,可满足非负重部位骨修复要求.n-HA/CS材料浸提液未明显抑制hBMSCs的增殖,直接接种在n-HA/CS复合材料表面的细胞黏附、增殖功能正常;组织相容性实验也表明,植入4周后组织炎性反应明显减轻,12周后材料基本降解并由新生组织爬行替代. 结论采用原位沉析和冷冻干燥法制备的n-HA/CS复合材料具有良好的理化性质和生物相容性,有望应用于组织工程骨的构建.     

取向聚乙醇酸聚乳酸共聚物支架的制备及初步实验观察

目的 研制聚乙醇酸聚乳酸共聚物(PLGA)材料的纵向取向支架,观察体外生物相容性、细胞在支架内分布等特性,探讨其作为关节软骨组织工程支架的可能性.方法 相分离法制备纵向取向PLGA支架,等离子改性、胶原包埋处理,体外接种关节软骨细胞,在环境扫描电镜下观察细胞生长、分布情况.结果 研制的PLGA取向支架生物相容性明显提高,细胞沿纵向管道垂直排列,细胞分布均匀,单侧加载细胞进入深度可达2.5 nlln.结论 取向支架能明显改善细胞在载体内的分布,细胞纵向排列接近关节软骨细胞排列方式.     

组织工程支架的力学分析及相关模式探讨

目的探讨Tensegrity模式描述天然骨衍生材料的结构并进行力学性能分析。方法制备天然骨衍生材料,测定力学性能,用MurakamiNishimura的Tensegrity模式作分析。结果骨中压力杆羟基磷灰石受到5.91×108dyn/cm2压应力时若尺寸保持不变,由预应力为4.4×108dyn/cm2十二根水平胶原纤维和预应力为2.7×108dyn/cm2六根垂直胶原纤维组成的一阶Tensegrity结构为基本单位形成的n阶右螺旋圆筒结构的极限强度和极限应变等同于骨单元的力学性质。结论n阶多重右圆筒Tensegrity结构适合作为组织工程支架材料设计的模型。