聚左旋乳酸可吸收微型接骨板的体内降解特性

背景:国外聚左旋乳酸微型接骨板和螺钉的价格昂贵,限制了其存国内的广泛应用.目的:观察国产聚左旋乳酸微型接骨板在家犬体内的力学衰减过程及其降解特性.设计、时间及地点:随机对照动物体内实验,于2005-0112006-12在吉林人学第一医院整形外科实验室完成.材料:聚左旋乳酸接骨板和螺钉由中国科学院长春应用化学研究所研制,初始分子质量约7.5×104,杨氏模量3.3～3.6GPa,强度48-55 MPa.方法:在12只成年杂种犬下颌骨建立双侧骨折模型,采用聚左旋乳酸接骨板螺钉固定系统行骨折内固定.然后按取材时闻随机分为术后1,3,6,12个月4个时间点,每个时间点3只.主要观察指标:观察各时间点接骨板大体降解情况,测试接骨板三点弯曲强度,检测接骨板黏均分子质量并计算其降解率.结果:12只犬均进入结果分析.降解过程中接骨板最人抗弯强度随时间的延长呈逐步下降的趋势,术后6个月,衰减率已达到初始强度的82.31%.各个时间点间均存在显著差异(P<0.05).随着降解时间的逐渐延长,接骨扳黏均分子质量呈现下降趋势.至术后12个月,分子质量降解率已达91.80%,各时间点间均存在显著差异(P<0.05).将接骨板最大抗弯强度衰减率与接骨板黏均分子质量降解率间进行双变量相关性分析,显示两者呈正相关性(r=0.876,P<0.05).结论:随时间的变化聚左旋乳酸微型接骨板逐渐降解,其力学强度逐渐减弱,分子质量逐渐降低,其降解过程与下颌骨骨折的愈合过程基小相符合.     

聚左旋乳酸/壳聚糖纳米纤维三维多孔支架复合骨髓间充质干细胞修复兔骨缺损

背景：骨髓间充质干细胞具有向多种间质细胞谱系分化的能力,且支架材料的性能对骨缺损的修复有重要影响。目的：观察聚左旋乳酸/壳聚糖纳米纤维三维多孔支架复合骨髓间充质干细胞治疗骨缺损。方法：对骨缺损模型兔分别采用空白植入、髂后上棘自体松质骨移植、聚左旋乳酸/壳聚糖纳米纤维多孔支架移植和复合了骨髓间充质干细胞的聚左旋乳酸/壳聚糖纳米纤维多孔支架移植修复缺损部位。结果与结论：至移植12周,移植复合了骨髓间充质干细胞的聚左旋乳酸/壳聚糖纳米纤维多孔支架的实验兔的缺损处有骨组织生成,支架材料降解,已完成缺损修复,其修复情况接近松质骨组;髂后上棘自体松质骨移植的实验兔的缺损修复完好,新形成的骨组织较规则;只植入聚左旋乳酸/壳聚糖纳米纤维多孔支架的实验兔有少量骨组织形成,材料部分降解;空白植入的实验兔缺损处无新生骨组织生成,主要由纤维结缔组织填充。说明新型的生物支架材料聚左旋乳酸/壳聚糖纳米纤维三维多孔支架与来源于新西兰大白兔的骨髓间充质干细胞复合培养后,植入同种异体兔股骨髁缺损处,使骨缺损的修复速度加快,表现为较好的体内诱导成骨的作用。     

两种聚（左旋乳酸-己内酯）静电纺纳米纤维膜的性能比较

背景:聚左旋乳酸和聚己内酯各自都有其优点与缺点,而共聚或共混后性能可以得到有效的改善,但因为两者添加比例的不同会对性能有一定的影响,在不吲的纺丝溶液浓度下纺出的纤维性能亦会有所差异.目的:通过对两种原料聚(左旋乳酸-己内酯)(75/25;50/50)在不同纺丝液浓度下制得的纳米纤维膜各种性能的比较,选出最佳的原料和相应的纺丝液浓度.设计、时间及地点:对比观察实验,于2007-09/2008-11在东华大学生物材料与组织工程实验室完成.材料:将聚聚(左旋乳酸-己内酯)材料在乳酸/己内酯为75/25和50/50两种比例下,在质量分数为4%,6%,8%和10%纺丝液浓度下通过静电纺丝制备纳米纤维膜.方法:扫描电镜样品经表面喷金后在10 kV加速电压下观察纤维膜的彤貌.在万能材料测试机测试其断裂强度和断裂伸长率.采用MTT法测试猪髋动脉内皮细胞在纳米纤维膜上的黏附与增殖情况.主要观察指标:静电纺纳米纤维膜的纤维形态、力学性能及生物相容性.结果:通过扫描电镜观察发现由质量分数为6%聚(左旋乳酸-己内酯)(50/50)制备的纤维膜具有更好的纤维形态,且直径分布均匀;拉伸力学测试显示由聚(左旋乳酸-己内酯)(50/50)制备的纤维膜比聚(左旋乳酸-己内酯)(75/25)具有更高的断裂伸长率,但断裂应力较低;细胞生物相容性实验表明猪髋动脉内皮细胞在质鼍分数为6%和8%聚(左旋乳酸-己内酯)(50/50)的纳米纤维膜上更能有效的黏附与增殖.结论:纺丝液质量分数为6%的聚(左旋乳酸-己内酯)(50/50)制得的纳米纤维膜各项性能较优.     

聚磷酸钙纤维/纳米羟基磷灰石/聚乳酸复合材料的降解行为

背景：可降解吸收性聚乳酸类骨内固定材料初始力学性能较低,易导致体内产生炎症反应,并且降解时间太长,限制了其在临床上的应用。目的：测定聚磷酸钙纤维/纳米羟基磷灰石/聚乳酸复合材料的力学性能和体外降解性能。设计、时间及地点：重复测量设计,于2006-08/2007-05在兰州交通大学材料工程研究所完成。材料：基体材料采用荷兰普拉克生化公司生产的聚乳酸（Mr300000）和聚消旋乳酸（Mr600000）的共混物（混合比例66/100）。增强材料为直径10~20μm、完全降解时间3个月以上的聚磷酸钙纤维（纤维与基体的比例为1/1）以及用水热法合成的纳米羟基磷灰石粒子。方法：采用复合材料共混工艺制备聚磷酸钙纤维/纳米羟基磷灰石/聚乳酸复合材料薄膜,然后真空热压成型,得到不同质量分数纳米羟基磷灰石（0,0.024,0.048,0.070）的聚磷酸钙纤维/纳米羟基磷灰石/聚乳酸复合材料试样。主要观察指标：复合材料降解前后的弯曲强度、弯曲模量。结果：①加入不同质量分数的纳米羟基磷灰石对复合材料的弯曲强度和弯曲模量均有一定的增强作用,质量分数为0.048时作用最强。②纳米羟基磷灰石质量分数为0.048时聚磷酸钙纤维/纳米羟基磷灰石/聚乳酸复合材料的弯曲强度251MPa,弯曲模量19GPa。与骨的力学性能相比,复合材料的初始强度、刚度（未降解）均大于皮质骨的强度和刚度。③在模拟人体环境的降解介质中降解12周后,聚磷酸钙纤维/纳米羟基磷灰石/聚乳酸复合材料的弯曲强度及弯曲模量为123MPa和7.24GPa。结论：聚磷酸钙纤维/纳米羟基磷灰石/聚乳酸复合材料的力学性能和体外降解性能与人骨组织相近。     

聚左旋乳酸/壳聚糖电纺丝纳米纤维支架与兔内皮祖细胞的生物相容性

背景：电纺丝技术能够使许多高分子材料制备出与细胞外基质相似的三维纳米纤维支架。聚乳酸/壳聚糖纳米纤维复合支架材料能够克服材料的不足,提高组织工程支架生物相容性。目的：评价聚左旋乳酸/壳聚糖电纺丝纳米纤维支架与兔内皮祖细胞的生物相容性。方法：电纺丝技术制备聚左旋乳酸,壳聚糖,聚左旋乳酸/壳聚糖的纳米纤维支架,扫描电镜观察其形貌结构。纳米纤维支架与内皮祖细胞进行复合培养后,观察细胞在不同材料上的黏附率、一氧化氮分泌,生长特征和在聚左旋乳酸/壳聚糖纳米纤维支架上的细胞表型特征。结果与结论：聚左旋乳酸/壳聚糖纳米纤维支架比聚左旋乳酸、壳聚糖具有更合适的纤维直径,具有与细胞外基质相似的纳米纤维三维多孔结构。聚左旋乳酸/壳聚糖纳米纤维支架能够促进内皮祖细胞黏附率和细胞的一氧化氮分泌（P〈0.05,P〈0.01）。内皮祖细胞能够在聚左旋乳酸/壳聚糖复合材料膜上融合成片,保持了细胞的完整形态和分化功能,显示了内皮细胞特异性的vWF表型。提示聚左旋乳酸/壳聚糖电纺丝纳米纤维支架与兔内皮祖细胞具有良好的生物相容性。     

纳米羟基磷灰石/聚磷酸钙纤维/聚乳酸骨组织工程复合支架的特性

背景:近年来国内外在骨与软骨组织支架复合材料方面进行了广泛的研究,取得了积极的成果,但仍存在许多问题.目的:观察纳米羟基磷灰石/聚磷酸钙纤维/聚乳酸(HAP/CPP/PLLA)骨组织工程支架复合材料的特性.方法:采用溶媒浇铸、粒子滤取技术与气体发泡相结合的方法制备出纳米HAP/CPP/PLLA 骨组织工程支架复合材料,测试该支架复合材料的物理力学性能,并用扫描电子显微镜对其微观结构进行观察.结果与结论:结果表明,纳米HAP/CPP/PLLA 支架复合材料具有三维、连通、微孔网状结构,并具有较高的孔隙率和较好的压缩模量,是理想的骨组织工程支架材料.     

成型加工条件对聚(D,L-乳酸)及其复合材料力学性能的影响

背景加工条件和加工温度会使聚乳酸[Poly(lactic acid),PLA]降解,损害力学性能. 目的探讨成型加工条件对聚(D,L-乳酸)(PDLLA),二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)扩链PDLLA和MDI扩链PDLLA/羟基磷灰石(HA)复合材料力学性能的影响.设计分组对照研究.地点和方法在华南理工大学材料学院完成实验.利用MDI作为扩链剂对PDLLA和PDLLA/HA复合材料扩链,合成MDI扩链PDLLA和MDI扩链PDLLA/HA复合材料,采用自行设计的模压挤出设备对其进行加工.主要观察指标成型加工条件对PDLLA,MDI扩链PDLLA和MDI扩链PDLLA/HA复合材料力学性能的影响.结果在模压温度165℃,挤出温度100℃、口模长度10 mm的最佳成型工艺条件下,PDLLA和PDLLA/HA复合材料的弯曲强度分别为35.1MPa和31.2 MPa,弯曲模量分别为2 413.6 MPa和1 735.0 MPa;在模压温度100℃,挤出温度100℃、口模长度10mm的最佳成型工艺条件下,PDLLA/MDI和PDLLA/HA/MDI复合材料的弯曲强度分别为51.3 MPa和55.4 MPa,弯曲模量分别为1 830.9 MPa和2 068.5 MPa.结论成型加工条件对PDLLA,MDI扩链PDLLA和MDI扩链PDLLA/HA复合材料的力学性能影响显著,而且MDI扩链可显著提高PDLLA和PDLLA/HA复合材料的力学性能.     

聚L-乳酸/聚L-乳酸接枝纳米羟基磷灰石复合材料对成骨细胞黏附和增殖能力的影响

背景:聚乳酸类高分子聚合物与羟基磷灰石复合材料的研究是目前骨修复材料的研究热点.聚L-乳酸/聚L-乳酸接枝的纳米羟基磷灰石(PLLA/PLLA-gHAP)为具有独立知识产权的新型骨修复材料,具有较好的力学强度,其与骨修复的功能细胞成骨细胞间的相互作用尚无相关报道.目的:观察新型骨修复材料PLLA/PLLA-gHAP对成骨细胞黏附、增殖功能的影响.设计、时间及地点:细胞学体外实验,于2006-03/2007-03在东北师范大学细胞与遗传研究所完成.材料:①将骨修复材料PLLA/PLLA-gHAP及PLLA制备成2 cm×2 cm×0.5 mm的板,浸泡、冲洗、消毒灭菌后备用.②将PLLA/PLLA-gHAP、PLLA两种板剪成0.5 cm×0.5 cm×0.5 mm的小块,加入DMEM培养液,配成10,100 g/L两种质量浓度的浸提液,于37℃孵箱中浸提72 h,4℃保存备用.方法:取孕19～20 d的Wistar大鼠胎鼠的颅骨进行成骨细胞体外培养.①光镜下观察成骨细胞形态,应用碱性磷酸酶染色、钙结节染色对其进行鉴定.②将成骨细胞分别接种在PLLA/PLLA-gHAP和PLLA材料板上,24 h后应用细胞技术器检测细胞黏附数量,扫描电镜观察细胞形态.③MTT法测定成骨细胞在不同质量浓度(10,100 g/L)PLLA,PLLA-gHAP材料浸提液中的增殖情况,并与PLLA材料进行对比.主要观察指标:①成骨细胞在PLLA/PLLA-gHAP和PLLA材料上的黏附数量和形态.②成骨细胞在PLLA/PLLA-gHAP和PLLA材料浸提液中的增殖情况.结果:①在PLLA/PLLA-gHAP表面黏附的细胞数略多于PLLA材料,且黏附于PLLA/PLLA-gHAP材料表面的成骨细胞直径较大,伸出的伪足与材料间形成一种牢固的锚状结构.而在PLLA表面的细胞细胞直径较小,多为球形,很少伸出伪足.②10 g/L PLLA/PLLA-gHAP浸提液组的细胞活性明显高于10 g/LPLLA浸提液组和空白对照组;两种材料100 g/L质量浓度组的细胞活性均低于空白对照组,但PLLA/PLLA-gHAP组的细胞活性仍高于PLLA组.结论:①成骨细胞在PLLA/PLLA-gHAP材料表面较PLLA材料表面显示更好的黏附能力.②成骨细胞在PLA/PLLA-gHAP材料浸提液中较在PLLA材料浸提掖中显示更好的增殖能力.③新型PLLA/PLLA-gHAP材料具有较好的成骨细胞相容性,可能作为骨修复材料使用.     

聚磷酸钙/左旋聚乳酸软骨组织工程支架复合材料的分析

背景用左旋聚乳酸(PLLA),聚羟基乙酸(PGA)等可降解吸收性高分子材料加工而成的纤维状支架材料和海绵状支架材料在软骨组织工程中已获得广泛应用.但这类支架材料存在着弹性模量低,受力时易变形,容易导致种子细胞损伤和降解吸收时间过长等缺陷.目的研制出可任意调控降解速率且具有良好力学性能、生物相溶性能和毒理学性能的聚磷酸钙(Calcium Polyphosphate,CPP)纤维,并用该纤维为增强材料研制软骨组织工程复合材料.设计以不同质量比例分组对照的实验研究.地点和对象实验在兰州交通大学材料工程研究所完成,基体材料选用PLLA(中科院化学所高分子合成室提供),增强材料选用自制CPP纤维.干预以高强度、高模量可设计降解速率的CPP纤维为增强材料,PLLA为基体材料,应用溶媒投放、颗粒滤取技术制备出CPP/PLLA软骨组织工程支架复合材料,测试了该支架复合材料的物理力学性能和体外37℃下Hank's人工降解液中的生物降解特性.主要观察指标物理力学性能,降解性能.结果CPP/PLLA支架复合材料具有三维连通、微孔、网状微观结构,微孔分布均匀,微孔尺寸为130～350μm,孔隙率90%;压缩模量随CPP纤维体积分数的增加而增加;降解速率随CPP纤维体积分数的增大而增大.结论CPP/PLLA支架复合材料的物理力学性能和体外降解性能在体外构建的组织化软骨的早期生物学性能基本满足软骨组织工程的要求,故可用作软骨组织工程支架材料.     

Characterization of electrospun poly(L-lactide) and gold nanoparticle composite scaffolds for skeletal muscle tissue engineering

Traumatic injuries can interrupt muscle contraction by damaging the skeletal muscle and/or the peripheral nerves. The healing process results in scar tissue formation that impedes muscle function. Electrospinning and metal nanoparticles (Nps) can create a scaffold that will trigger muscle cell elongation, orientation, fusion, and striation. Poly(L-lactic acid) (PLLA) and gold (Au) Nps were electrospun to create three composite scaffolds, 7% Au-PLLA, 13% Au-PLLA and 21% Au-PLLA, and compared to PLLA alone. The scaffolds had a conductivity of 0.008 ± 0.003 S/cm for PLLA, 0.053 ± 0.015 S/cm for 7% Au-PLLA, 0.076 ± 0.004 S/cm for 13% Au-PLLA and 0.094 ± 0.037 S/cm for 21% Au-PLLA. Next, a cell study was conducted with rat primary muscle cells and all three Au-PLLA scaffolds. The first cell study showed low cell proliferation on all three of the Au-PLLA scaffolds; however, the second cell study showed that this was not due to Au Nps toxicity. Instead, low cell proliferation may be a marker for myotube differentiation and fusion. Values for the elastic modulus and yield stress for the Au-PLLA scaffolds on days 0, 7, 14, 21 and 28 were much higher than those for skeletal muscle tissue. Therefore, lower amounts of Au Nps may be utilized to create a biodegradable, biocompatible and conductive scaffold for skeletal muscle repair.     

电纺丝聚乳酸、聚3羟基丁酸酯共聚4羟基丁酸酯和聚碳酸亚丙酯纳米纤维的制备及表面亲水性(英文)

背景:近年来聚乳酸、羟基磷灰石类复合材料支架具有良好的生物降解性和生物相容性而被广泛的研究,但是这类复合材料在增强材料界面的结合、调节材料的降解速率、改善材料的强度等方面仍不能满足理想的组织工程支架材料的要求.目的:探讨电纺丝法制备纳米纤维的结构形态及表面亲水性.方法:分别将聚乳酸、聚3羟基丁酸酯共聚4羟基丁酸酯和聚碳酸亚丙酯通过静电纺丝法制备纳米纤维膜,扫描电镜对纤维膜的结构形态进行分析,并观察在人体环境相近的磷酸盐缓冲溶液(37℃,pH 7.4)中浸泡不同时间的表面亲水性.结果与结论:通过静电纺丝技术可以将聚乳酸、聚3羟基丁酸酯共聚4羟基丁酸酯和聚碳酸亚丙酯3种材料制各成微纳米纤维结构,控制制备参数可以获得不同直径的纤维,样品随着在培养液中的浸泡时间延长,总体显示出接触角比初始降低,亲水性增强.     

聚磷酸钙纤维增强聚右旋乳酸软骨组织工程支架材料的制备及性能

背景:传统的支架材料聚乳酸、聚乙醇酸及二者的共聚物,具有良好的生物相容性,并已广泛用于制造细胞传递和组织工程支架.但还存在易变形、降解时间长等缺点.目的:在前期工作的基础上,制各了聚磷酸钙纤维增强聚右旋乳酸软骨组织工程支架复合材料,对其物理、力学及降解性能进行了实验研究和理论分析,旨在验证前期优化配方的可行性.方法:以自制聚磷酸钙纤维为增强材料,聚右旋乳酸为基体材料,纤维与基体的配比为67/33,采用溶媒浇铸/粒子滤取技术与气体发泡相结合的方法制备了聚磷酸钙纤维增强聚右旋乳酸软骨组织工程支架复合材料,测试了该复合材料的物理力学性能和降解性能.结果与结论:聚磷酸钙,聚右旋乳酸支架材料具有高的孔隙率,孔隙率在80%～93%之间,压缩模量比纯聚乳酸支架的压缩模量有了明显提高,具有可控的降解性能,能为细胞的培养提供三维空间环境.结果提示聚磷酸钙纤维增强聚右旋乳酸支架复合材料的力学性能和生物降解特性基本满足软骨组织工程的要求,故可用作软骨组织工程支架材料.     

二苯基甲烷二异氰酸酯扩链聚乳酸复合材料力学性能和形态结构的研究

目的采用自行设计的模压挤出设备系统探讨成型加工条件和 MDI用量对聚( D,L)-乳酸 /羟基磷灰石( PDLLA/HA)复合材料力学性能和形态结构的影响. 方法在辛酸亚锡的催化作用下由丙交酯开环聚合制备聚乳酸,并用二苯基甲烷二异氰酸酯( MDI)作为扩链剂合成聚( D,L)-乳酸 /羟基磷灰石( PDLLA/HA)复合材料,通过扫描电镜( SEM)观察该复合材料的断面形态. 结果当温度为 100 ℃、保温保压时间 45 min时,该复合材料的弯曲强度可获最大值,继续增加保温保压时间,弯曲强度基本保持不变.而弯曲模量随保温保压时间的增加变化不大;当 MDI中的 NCO基团与 PDLLA中的 OH基团摩尔比为 1∶1时,材料力学性能达到最佳; SEM观察显示取向后材料纵向纤化程度高,弯曲断面有大量纤维尾端. 结论模压挤出可使复合材料产生取向结构, MDI扩链可提高复合材料的相对分子质量,两种手段都能显著提高复合材料的力学性能,而且成型加工条件和 MDI用量对聚( D,L)-乳酸 /羟基磷灰石( PDLLA/HA)复合材料的力学性能和形态结构有显著影响.     

Fabrication of patterned calcium carbonate materials through template-assisted microbially induced calcium carbonate precipitation

Patterned calcium carbonate materials with controlled morphologies have broad applications in both environmental and engineering fields. However, how to fabricate such materials through environmental-friendly methods under ambient conditions is still challenging. Here, we report a green approach for fabricating patterned calcium carbonate materials. This eco-friendly approach is based on template-assisted microbially induced calcium carbonate precipitation. As a proof of concept, by varying the templates and optimizing fabrication parameters, different patterned calcium carbonate materials were obtained. The optimized parameters include C_Ca²⁺ = 80 mM, T_i = 15 °C, and templates made of small-sized CaCO₃ particles with a concentration of 1.5 mg mL⁻¹, under which better and more sharp patterns were obtained. Materials with periodic patterns were also fabricated through a periodic template, showing good scalability of this approach. The results of this study could mean great potential in applications where spatially controlled calcium carbonate depositions with user-designed patterns are needed.

A simple and green approach based on template-assisted microbially induced calcium carbonate precipitation for the fabrication of patterned calcium carbonate materials was demonstrated.     

Biodegradable calcium carbonate/mesoporous silica/poly(lactic-glycolic acid) microspheres scaffolds with osteogenesis ability for bone regeneration

Sintered microsphere-based scaffolds provide a porous structure and high-resolution spatial organization control, show great potential for bone regeneration, mainly from biodegradable biomaterials including poly(lactic-glycolic acid) (PLGA). However, acidic monomer regeneration, mainly from biodegradable biomaterials including poly(lactic-glycolic acid) (PLGA). However, acidic monomers generated by PLGA degradation tend to cause tissue inflammation, which is the central issue of PLGA-based bone regeneration scaffolds development. In this work, calcium carbonate (CC)/hexagonal mesoporous silica (HMS)/PLGA sintered microsphere-based scaffolds were developed. The scaffolds possessed a three-dimensional (3D) network structure and 30–40% porosity. The degradation results indicated that CC/HMS/PLGA scaffolds could compensate for pH increased caused by PLGA acidic byproducts effectively. Degradation results showed that CC/HMS/PLGA scaffold could effectively compensate for the pH increase caused by PLGA acidic by-products. Composite CC additives can induce the increase of adhesive proteins in the environment, which is conducive to the adhesion of cells to scaffolds. Mesenchymal stem cells (MSCs) proliferation and osteogenic differentiation were evaluated by CCK-8 assay, alkaline phosphatase (ALP) activity, ALP staining, and Alizarin Red staining. The results showed that compared with HMS/PLGA scaffolds, the proliferation of MSCs cultured with CC/HMS/PLGA scaffolds was enhanced. When cultured on the CC/HMS/PLGA scaffolds, MSCs also showed significantly enhanced ALP activity and higher calcium secretion compared with the HMS/PLGA scaffolds. CC/HMS/PLGA sintered microsphere-based scaffolds provides an attractive strategy for bone repair and regeneration with better performance.

Sintered microsphere-based scaffolds provide a porous structure and high-resolution spatial organization control, show great potential for bone regeneration, mainly from biodegradable biomaterials including poly(lactic-glycolic acid) (PLGA).