人骨髓间充质干细胞检测表面氟化处理镁合金材料的细胞相容性

背景：表面氟化处理的AZ31B镁合金是中科院金属研究所新研制的镁合金,是否具有良好的生物相容性尚不确切。 目的：以人骨髓间充质干细胞作为检测细胞,评价表面氟处理的镁合金材料的细胞相容性。 方法：人骨髓间充质干细胞培养并予以鉴定,将镁合金AZ31B作为对照组,氟处理的镁合金AZ31B材料为实验组。以人骨髓间充质干细胞作为检测细胞,取两组材料浸提液进行体外细胞相容性实验,评价氟处理的镁合金AZ31B材料的生物相容性。 结果与结论：与未经氟处理镁合金AZ31B材料相比,经氟处理镁合金AZ31B材料能显著提高细胞存活率,细胞毒性分级１级,对细胞生长基本无毒性作用。结果表明,经氟处理镁合金AZ31B材料生物相容性优于未经氟处理镁合金AZ31B材料。     

氟处理AZ31B生物可降解镁合金材料的细胞相容性*

背景：镁及镁合金作为新型可降解植入材料,具有优异的生物相容性和综合力学性能,但是由于镁及镁合金较差的耐蚀性能,影响到其在临床上的应用。表面氟化处理的AZ31B镁合金是否具有良好的生物相容性尚不清楚。 目的：以诱导的人骨髓间充质干细胞作为检测细胞,评价不同表面氟处理的镁合金材料的细胞相容性。 方法：以诱导的人骨髓间充质干细胞作为检测细胞,取未经氟处理及不同氟处理时间的镁合金材料浸提液进行体外细胞相容性实验,评价不同氟处理的镁合金AZ31B材料的生物相容性。 结果与结论：经氟处理镁合金AZ31B材料与未经氟处理镁合金AZ31B材料相比能显著提高细胞存活率,细胞毒性分级1级,对细胞生长基本无毒性作用。提示经氟处理镁     

复合水凝胶人工角膜裙边支架材料的生物相容性评价

背景：β-磷酸三钙/聚乙烯醇复合水凝胶具有高含水量、良好柔软性优点,有利于成纤细胞生长及胶原沉积,适用于做人工角膜裙边支架材料。 目的：评价β-磷酸三钙/聚乙烯醇复合水凝胶人工角膜裙边支架材料的生物相容性。 方法：①迟发型超敏反应：在豚鼠脊柱两侧皮内由头到尾分别注射A液(完全弗氏佐剂与生理盐水等体积混合液)、B液(β-磷酸三钙/聚乙烯醇复合水凝胶浸提液或生理盐水或2-巯基苯并噻唑)、C液(A液与B液等体积混合稳定性乳化剂),并进行局部诱导及激发。②急性全身性毒性实验：由昆明小鼠尾静脉分别注射生理盐水与β-磷酸三钙/聚乙烯醇复合水凝胶浸提液。③体外细胞毒性实验：分别以β-磷酸三 钙/聚乙烯醇复合水凝胶浸提液、细胞培养液及含苯酚的细胞培养液培养MRC-5细胞。④皮内反应：在兔脊柱皮内分别注射β-磷酸三钙/聚乙烯醇复合水凝胶生理盐水(或芝麻油)浸提液、生理盐水及芝麻油。 结果与结论：β-磷酸三钙/聚乙烯醇复合水凝胶人工角膜裙边支架材料的迟发型超敏反应分级为0-1级,急性全身毒性实验结果为正常无症状,体外细胞毒性均为0级或1级,皮内反应为极轻微。表明β-磷酸三钙/聚乙烯醇复合水凝胶人工角膜裙边支架材料生物相容性指标达到生物植入医用材料的要求。     

人工骨联合骨髓间充质干细胞修复兔股骨头坏死

背景：骨髓间充质干细胞具有自我增殖能力和分化多潜能性,β-磷酸三钙陶瓷人工骨具有良好的细胞亲和力及良好的生物相容性,是治疗股骨头坏死的热点。 目的：观察骨髓间充质干细胞联合β-磷酸三钙对兔股骨头坏死的修复作用。 方法：抽取兔自体骨髓并分离和培养骨髓间充质干细胞,扩增至3代后与β-磷酸三钙复合;24只兔建立双侧股骨头坏死动物模型,48侧股骨头随机分为3组,空白组制作缺损而不填充任何材料;β-磷酸三钙组单纯填充β-磷酸三钙;复合组填充β-磷酸三钙和骨髓间充质干细胞的复合材料。 结果与结论：修复后8周复合组成骨细胞较多,新生骨小梁相互连接成片;β-磷酸三钙组骨量少,部分纤维组织填充;空白组缺损区靠近宿主骨区域可见少许软骨细胞及软骨组织,纤维组织较多。修复后4,8周复合组骨缺损平均阻射密度较β-磷酸三钙组、空白组增高(P < 0.05);β-磷酸三钙组与空白组相比差异无显著性意义(P > 0.05)。采用Lane-Sandhu法评分标准,4,8周复合组骨小梁面积均高于β-磷酸三钙组及空白组(P < 0.05)。提示骨髓间充质干细胞有较强的成骨作用,有助于股骨头坏死缺损的修复。     

人脐血间充质干细胞与β-磷酸三钙的生物相容性

背景：体内实验显示,β-磷酸三钙多孔陶瓷是较为理想的骨组织工程支架材料,但由于体内植入实验受多种因素的影响,不能很好反映细胞的生长、增殖和表型变化。 目的：观察体外人脐血间充质干细胞与β-磷酸三钙多孔陶瓷的生物相容性。 方法：将培养的第6代人脐血间充质干细胞悬液滴注入β-磷酸三钙内部进行复合,然后将干细胞-支架材料复合物置入含体积分数为10%胎牛血清的α-MEM培养体系中培养,于培养第4,8,12天电镜下观察人脐血间充质干细胞在材料表面及内部生长情况,采用MTT测试法绘制细胞生长曲线,并进行DNA含量、蛋白质含量测定。 结果与结论：人脐血间充质干细胞与β-磷酸三钙体外复合后能够在β-磷酸三钙支架材料表面及内部的孔隙内贴附,且生长良好,其DNA复制和蛋白合成功能不受β-磷酸三钙的影响。说明人脐血间充质干细胞和β-磷酸三钙支架材料生物相容性良好,二者可作为种子细胞和支架材料用于组织工程化骨与软骨的构建。     

微弧氧化AZ31镁合金的生物相容性

背景：表面改性技术和合金成分的变化都会影响到镁合金的生物特性。 目的：探讨微弧氧化处理AZ31镁合金的生物相容性。 方法：将体外扩增培养的兔第3代骨髓基质细胞接种到未处理AZ31镁合金(镁合金+骨髓基质细胞组)和微弧氧化AZ31镁合金(微弧氧化镁合金+骨髓基质细胞组)材料上,另设骨髓基质细胞组做对照。培养1,3,5,7 d观察细胞形态,细胞生长状况,细胞黏附状况,材料表面状况。 结果与结论：3组细胞形态一致,以梭形为主。镁合金+骨髓基质细胞组中细胞生长状况明显不如微弧氧化镁合金+骨髓基质细胞组和骨髓基质细胞组(P < 0.05)。微弧氧化镁合金+骨髓基质细胞组材料表面有大量的细胞附着,并且生长正常,镁合金+骨髓基质细胞组材料表面没有细胞附着,有明显的裂痕(P < 0.05)。结果证实,微弧氧化处理AZ31镁合金具有良好的生物相容性,有利于细胞的附着和正常生长。     

经表面修饰的-TCP对BMSCs细胞增殖及分化作用的研究

目的研究三种材料,材料一：β-磷酸三钙支架（β—TCP）;材料二：明胶／1氐结晶度羟基磷灰石涂层-磷酸三钙支架（gel／lc—HA．β-TCP）;材料三：明胶／高结晶度羟基磷灰石涂层-β-磷酸三钙（gel／he-HA-β-TCP）。三种材料的细胞毒性及兔骨髓基质细胞（BMSCs）与材料共培养增殖的情况。方法取兔股骨骨髓腔细胞,进行贴壁培养BMSCs。在成骨诱导液中诱导BMSCs。将诱导后的BMSCs与三种支架材料在培养板内共培养1、3、5、7、9d。采用形态学观察、MTT法及ALP检测试剂盒等方法检测材料的BMSCs细胞毒性及BMSCs细胞在材料表面的增殖和分化能力。结果光镜及电镜下观察各组无显著差异。细胞毒性在0-1级。与细胞共培养,β-TCP组在第7．9天与阴性对照组差异有统计学意义。ALP检测,β-TCP组在第7、9天与阴性对照组差异有统计学意义（P〈0．05）,gel／lc—HA-β-TCP在第9天与阴性对照组差异有统计学意义（p〈0．05）。结论新型明胶／高结晶度羟基磷灰石涂层-β-磷酸三钙支架和明胶／低结晶度羟基磷灰石涂层-β-磷酸三钙支架与BMSCs生物相容性好,适合作为支架材料负载BMSCs构建组织工程骨。     

自制双腔生物反应器构建组织工程骨软骨复合体的体外性能

背景：关节软骨损伤往往并发软骨下骨损伤形成骨软骨复合缺损,其治疗仍为骨科急待解决的问题,利用组织工程学构建骨软骨复合体为治疗该类疾患提供了新思路。 目的：探讨利用自行设计制造的双腔搅拌式生物反应器构建一体化组织工程骨软骨复合体的可行性。 方法：在双腔搅拌式生物反应器内对复合于β-磷酸三钙支架材料的羊骨髓间充质干细胞同时进行成骨和成软骨诱导,并根据施加剪切应力分为动态培养组和静态培养组。利用MTT试验、RT-PCR和扫描电镜检测骨髓间充质干细胞体外增殖和诱导分化情况。 结果与结论：MTT试验和扫描电镜结果显示,骨髓间充质干细胞增殖良好。成骨和成软骨相关基因RT-PCR检测结果表明,骨髓间充质干细胞诱导分化良好,动态培养组要优于静态培养组。提示利用自行设计制作的双腔搅拌式生物反应器进行骨软骨复合体的体外构建是可行的,力学刺激环境下的构建效果要优于静态环境。中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料;骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性;组织工程全文链接：     

生物玻璃-纳米羟基磷灰石梯度涂层的生物相容性研究

目的对生物玻璃-纳米羟基磷灰石(BG-nHA)梯度涂层的生物相容性作初步的评价。方法用低温烧结法在钛合金表面制备生物玻璃纳米羟基磷灰石梯度涂层,利用L929细胞检测梯度涂层材料的细胞毒性。取体外分离培养扩增的人骨髓基质干细胞(hBMSC),接种于涂层材料上,通过绿色荧光蛋白染色、扫描电镜和MTT法观察细胞的黏附和生长情况。结果生物玻璃-纳米羟基磷灰石梯度涂层的细胞毒性分级为1级,人骨髓基质干细胞可以在涂层材料表面黏附和生长。结论生物玻璃-纳米羟基磷灰石梯度涂层有良好的生物相容性,具有潜在的临床应用前景。     

生物玻璃-纳米羟基磷灰石梯度涂层的生物相容性研究

目的 对生物玻璃-纳米羟基磷灰石(BG-nHA)梯度涂层的生物相容性作初步的评价.方法 用低温烧结法在钛合金表面制备生物玻璃纳米羟基磷灰石梯度涂层,利用L929细胞检测梯度涂层材料的细胞毒性.取体外分离培养扩增的人骨髓基质干细胞(hBMSC),接种于涂层材料上,通过绿色荧光蛋白染色、扫描电镜和MTT法观察细胞的黏附和生长情况.结果 生物玻璃-纳米羟基磷灰石梯度涂层的细胞毒性分级为1级,人骨髓基质干细胞可以在涂层材料表面黏附和生长.结论 生物玻璃-纳米羟基磷灰石梯度涂层有良好的生物相容性,具有潜在的临床应用前景.     

钙磷涂层镁合金植入体周围组织中骨形成蛋白2的表达*****☆

背景：改变合金构成可以改善镁合金的耐腐蚀性和机械性能。 目的：观察钙磷涂层对镁合金植入体周围软组织中骨形成蛋白2表达的影响。 方法：将27只兔随机分成3组,分别在兔下颌骨内植入钙磷涂层镁合金螺钉、镁合金螺钉及钛合金,植入后1,2,3个月,采用反转录聚合酶链技术检测植入体周围软组织中骨形成蛋白2 mRNA的表达情况。 结果与结论：钙磷涂层镁合金螺钉组、镁合金螺钉组周围软组织中骨形成蛋白2 mRNA的表达,随时间的增加逐渐增高,钙磷涂层镁合金螺钉组内各时间点间骨形成蛋白2 mRNA的表达水平差异有显著性意义(P < 0.05),且镁合金螺钉组植入后1,2个月周围软组织中骨形成蛋白2 mRNA的表达水平高于钙磷涂层镁合金螺钉组(P < 0.05)。显示钙磷涂层能够促进骨形成蛋白2 mRNA的表达,并抑制其过度表达,有利于早期成骨过程,表现出良好的生物活性。      

原位生长纳米羟基磷灰石晶须增强β-磷酸三钙多孔支架的生物安全性

背景：通过纳米羟基磷灰石原位生长明显提高了磷酸钙支架的强度与韧性。 目的：体外评价纳米羟基磷灰石晶须/β-磷酸三钙(nHAW/β-TCP)作为人工骨支架材料的生物相容性。 方法：急性全身毒性试验：30只小白鼠随机分为静脉实验组,腹腔实验组和对照组,分别注射浸提液及生理盐水,24,48,72 h观察动物的一般状态。溶血试验：材料浸提液与稀释人鲜血混合观察红细胞溶解情况,545 nm下检测A值计算溶血率;致敏试验：16只豚鼠随机分为实验组、阴性对照组和阳性对照组,每只豚鼠脊柱两侧皮内注射等体积nHAW/β-TCP支架材料浸提液、生理盐水及二硝基氟苯。于注射后即刻和24,48,72 h观察局部皮肤反应。细胞毒性试验：材料浸提液培养细胞进行细胞形态大体观察,采用CCK-8法观察细胞活性。 结果与结论：急性全身毒性试验：人工骨浸提液静脉及腹腔注射后不引起小鼠呼吸、进食改变或死亡,体质量稳定。溶血试验：nHAW/β-TCP的溶血率小于ISO规定的5%,可认为这种材料无溶血作用。致敏试验：豚鼠皮内注射后未出现过敏反应。细胞毒性试验：CCK-8细胞毒性试验显示不同浓度人工骨浸提液的细胞毒性为0级。提示nHAW/β-TCP复合支架不引起全身毒性反应、溶血反应和过敏反应,且无细胞毒性,生物相容性良好,符合组织工程人工骨支架材料的应用要求。     

Biofunctionalized anti-corrosive silane coatings for magnesium alloys

Biodegradable magnesium alloys are advantageous in various implant applications, as they reduce the risks associated with permanent metallic implants. However, a rapid corrosion rate is usually a hindrance in biomedical applications. Here we report a facile two step procedure to introduce multifunctional, anti-corrosive coatings on Mg alloys, such as AZ31. The first step involves treating the NaOH-activated Mg with bistriethoxysilylethane to immobilize a layer of densely crosslinked silane coating with good corrosion resistance; the second step is to impart amine functionality to the surface by treating the modified Mg with 3-amino-propyltrimethoxysilane. We characterized the two-layer anticorrosive coating of Mg alloy AZ31 by Fourier transform infrared spectroscopy, static contact angle measurement and optical profilometry, potentiodynamic polarization and AC impedance measurements. Furthermore, heparin was covalently conjugated onto the silane-treated AZ31 to render the coating haemocompatible, as demonstrated by reduced platelet adhesion on the heparinized surface. The method reported here is also applicable to the preparation of other types of biofunctional, anti-corrosive coatings and thus of significant interest in biodegradable implant applications.     

镁合金AZ31B材料表性与成骨细胞的黏附

背景：镁合金对成骨细胞的生物学行为及早期黏附是否有影响尚不明确。 目的：分析镁合金AZ31B的表性,并评价其对成骨细胞黏附的影响。 方法：采用扫描电镜及能谱分析明确镁合金AZ31B的表面形态及元素组成。以蛋白吸附实验检测镁合金AZ31B与钛合金对蛋白的吸附能力。将镁合金AZ31B与钛合金分别与小鼠前成骨细胞MC3T3-El共培养于24孔板内,观察培养2,6,24 h的细胞黏附情况。 结果与结论：扫描电镜可见镁合金AZ31B表面较为粗糙,有利于细胞在其表面的黏附.能谱分析结果表明镁合金AZ31B的主要元素有镁、铝、锌,其中镁约占96%,铝约占3%,锌约占1%,另有一些其他元素,含量较少。镁合金AZ31B与钛合金的蛋白吸附率差异无显著性意义。培养2 h时,镁合金AZ31B与钛合金上的细胞黏附率差异无显著性意义;培养6,24 h,镁合金AZ31B上的细胞黏附率显著低于钛合金上的细胞黏附率(P < 0.01)。培养于镁合金表面的成骨细胞贴壁展开,形态不规则,大多呈梭形,有较多突起,部分细胞间突起相互连接。表明镁合金AZ31B具有良好的细胞黏附性,适合于成骨细胞的早期黏附。     

Loss of mechanical properties in vivo and bone–implant interface strength of AZ31B magnesium alloy screws with Si-containing coating

In this study the loss of mechanical properties and the interface strength of coated AZ31B magnesium alloy (a magnesium–aluminum alloy) screws with surrounding host tissues were investigated and compared with non-coated AZ31B, degradable polymer and biostable titanium alloy screws in a rabbit animal model after 1, 4, 12 and 21 weeks of implantation. The interface strength was evaluated in terms of the extraction torque required to back out the screws. The loss of mechanical properties over time was indicated by one-point bending load loss of the screws after these were extracted at different times. AZ31B samples with a silicon-containing coating had a decreased degradation rate and improved biological properties. The extraction torque of Ti6Al4V, poly-l-lactide (PLLA) and coated AZ31B increased significantly from 1 week to 4 weeks post-implantation, indicating a rapid osteosynthesis process over 3 weeks. The extraction torque of coated AZ31B increased with implantation time, and was higher than that of PLLA after 4 weeks of implantation, equalling that of Ti6Al4V at 12 weeks and was higher at 21 weeks. The bending loads of non-coated AZ31B and PLLA screws degraded sharply after implantation, and that of coated AZ31B degraded more slowly. The biodegradation mechanism, the coating to control the degradation rate and the bioactivity of magnesium alloys influencing the mechanical properties loss over time and bone–implant interface strength are discussed in this study and it is concluded that a suitable degradation rate will result in an improvement in the mechanical performance of magnesium alloys, making them more suitable for clinical application.     

Biomimetic coating of magnesium alloy for enhanced corrosion resistance and calcium phosphate deposition

Degradable metals have been suggested as biomaterials with revolutionary potential for bone-related therapies. Of these candidate metals, magnesium alloys appear to be particularly attractive candidates because of their non-toxicity and outstanding mechanical properties. Despite their having been widely studied as orthopedic implants for bone replacement/regeneration, their undesirably rapid corrosion rate under physiological conditions has limited their actual clinical application. This study reports the use of a novel biomimetic peptide coating for Mg alloys to improve the alloy corrosion resistance. A 3DSS biomimetic peptide is designed based on the highly acidic, bioactive bone and dentin extracellular matrix protein, phosphophoryn. Surface characterization techniques (scanning electron microscopy, energy dispersive X-ray spectroscopy and diffuse-reflectance infrared spectroscopy) confirmed the feasibility of coating the biomimetic 3DSS peptide onto Mg alloy AZ31B. The 3DSS peptide was also used as a template for calcium phosphate deposition on the surface of the alloy. The 3DSS biomimetic peptide coating presented a protective role of AZ31B in both hydrogen evolution and electrochemical corrosion tests.     

Corrosion resistance of a composite polymeric coating applied on biodegradable AZ31 magnesium alloy

The high corrosion rate of magnesium alloys is the main drawback to their widespread use, especially in biomedical applications. There is a need for developing new coatings that provide simultaneously corrosion resistance and enhanced biocompatibility. In this work, a composite coating containing polyether imide, with several diethylene triamine and hydroxyapatite contents, was applied on AZ31 magnesium alloys pre-treated with hydrofluoric acid by dip coating. The coated samples were immersed in Hank’s solution and the coating performance was studied by electrochemical impedance spectroscopy and scanning electron microscopy. In addition, the behavior of MG63 osteoblastic cells on coated samples was investigated. The results confirmed that the new coatings not only slow down the corrosion rate of AZ31 magnesium alloys in Hank’s solution, but also enhance the adhesion and proliferation of MG63 osteoblastic cells, especially when hydroxyapatite nanoparticles were introduced in the coating formulation.