重组骨脱细胞细外基复合Wistar大鼠成骨细胞体外培养的形态学观察

目的新型重组骨脱细胞细胞外基质(REAECM)的制备及其细胞相容性的初步检测,为骨组织工程寻找一种新型的细胞外支架提供实验依据。方法应用体外细胞培养技术,对鼠成骨细胞和REAECM体外进行联合培养1-4周,通过相差显微镜、光镜、电镜观察细胞在材料中的生长情况。结果成骨细胞可以在REAECM上发生良好的黏附、增殖,并且可以长入REAECM的孔隙内。结论REAECM可作为构建组织工程骨的一种较好的支架材料,具有网状孔隙结构;在体外和成骨细胞复合培养时表现出良好的细胞相容性,可以作为一种天然的骨组织替代材料。     

同种异体松质骨支架材料的制备及理化特性

背景：同种异体脱脂、脱蛋白松质骨具有与受体相同的三维立体结构,力学性能稳定,排异反应弱,细胞相容性好等独特的生物学性能。 目的：通过理化方法制备同种异体脱脂、脱蛋白松质骨支架材料,分析其理化特性。 方法：剥离兔髂骨10对,制作成约1.0 cm×0.8 cm×0.1 cm的骨条,经脱脂、脱蛋白、深低温冷冻处理制备骨支架材料,检测其生物化学性能。测定支架材料与骨髓间充质干细胞的黏附率;将支架植入同种属动物体内,观察其组织相容性、免疫反应。 结果与结论：同种异体脱脂、脱蛋白松质骨支架材料保留了天然骨组织的网状孔隙结构,孔隙率为(80.23±5.65)%,孔径最大为(318.11±17.51) μm,最小为(209.37±11.33) μm。骨髓间充质干细胞不仅能与支架黏附,而且能在支架上分裂、增殖。兔体内植入6周后支架周围界面未引起明显的炎症和排斥反应,并形成少量骨样组织。说明脱脂、脱蛋白松质骨支架具有适宜的三维多孔结构,与种子细胞黏附率高,有良好的生物相容性和细胞-材料界面作用;同时有一定的成骨作用。     

骨基质载体材料的生物学特点及其临床应用

背景：骨组织工程支架材料中的骨基质载体材料为骨缺损修复治疗提供了更为有效的方法。 目的：重点介绍天然衍生骨载体材料-冻干脱钙骨基质、脱蛋白骨基质、脱细胞骨基质在骨组织工程中的应用。 方法：以“骨组织工程、冻干脱钙骨基质、脱蛋白骨基质、脱细胞骨基质、骨缺损;bone tissue engineering,scaffold materials,demineralized bone matrix, deprotein bone matrix,acellular bone matrix,bone defect”为检索词,由第一作者检索1994/2010 PubMed、CNKI及万方数据库等与骨组织工程领域有关的权威性文献。 结果与结论：冻干脱钙骨基质、脱蛋白骨基质及脱细胞骨基质均具有良好的生物相容性、极低的抗原性、无细胞毒性,作为骨组织工程载体材料,保留了骨的天然属性,具有多孔隙结构,可降解性及良好骨传导作用,为骨缺损的治疗开辟了一条新途径。     

异种生物衍生骨支架材料的制备及性能

背景：异种骨来源丰富,价格低廉,处理相对简单容易,处理后骨支架保留原有骨的微结构,具有良好的促成骨、骨传导及骨诱导活性。 目的：检测自制生物衍生骨支架材料的理化性质及体外细胞相容性。 方法：通过脱蛋白、脱脂、脱钙,深低温冻存制备猪源性松质骨支架材料。组织学检测松质骨处理前后的变化,扫描电镜观察材料结构及计算孔隙直径,采用液体置换法检测支架材料的孔隙率,体外降解速度,能谱分析及体外复合兔骨髓间充质干细胞的细胞相容性。 结果与结论：处理后的松质骨支架材料具有三维多孔结构,孔隙直径150.8-306.7 μm,孔隙率84.5%-89.7%。材料在前6周降解速度稍慢,6周后材料降解率曲线基本呈线性且降解速度明显加快,10周时材料接近完全降解,降解率达92.8%。松质骨支架材料孔隙大小适合骨髓间充质干细胞的黏附和增殖。表明生物衍生骨支架材料性能良好,细胞相容性良好,适用于构建组织工程骨。     

生物衍生骨在骨组织工程研究中的应用

支架材料的选取是骨组织工程研究的关键 ,生物衍生骨具有较好的生物相容性和材料界面 ,三维立体孔隙 -网架合理 ,可塑性强 ,可降解 ,并具备一定的力学强度 ,兼备良好的骨传导及一定的骨诱导能力。可作为种子细胞的支架材料应用于骨组织工程研究。     

生物衍生骨在骨组织工程研究中的应用

支架材料的选取是骨组织工程研究的关键，生物衍生骨具有较好的生物相容性和材料界面，三维立体孔隙-网架合理，可塑性强，可降解，并具备一定的力学强度，兼备良好的骨传导及一定的骨诱导能力。可作为种子细胞的支架材料应用于骨组织工程研究。     

改良法制备异种脱蛋白骨体内植入修复骨缺损的免疫学分析

背景:在支架材料选择中,目前尚未完全解决异种骨的免疫原性问题。目的:观察改良法制备异种脱蛋白骨作为组织工程支架材料修复骨缺损后机体的免疫学改变。方法:SPF级青山羊18只,随机分为3组,正常骨组不截骨,自体骨组、异种脱蛋白骨组在羊右侧胫骨中下段造成胫骨总长度20%骨膜和骨缺损。自体骨组在缺损处植入羊自体骨;异种脱蛋白骨组培养收集羊自体骨髓间充质干细胞,调整细胞数为1×109L-1,将2mL细胞悬液接种于以猪股骨为原料改良制备的猪脱蛋白骨上,再加入重组人骨形成蛋白2,半环槽外固定。采用流式细胞仪进行CD4+及CD8+T淋巴细胞、血清抗体IgG免疫学检测,以双能X射线测量仪分析骨缺损修复效果。结果与结论:异种脱蛋白骨组植入后3,7,14,28d外周血CD4+和CD8+T淋巴细胞的含量基本正常(P0.05),血清抗体IgG水平略高于自体骨组(P0.05);植入后24周骨密度、骨矿物含量与自体骨组基本相似(P0.05),表现为骨缺损区两断端之间高密度钙化影。3组抗压缩压强及极限压强、抗弯曲载荷及极限载荷、抗扭转转矩及极限转矩均基本相似(P0.05)。植入后24周与自体骨组比较,异种脱蛋白骨组的成骨能力无明显差异(P0.05)。提示改良法制备的异种脱蛋白骨不引起明显的细胞和体液免疫反应,有良好的组织相容性,不影响自体骨髓间充质干细胞成骨,新骨生物力学性能与自体骨相当。     

自制小牛脱蛋白松质骨与兔皮质骨来源成骨细胞的生物相容性

背景：异种脱蛋白骨与宿主骨骼具有相同的结构,抗原性较低,不会或很少引起宿主免疫反应。 目的：观察自制小牛脱蛋白松质骨与兔皮质骨来源成骨细胞的生物相容性。 方法：将自制小牛脱蛋白松质骨与新西兰大白兔成骨细胞复合培养,设单纯成骨细胞对照组,观察细胞生长、支架材料降解及细胞与支架材料附着情况。 结果与结论：小牛脱蛋白松质骨为多孔网状,孔隙互相通连,细胞在其上附着、生长、增殖。复合培养第3天,有较多的细胞黏附并铺展在支架上;第6天,细胞在支架上完全伸展,呈长梭形;第10天细胞分泌较多基质,重叠生长并连接成网状。实验组复合培养9,12 d时成骨细胞的增殖及分泌情况明显优于对照组(P < 0.05),碱性磷酸酶活性与骨钙素表达高于对照组(P < 0.05)。表明兔皮质骨成骨细胞增殖和成骨能力强,自制的小牛脱蛋白松质骨具有骨诱导性,二者复合具有良好的生物相容性。     

股骨头缺损模型的建立及评估

目的:模拟临床上治疗Ⅱ期股骨头坏死的手术过程,制备兔股骨头缺损模型,并植入部分脱蛋白骨,评估股骨头缺损模型在Ⅱ期股骨头坏死治疗方面的应用价值。方法:成年健康新西兰白兔16只,切开关节囊,在头颈交界处开窗,建立股骨头缺损模型。32侧股骨头随机分为2组:(部分脱蛋白骨)PDPB组植入部分脱蛋白骨;另一组为空白对照。术后2,4,8周处死动物,标本行X射线及病理学观察。结果:X射线、病理学观察及图像分析结果表明:PDPB组在术后2,4,8周股骨头缺损区修复组织存在新生骨组织,而空白对照组至术后8周仍修复组织以纤维为主。结论:所建立的缺损模型在评价组织工程方法治疗Ⅱ期股骨头坏死的疗效方面具有可行性。     

新型脱细胞骨基质材料的制备及理化评估

背景：传统的结构性天然骨脱细胞的方法存在许多不足之处。 目的：用新的理化方法对结构性骨块进行脱细胞处理制作新型骨支架材料的可行性,并检测其理化性能。 方法：以股骨头负重区结构性骨块为原料,高压水枪冲洗,继而利用Triton-100、脱氧胆酸钠等进行脱细胞等理化处理,制备新型脱细胞骨基质材料,并对支架进行大体、组织学、扫描电镜、Micro-CT观察、生物力学等相关检测。 结果与结论：新型脱细胞骨基质材料保留了骨的细胞外基质成分,脱细胞彻底,扫描电镜及Micro-CT观察显示支架具备三维多孔网状结构系统,具有天然骨的孔径和孔隙率;生物力学测试脱细胞组支架的弹性模量为(552.56±58.92) MPa,强度为(11.34±3.49) MPa,与新鲜骨的弹性模量及强度比较,差异无显著性意义(P > 0.05),可作为骨组织工程支架的良好载体。     

异种脱蛋白松质骨支架体内移植后血清T细胞亚群的变化

背景：研究提示异种脱蛋白松质骨可能成为一种极有实用价值的骨组织工程支架材料,但仍缺少细胞生物学及免疫学论证。 目的：脱蛋白法制备骨组织工程用的异种松质骨支架,探讨其山羊体内移植后免疫学性能。 方法：成年猪股骨远端松质骨,采用逐级脱蛋白方法去除异种骨中的抗原性成分。取6~8月龄雄性山羊8只随机分成2组,实验组双侧3、4横突间各植入脱蛋白松质骨2块。对照组植入相同数量未经处理新鲜松质骨。 结果与结论：采用脱蛋白处理后的猪松质骨光镜下可见骨孔内无细胞、神经、血管和嗜酸性物质染色。脱蛋白松质骨中胶原类氨基酸含量高,与新鲜松质骨相比无明显差异,而酪氨酸、色氨酸和半光氨酸波峰消失。新鲜松质骨氨基酸含量为19.89%,脱蛋白松质骨氨基酸含量为18.06%。脱蛋白松质骨植入后各时间点CD3⁺、CD4⁺、CD8⁺、CD28⁺水平与植入前相比基本保持一致,植入4周后局部抗原免疫组织化学未见阳性表达。提示经脱蛋白处理后异种松质骨低免疫原性,植入体内后没有特异性抗体产生,具有良好的组织相容性。     

酸性成纤维细胞因子复合部分脱蛋白骨修复早期股骨头缺血坏死的组织学改变

背景：以往研究显示,酸性成纤维细胞因子(acidic fibroblast growth factor,aFGF)复合部分脱蛋白骨(partially deproteinised bone,PDPB)对实验动物早期股骨头缺血坏死血管再生具有良好的促进作用,但其组织学变化尚不明确。 目的：从组织学变化角度观察aFGF复合PDPB修复兔早期股骨头缺血坏死的效果。 方法：用新西兰大白兔制备早期股骨头缺血坏死动物模型,建模后随机分为空白组、PDPB组和aFGF/PDPB组。PDPB组植入PDPB,aFGF/PDPB组植入aFGF/PDPB。所有动物分别于第2,4,8周取材进行苏木精伊红染色观察成骨情况。 结果与结论：空白组第8周缺损区被纤维结缔组织填充,在交界处有少量骨样组织形成。PDPB组第4周有少量新骨生成,髓腔形成,第8周较多植入物吸收,髓腔形成,有很多成骨细胞及髓细胞分布其中。aFGF/PDPB组各时间点成骨都普遍优于PDPB组,4周组移植物腔填充以骨样组织,可见较多的成骨前体细胞和骨母细胞,可见较多的微血管,骨样组织开始重建。第8周植入物已被新骨取代,髓腔已形成具有很多骨髓细胞分布其中,骨小梁交界处有大量成骨细胞,同时有少量破骨细胞存在可能参与骨塑形,骨陷窝可见成熟骨细胞。组织学检测结果提示,在修复股骨头缺血坏死的效果上,aFGF复合PDPB优于单独应用PDPB。     

去抗原羊椎松质骨支架微观空间结构的分析

背景：实验证实不同去除免疫原性方法对去抗原异种骨材料微观空间结构有着不同的影响。 目的：比较不同方法处理条件下去抗原异种松质骨的微观空间结构。 方法：取成年绵羊新鲜椎骨松质部分制备成特定形状的圆柱体,其长轴与所取松质骨骨小梁排列方向一致,行振动冲洗、不同频率超声冲洗后随机分为3组：物理煅烧组采用甲醇/氯仿、过氧化氢等化学制剂序列脱脂脱细胞脱蛋白后,与焦磷酸钠溶液水浴并直接在煅烧炉内1 000 ℃煅烧3 h;化学处理组采用甲醇/氯仿、过氧化氢等化学制剂序列脱脂脱细胞脱蛋白;对照组直接置于室温自然晾干。通过孔隙率测定、扫描电镜观察、X射线衍射分析、X射线原子能谱元素分析比较各组样品的微观空间结构。 结果与结论：与对照组相比,物理煅烧组、化学处理组均不同程度保持了原骨组织的天然网状孔隙结构,大孔孔径为50-600 μm,微孔孔径为2 μm左右,孔隙率55%-70%;物理煅烧组的主要成分为羟基磷灰石和一定量的β-磷酸三钙,化学处理组与对照组的主要成分为羟基磷灰石;经化学或物理煅烧处理的松质骨立体空间结构并无很大破坏,保留了孔径不等、交通性良好、表面开放的孔隙和高度的孔隙间连接;并且经物理煅烧步骤可更彻底地去除异种松质骨的抗原成分,制成的去抗原异种骨支架材料基本符合组织工程骨支架材料的要求。     

壳聚糖与海藻酸钙双相陶瓷骨支架的机械性能及细胞相容性

BACKGROUND: Hydroxyapatite/β-tricalcium phosphate biphasic ceramic bone has good cell compatibility, but its mechanical properties are poor. OBJECTIVE: To construct chitosan/ or calcium alginate/biphasic ceramic bone scaffolds and to detect their mechanical properties and cytocompatibility. METHODS: Different concentrations of chitosan (2%, 4%, 7%, 10%) or calcium alginate (3%, 4%, 5%, 7%) were mixed with biphasic ceramic bone to prepare chitosan/biphasic ceramic bone scaffold and calcium alginate/biphasic ceramic bone scaffold. Their morphology and structure, coagulation time, anti-dissolution properties, shear force, compressive strength and cell compatibility were detected. RESULTS AND CONCLUSION: (1) Coagulation time: with the concentration increase, the initial and final setting time of these two kinds of composite scaffolds were prolonged to some extent. (2) Scanning electron microscopy: these two kinds of composite scaffolds showed porous microstructures with different pore sizes. (3) Anti-dissolution properties: the calcium alginate/biphasic ceramic bone scaffold (3%, 4%, 5%, 7%) and chitosan/biphasic ceramic bone scaffold (7%, 10%) had good anti-dissolution properties in the liquid. (4) Mechanical strength: with the concentration increase, the shear force and compressive strength of the calcium alginate/biphasic ceramic bone scaffold were reduced. (5) Cell compatibility: the cytotoxicity of chitosan/ or calcium alginate/biphasic ceramic bone scaffolds was graded as 0-1 or 2-3, respectively. These results show that the chitosan/biphasic ceramic bone scaffold has better mechanical properties and cell compatibility than the calcium alginate/biphasic ceramic bone scaffold.      

Fabrication of porous ultra-short single-walled carbon nanotube nanocomposite scaffolds for bone tissue engineering

We investigated the fabrication of highly porous scaffolds made of three different materials [poly(propylene fumarate) (PPF) polymer, an ultra-short single-walled carbon nanotube (US-tube) nanocomposite, and a dodecylated US-tube (F-US-tube) nanocomposite] in order to evaluate the effects of material composition and porosity on scaffold pore structure, mechanical properties, and marrow stromal cell culture. All scaffolds were produced by a thermal-crosslinking particulate-leaching technique at specific porogen contents of 75, 80, 85, and 90 vol%. Scanning electron microcopy, microcomputed tomography, and mercury intrusion porosimetry were used to analyze the pore structures of scaffolds. The porogen content was found to dictate the porosity of scaffolds. There was no significant difference in porosity, pore size, and interconnectivity among the different materials for the same porogen fraction. Nearly 100% of the pore volume was interconnected through 20microm or larger connections for all scaffolds. While interconnectivity through larger connections improved with higher porosity, compressive mechanical properties of scaffolds declined at the same time. However, the compressive modulus, offset yield strength, and compressive strength of F-US-tube nanocomposites were higher than or similar to the corresponding properties for the PPF polymer and US-tube nanocomposites for all the porosities examined. As for in vitro osteoconductivity, marrow stromal cells demonstrated equally good cell attachment and proliferation on all scaffolds made of different materials at each porosity. These results indicate that functionalized ultra-short single-walled carbon nanotube nanocomposite scaffolds with tunable porosity and mechanical properties hold great promise for bone tissue engineering applications.     

羟基磷灰石/单壁碳纳米管复合材料的表征

背景：羟基磷灰石具有接近自然人骨的强韧度和优越的生物相容性,但其力学性能却较差。 目的：制成并研究一种新型生物活性材料(羟基磷灰石/单壁碳纳米管复合材料)的各种性质。 方法：利用原位合成法制备羟基磷灰石单壁碳纳米管复合材料,并对其红外光谱、微观结构及XDR衍射分析,力学性能进行测试,对不同SWNT含量的SWNT/HAp复合材料弯曲强度与断裂韧性比较分析。 结果与结论：成功制备出的纳米羟基磷灰石单壁碳纳米管复合材料,其抗弯强度最大增幅将近50%,达到73 MPa;而断裂韧性的最大提高幅度为3倍,达到2.6 MPa•m^1/2。随着单壁碳纳米管复合材料含量的增加,复合材料的弯曲强度与断裂韧性呈现出缓慢上升的趋势。提示,纳米羟基磷灰石单壁碳纳米管复合材料显著提高了接近自然人骨的纳米级磷灰石骨材料的抗弯强度和断裂韧性,从而克服传统支撑骨材料的力学性能缺陷。     

Bone growth in rapid prototyped porous titanium implants

Two porous titanium implants with a pore size diameter of 800 and 1200 microm (Ti800 and Ti1200) and an interconnected network were manufactured using rapid prototyping. Their dimensions and structure matched those of the computer assisted design. The porosity of the implants was around 60%. Their compressive strength and Young's modulus were around 80 MPa and 2.7 GPa, respectively. These values are comparable to those of cortical bone. The implants were implanted bilaterally in the femoral epiphysis of 15 New Zealand White rabbits. After 3 and 8 weeks, abundant bone formation was found inside the rapid prototyped porous titanium implants. For the Ti1200 implants, bone ingrowth was (23.9 +/- 3.5)% and (10.3 +/- 2.8)%, respectively. A significant statistical difference (p < 0.05) was found for bone ingrowth in the Ti1200 between the two delays. The percentage of bone directly apposited on titanium was (35.8 +/- 5.4)% and (30.5 +/- 5.0)%. No significant difference was found for bone-implant contact between the different time periods and pore sizes. This work demonstrates that manufacturing macroporous titanium implants with controlled shape and porosity using a rapid prototyping method is possible and that this technique is a good candidate for orthopedic and maxillofacial applications.     

鹿脱蛋白松质骨的生物相容性

背景：经过脱蛋白去抗原处理的异种松质骨作为骨移植材料,具有天然的多孔结构、可塑性及一定的机械强度。 目的：观察鹿脱蛋白松质骨的生物相容性。 方法：①热源实验与急性毒性实验：将鹿新鲜骨、脱蛋白松质骨及深低温冻干脱蛋白松质骨浸提液分别注入家兔耳缘静脉与小鼠腹腔。②溶血实验：将兔血混悬液分别加入鹿新鲜骨、脱蛋白松质骨、深低温冻干脱蛋白松质骨、碳酸钠(阳性对照)、生理盐水(阴性对照)中。③凝血实验：将鹿新鲜骨、脱蛋白松质骨及深低温冻干脱蛋白松质骨分别加入兔正常混合血浆中。④肌袋实验：在小鼠大腿肌袋处分别植入新鲜鹿骨、鹿脱蛋白松质骨及深低温冻干脱蛋白松质骨。 结果与结论：鹿脱蛋白松质骨及深低温冻干鹿脱蛋白松质骨无热源反应,未引起毒性、溶血及凝血反应,植入小鼠肌肉内后未发生排斥反应。新鲜鹿骨6种实验有轻度异常,但无动物死亡。表明鹿脱蛋白松质骨及深低温冻干鹿脱蛋白松质骨具有良好的生物相容性。     

Design and characterization of a novel chitosan/nanocrystalline calcium phosphate composite scaffold for bone regeneration

To meet the challenge of regenerating bone lost to disease or trauma, biodegradable scaffolds are being investigated as a way to regenerate bone without the need for an auto- or allograft. Here, we have developed a novel microsphere-based chitosan/nanocrystalline calcium phosphate (CaP) composite scaffold and investigated its potential compared to plain chitosan scaffolds to be used as a bone graft substitute. Composite and chitosan scaffolds were prepared by fusing microspheres of 500-900 microm in diameter, and porosity, degradation, compressive strength, and cell growth were examined. Both scaffolds had porosities of 33-35% and pore sizes between 100 and 800 . However, composite scaffolds were much rougher and, as a result, had 20 times more surface area/unit mass than chitosan scaffolds. The compressive modulus of hydrated composite scaffolds was significantly higher than chitosan scaffolds (9.29 +/- 0.8 MPa vs. 3.26 +/- 2.5 MPa), and composite scaffolds were tougher and more flexible than what has been reported for other chitosan-CaP composites or CaP scaffolds alone. Using X-ray diffraction, scaffolds were shown to contain partially crystalline hydroxyapatite with a crystallinity of 16.7% +/- 6.8% and crystallite size of 128 +/- 55 nm. Fibronection adsorption was increased on composite scaffolds, and cell attachment was higher on composite scaffolds after 30 min, although attachment rates were similar after 1 h. Osteoblast proliferation (based on dsDNA measurements) was significantly increased after 1 week of culture. These studies have demonstrated that composite scaffolds have mechanical properties and porosity sufficient to support ingrowth of new bone tissue, and cell attachment and proliferation data indicate composite scaffolds are promising for bone regeneration.