一种用于骨组织工程研究的加载装置

力学环境对骨内细胞的生物学行为有重要影响。无论是体内还是体外培养,骨组织的生长、发育都依赖力学环境。根据骨组织生理调节中的力学感知、传导、传质机理,研制一种用于骨组织工程研究的加载装置。该装置可为体外骨组织培养提供生理范围内不同大小、频率的应变及不同的应变波形,特别是对有一定强度的硬支架(与松质骨、密质骨强度相当)也能满足生理应变的要求。采用弹性较优的合成塑料作为参考支架进行有效性检测,结果表明在支架材料上此装置产生正常的生理应变,且重复精度高。装置使用智能材料-压电陶瓷作为动力来源,通过计算机控制实现了骨支架材料骨生理水平应变的精确控制。此装置将为工程化骨组织构建中载荷影响的研究提供方便。     

组织工程软骨研究进展

组织工程学是 2 0世纪 80年代末期发展起来的一门新兴边缘学科。它是综合应用工程学和生命科学的基本原理、理论和技术 ,在体外预先构建有生命的种植体 ,然后植入体内修复组织缺损 ,替代组织器官的一部分或全部功能。软骨为单一细胞 (软骨细胞 )构成组织 ,透明软骨、弹性软骨和纤维软骨组成人体重要结构 ,具有十分重要的生理功能。组织工程软骨是第一个组织工程化组织 ,在矫形外科和整形外科领域 ,组织工程软骨研究受到高度重视 ,发展迅速。本文介绍矫形外科领域中组织工程软骨研究发展。1　种子细胞1 1　软骨细胞多数研究以软骨细胞为种子…     

一种用于体外培养细胞的静磁场加载装置

磁性附着体均存在漏磁,应用于患者口腔中时将对邻近组织施加一定强度的静磁场。磁性附着体磁场对机体组织的生物学效应尚鲜见研究报道。本研究研制了一套细胞静磁场加载装置,并模拟磁性附着体静磁场对体外培养人牙周膜细胞加载。该装置能产生恒定的静磁场且磁场强度可调,体积小巧,可对培养皿、培养孔板等多种规格细胞培养器皿中的细胞加载静磁场,便于对细胞的多项生物学指标进行研究。对人牙周膜细胞加载静磁场的结果显示该装置可以有效地对体外培养细胞进行不同强度、不同时间的静磁场加载。该装置为研究静磁场细胞生物学效应提供了必要的手段。     

关节软骨损伤修复技术的研究与进展

背景：自体软骨因为软骨细胞密度低,新陈代谢率低以及没有血供而导致自我修复效果不理想。目的：就近年来组织工程技术的最新研究和外科治疗软骨损伤最新疗效方面一些最新研究及进展做一综述。方法：由第一作者检索PubMed数据库1992年1月至2013年12月文献,在标题和摘要中以“Articular cartilage;injury;tissue engineering;repair”为检索词进行检索。根据纳入排除标准最终选取61篇文献进行分析。  结果与结论：目前临床上常见的治疗关节软骨损伤方法有关节清理、镶嵌式成形技术、软骨膜及自体软骨细胞移植技术等,但都没研究表明某种治疗方法可以达到满意的长期疗效。其中主要的一个原因就是无法在软骨损伤处形成新的透明软骨,且修复的组织在机械性能上也无法和原有的自体软骨相比较。组织工程技术是今年来研究的热点,因其可以诱导自体软骨的形成而成为一种最有前景的治疗方法。组织工程技术利用内源性或者外源性的种子细胞,辅以诱导因子及营养因子诱导软骨的自身修复,以修复再生成有和自身软骨相似,甚至相同生物性能的透明软骨为最终的目标。如何简化治疗步骤和降低治疗费用是促进软骨再生修复进一步研究的动力。 中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建;骨细胞;软骨细胞;细胞培养;成纤维细胞;血管内皮细胞;骨质疏松;组织工程全文链接：     

结缔组织生长因子与关节软骨的修复

背景：结缔组织生长因子有刺激间充质细胞向软骨细胞分化的潜能,能促进软骨细胞的增殖和分化,可促进关节软骨细胞Ⅱ型胶原及蛋白多糖的表达,与其他生长因子一起在关节软骨修复的过程中发挥着重要作用。目的：重点就结缔组织生长因子的结构,在关节软骨修复中的功能,与其他物质的相互作用方面作一综述。方法：以“connective tissue growth factor,connective tissue growth factor and articular cartilage,articular cartilage damage,articular cartilage repairment”为英文检索词,以“关节软骨损伤”为中文检索词,检索PubMed数据库、中国知网-cnki数据库1980年1月至2014年7月有关关节软骨损伤修复的文献,排除与软骨损伤的修复重建相关性不强、以及内容重复、陈旧的文献。共保留32篇文献进行综述。结果与结论：结缔组织生长因子有刺激间充质细胞向软骨细胞分化的潜能,能促进软骨细胞的增殖、分化和成熟,可维持胞外基质合成以及平衡,可促进关节软骨细胞Ⅱ型胶原及蛋白多糖的表达,与其他生长因子一起在关节软骨修复的过程中发挥着重要作用。结缔组织生长因子是软骨细胞生长、增殖、分化的关键生长因子之一,贯穿软骨修复整个过程。研究发现,骨性关节炎患者的关节软骨细胞对成纤维细胞生长因子1和结缔组织生长因子表达呈现明显相关性增加。结缔组织生长因子通过对关节软骨组织的信号通路及与其他组织内的细胞因子彼此作用对关节软骨细胞及基质发挥作用。 中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建;骨细胞;软骨细胞;细胞培养;成纤维细胞;血管内皮细胞;骨质疏松;组织工程全文链接：     

组织工程化软骨的应力—应变研究

为研究组织工程化软骨的应力－应变特性,采用生物力学方法对体外培养离心管软骨和裸鼠皮下培养胶原海绵构建的软骨在5％变形时的压缩模量进行了测试,结果表明,体外离心管培养软骨在4,8,12,16周时的压缩模量分别为0．3518,0．653,0．233,0．262MPa,其中在8周时达最高,低于天然人胎关节软骨压缩模量2个数量级,体内皮下培养的胶原海绵软骨16周时的压缩模量的动态变化提示它与软骨细胞分泌GAG的活性变化一致,都在8周时达高峰,离心管软骨压缩模量总体偏低的现象提示可能是由于培养液与人工软骨大分子之间缺乏屏障保护,细胞分泌的PGS分子易于流失到培养液中的结果,而体内皮下培养的软骨模量低于天然软骨的原因可能是软骨发育过程中缺乏负荷刺激,因此,从生物力学角度看,组织工程化软骨的体外培养方法尚需改进。     

MRI不同序列对骶髂关节软骨成像的比较

背景：平片及CT不能显示关节软骨的改变,磁共振虽可显示软骨,但常规序列软骨显像效果欠佳,因此若要提高MRI检出软骨病变的能力,序列的优化显得非常重要。 目的：比较骶髂关节常用磁共振成像序列,筛选适合骶髂关节软骨MRI最佳成像序列。 方法：对45健康志愿者分别行骶髂关节MRI自旋回波T1WI、T2WI、T1-flash-3d-water-cor、T2-me3d-cor和T2-me2d-cor和T1-se-cor-water-fil扫描,比较各个序列显示骶髂关节软骨的清晰度、内部信号变化及软骨表面缺损。 结果与结论：自旋回波T1WI和T2WI序列45均显示骶髂关节软骨为一条稍高信号带,关节间隙不清;梯度回波T1-se-cor-water-fil序列45均显示两侧关节面骨皮质与髂侧软骨、骶侧软骨及软骨间隙形成的5条平行线状结构;T2-me3d-cor、T1-flash-3D-water-cor-fil序列45例受检者关节软骨为一条明亮、清晰高信号,与周围骨皮质及骨髓分界非常清晰,但骶侧、髂侧软骨不能够区分。T2-me2d-cor序列 37例能显示髂侧、骶侧软骨及软骨间关节间隙,8例分辨不清;弥散成像序列仅部分层面能显示关节软骨,诸结构显示较模糊,信号强度对比不鲜明。结果说明,T1-se-cor-water-fil在关节软骨显示程度、内部信号变化和软骨表面缺损程度等方面明显优于其他序列。T1-flash-3d-water-cor、T2-me3d-cor和T2-me2d-cor对软骨表显示方面优于常规MRI序列,但不如T1-se-cor-water-fil。 中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建;骨细胞;软骨细胞;细胞培养;成纤维细胞;血管内皮细胞;骨质疏松;组织工程      

组织工程化软骨修复关节软骨缺损

背景：目前治疗软骨缺损的方法均有明显缺陷,组织工程软骨修复关节软骨缺损为微创治疗软骨缺损提供了新方法。 目的：总结组织工程软骨应用于修复关节软骨缺损的新进展。 方法：由第一作者用计算机检索万方数据库(2000/2010)和PubMed数据库(2000/2010),检索词分别为“软骨缺损,组织工程软骨”和“articular cartilage defects, tissue-engineered cartilage”,语言分别设定为中文和英文。从组织工程软骨及其新进展2方面进行总结,对组织工程软骨的发展及构建等方面进行介绍。共检索到666篇文献,按纳入和排除标准对文献进行筛选,共纳入23篇文章。 结果与结论：近年来随着细胞支架材料的不断发展和组织构建技术的日趋成熟,结合活性细胞和支架的组织工程软骨为微创修复关节软骨缺损提供了良好的治疗手段及方法,组织工程软骨修复软骨缺损是完全可行的,C-GP凝胶与种子细胞相容性好,可做为组织工程软骨的理想支架,但细胞支架的制备及选择仍然是组织工程软骨的热点和难点。     

关节软骨体外构建力学环境的研究进展

很多物理因素都影响软骨组织的生长和发育,其中力学因素起主要作用。软骨的生长、发育是力学调控的适应过程。当前采用多种力学条件应用于软骨生物反应器,如流体剪应力、液体压力、直接压缩等,或其中部分组合,但这些条件还没有构建出与活体软骨结构-功能相匹配的人工软骨。如果一种载荷能适合构建软骨,那么这种载荷首先能保证培养物内部信号分子、营养和废物的有效运输;其次,能对支架内种子细胞特定的力学刺激;第三,能促进培养物结构-功能的发展。本文回顾、分析当前多种力学条件的作用效果,其中流体剪应力、液体压力、拉伸、直接压缩或变形剪应力都是软骨受力状态的部分体现。作者认为滚压载荷是软骨培养的合适力学环境,它是当前多种力学条件的一个综合指标,对软骨培养物可以形成纵向的动态压缩和横向的动态变形剪应力,并且有利于细胞新陈代谢物质的运输,因此,滚压环境可能是人工软骨结构-功能构建的发展方向。     

关节软骨组织工程的研究进展

介绍了关节软骨组织工程中种子细胞、支架材料的研究现状以及生长因子在关节软骨组织工程中的应用进展，阐明了随着对细胞行为、支架材料特性、细胞与材料的组合构建研究的深入，组织工程在关节软骨修复方面应用前景十分广阔。     

Microdamage and bone mechanobiology.

Mechanobiology is concerned with the relationships between mechanical forces and biological processes. Bone adapts to altered mechanical loading by modelling and remodelling. Microdamage is a stimulus for adaptation as shown by a sheep overload model. If microdamage accumulates it leads to fracture failure, notably in osteoporosis. Detection methods, based on chelating fluorochromes and radiopaque agents, will enable microdamage to be quantified and, along with bone mass, aid in fracture prediction and prevention. Mechanobiological principles can be utilised to create tissue engineered bone grafts in cases of bone loss due to trauma, malignancy or resorption.     

骨重建的力学生物学研究

骨骼的生长、发育和维持都与骨组织重建有着密切的关系,随着生物力学、组织工程、细胞生物学等学科的迅速发展,骨科相关疾病及其治疗的研究形成了多学科交叉、渗透的趋势,力学生物学已经成为研究骨重建的重要方法。本文对近年来骨重建的力学生物学相关研究工作进行整理和总结,希望为骨重建的研究、骨组织工程修复骨缺损和临床治疗相关骨科疾病的诊治提供理论基础。     

A multi-station dynamic-culture force monitor system to study cell mechanobiology

To study mechanobiological responses of cells, a dynamic-culture force monitor (D-CFM) system has been developed. The D-CFM extends our previous work to measure contractile forces of a cell-populated collagen gel (CPCG) using a cantilever beam with semiconductor strain gauges. Linear actuators are used in the system and are computer controlled using a LabVIEW interface to independently apply precise motion waveforms to multiple CPCGs. The feasibility tests showed that the new system can detect the differences in force patterns resulting from different motion waveforms imparted to the CPCG. This new system will facilitate the study of the effects of dynamic mechanical loading on cells, remodeling of extracellular matrix, and cell-matrix interactions in vitro.     

双维控制牙槽骨牵张器的成骨效应

背景：牵张成骨增高牙槽嵴在基础研究及临床已有很多成功报道,双维控制垂直牙槽骨牵张器可有效防止单向直线牵张器行牙槽骨牵张发生轴向移位。 目的：研制双维控制的牙槽骨牵张器,并通过动物实验观察其成骨效应。 方法：选择杂种犬4只,拔除一侧下颌前磨牙形成萎缩牙槽骨模型。1个月后行骨切开放置双维牵张器,7 d后垂直牵张 (1 mm/d,共5 d)。完成垂直牵张后,利用双维牵张器颊向控制功能将移动骨块颊向牵出(大约2.4 mm),固定2个月后行大体观察及组织学检查。 结果与结论：4只犬中2只黏膜伤口愈合良好,2只黏膜出现裂开,行二次缝合后愈合,牵张器固位良好,未出现松动、脱落。牵张骨块向垂直向及颊向的位移量满足实验目的要求,牙槽骨垂直向高度平均增加(5.0±0.2) mm,颊向宽度平均增加(2.4±0.3) mm。大体观察及组织学检查均证实牵张成骨的骨块新骨形成良好。说明双维控制垂直牙槽骨牵张器能较好的控制移动骨块垂直或颊向的移动方向,并且新骨形成良好。     

Adipose-derived stem cells in functional bone tissue engineering: lessons from bone mechanobiology

This review aims to highlight the current and significant work in the use of adipose-derived stem cells (ASC) in functional bone tissue engineering framed through the bone mechanobiology perspective. Over a century of work on the principles of bone mechanosensitivity is now being applied to our understanding of bone development. We are just beginning to harness that potential using stem cells in bone tissue engineering. ASC are the primary focus of this review due to their abundance and relative ease of accessibility for autologous procedures. This article outlines the current knowledge base in bone mechanobiology to investigate how the knowledge from this area has been applied to the various stem cell-based approaches to engineering bone tissue constructs. Specific emphasis is placed on the use of human ASC for this application.     

A new MR-compatible loading device to study in vivo muscle damage development in rats due to compressive loading

To study the aetiology of pressure ulcers an MR-compatible loading device was developed. Magnetic resonance imaging provides the possibility of non-invasive evaluation of muscle tissue after compressive loading. Pressure was applied to the tibialis anterior region of rats by means of an indenter. The developed MR-compatible loading device allowed high quality consecutive MR measurements for up to 6h. Tissue was evaluated both during and after loading. Two loading protocols were used; a large indentation of 4.5mm (mean pressure 150 kPa) was applied for 2h and a small indentation of 2.9 mm (mean pressure 50 kPa) was applied for 4h. T2-weighted MR images after the large indentation showed an immediate increase in signal intensity, associated with damage, following load removal. After 20 h the signal intensity remained higher in the affected regions. Afterwards the tissue was perfusion fixated for histological examination. Histological evaluation revealed an inflammatory response and severe muscle necrosis. No signal increase was observed after small indentation. With this new set-up, the different factors that may play a role in the onset of muscle damage can be studied, what we believe will lead to a better understanding of the contributing factors to pressure ulcer development.     

一种血管张应力体外加载装置的实验研究

目的研制一种血管张应力体外加载装置,研究弹性基底(硅胶片)上的张应力、张应变分布。方法基于基底形变加载技术,研制一种接近人体血液动力学环境的血管张应力体外加载装置。利用装置中的摄像机拍摄硅胶片拉伸前后硅胶片网格点的图像并转化为数字图像,使用Matlab软件对网格点的位置特征进行计算,从而得到硅胶片的应变分布。利用万能材料试验机对硅胶片进行实验和计算得到硅胶片的力学参数,根据力学参数建立有限元模型,并对硅胶片的张应力、张应变分布进行模拟计算。将实验结果和模拟结果进行比较。结果有限元结果和实验结果基本一致,张应力、张应变的最大值均出现在加载点处,中间区域应力、应变较为均匀。硅胶片中间60%面积区域可视为均匀应变场。结论研究结果可为后期血管壁内皮细胞的动态培养以及细胞力学研究提供实验技术。