骨组织工程在骨科的应用

如何理想地修复因先天性畸形、外伤、感染或肿瘤等原因造成的骨缺损,一直是骨科领域研究的热点。根据组织工程学原理构建的组织工程化骨,包含了成骨细胞、生长因子和可降解生物材料,模拟了自体骨再生的过程,符合骨再生的生物学原理。与目前临床常用的骨移植方法（自体骨、异体／种骨移植、人工骨替代材料）相比,组织工程骨具有以下优点：①需要的供体组织少,供体损伤小;②细胞可在体外培养、扩增,无抗原性或抗原性甚微：③可根据修复缺损的需要,     

引导性骨组织再生的初步实验研究

我们将引导性组织再生技术应用于骨科临床中最常见的管状骨缺损的修复中,以证明引导性骨再生的存在,并观察这一特殊模式下的骨再生特点。现报道如下。 材料和方法 成年新西兰兔12只,雌、雄各6只,体重1.5kg～3.0kg(平均2.0kg)。随机分为2组,每组6只。 A组:3％噻胺酮(军事医学科学院药物研究所,北京)0.5ml/kg肌肉注射麻醉。双前肢常规方法脱毛、消     

低温快速成型技术与骨组织工程支架制备

骨组织工程支架作为骨组织工程三大核心之一,在种子细胞黏附、生长、分化及骨组织血管化形成中起着重要作用。多数研究显示合适孔径及高孔隙率的骨组织工程支架有利于上述生理过程进行,而孔径及孔隙率取决于材料类型及成型工艺。低温快速成型技术作为一种新型快速成型工艺,具有可实现支架孔径的高度可控性、高孔隙率及保持材料生物学活性等优势,被迅速应用于骨组织工程支架制备研究。该文就低温快速成型工艺技术的原理、工艺设备及流程、技术优势、材料要求、成型材料特点、应用前景等作一综述。     

骨组织工程中细胞外基质材料的选择

成骨细胞种植的细胞外基质材料的选择是骨组织工程研究中的关键环节 ,也是限制骨组织工程研究进一步发展的主要因素之一。理想的骨组织工程细胞外基质材料的要求有[1,2 ] :( 1)良好的生物相容性 :除满足生物医用材料的一般要求 ,如无毒、不致畸等之外 ,还要利于种子细胞粘附、增殖 ,降解产物对细胞无毒害作用 ,不引起炎症反应 ,甚至利于细胞生长和分化。 ( 2 )良好的生物降解性 :基质材料在完成支架作用后应能降解 ,降解率应与组织细胞生长率相适应 ,降解时间应能根据组织生长特性作人为调控。 ( 3)具有三维立体多孔结构 :基质材料可加工成…     

骨组织工程支架的研究应用

<正>骨质缺损是临床常见创伤,也是临床骨科面临的一大难题,以往多采用骨移植的方法治疗。随着骨组织工程的发展,人工合成生物材料被用来作为骨移植替代物,取得了很多成果,但也有很多不足之处。长期以来,移植材料的研制一直是骨组织工程材料研究的热点[1]。生物材料最初被应用是由于其有良好的生物力学和结构性修复特性,之后其被构建成骨组织工程支架,具有三维结构、生物活性、可吸收性,能提高或刺激     

骨组织工程的研究现状

组织工程是20世纪80年代提出的一门新兴交叉学科,其基本含义是应用工程学和生命科学的基本原理和技术,在体外构建具有生物功能的人工物,用于修复组织缺损,替代失去功能或衰竭的组织、器官的部分或全部功能[1]。最先用组织工程这一名词的学者是Woter和他的同事们[2]。目前组织工程有了很大的发展,尤以骨的再造及骨缺损修复领域的研究为最,已经广泛应用于临床实践,成为组织工程领域中一个重要研究内容。一般认为,种子细胞和支架材料是骨组织工程研究的关键组成部分,现将这两方面的研究进展做一总结,分述如下。1种子细胞骨组织工程的种子细胞…     

组织工程骨再生修复骨缺损的实验研究

目的 观察不同浓度成骨细胞于三维胶原凝胶载体中植入体内的骨再生效果,确立成骨细胞于三维胶原凝胶载体中植入的最佳有效浓度。方法 采用胶原酶、胰蛋白酶消化方法分离、培养成骨细胞,然后按10~7、10~6、10~5、10~4/ml将成骨细胞包埋于Ⅰ型胶原凝胶载体中植入兔桡骨骨缺损区域,于术后1-8周采用形态学观察、双能量X线骨密度测量、电镜观察其骨再生过程。结果 成骨细胞按10~7、10~6、10~5、10~4/ml植入组和对照组骨缺损桥接率于术后4周时分别为40％、65％、31.25％、5.55％、5％,植入8周时分别为41.67％、75％、37.5％、10％、8.33％;成骨细胞按10~7、10~6、10~5、10~4/ml植入组和对照组于术后6周骨密度分别为0.112±0.018、0.159±0.033、0.122±0.039、0.066±0.002、0.067±0.009,术后8周骨密度分别为0.150±0.059、0.173±0.041、0.145±0.023、0.103±0.023、0.102±0.033。扫描电镜观察成骨细胞植入1周时细胞呈圆形或椭圆形,其周围可见大量呈疏松排的胶原纤维;植入3周时已经有骨陷窝形成,骨陷窝中的成骨细胞突起多、细、短;植入5周时骨陷窝已钙化,骨小管很清晰;成骨细胞突起变少、变粗、变长。结论 成骨细胞于三维胶原凝胶中按10~7、10~6、10~5/ml均有明显促骨再生效果,其最佳细胞密度为10~6/ml。     

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。     

骨组织工程生物活性支架研究进展

新型支架材料的研究趋势呈单一组分向多组分过渡,惰性材料向活性材料过渡,宏观水平向微观水平过渡。随着纳米技术与生命科学的迅猛发展,纳米改性与仿生构建这两个新理念也逐渐融入了支架研究的主流,网络成骨理论近年也在支架领域得到很好的拓展与应用。如何在原有研究的基础上研获理想的生物活性支架,已成为骨组织工程这一重大课题的核心热点和难点。本文重点探讨了骨组织工程中极具前景的几类生物支架,对其国内外研究与临床应用的现状做一综述。     

新型脱细胞骨基质-壳聚糖复合支架的生物相容性研究

[目的]评价新型脱细胞骨基质-壳聚糖(ABECM/CS)骨组织工程复合多孔支架的生物相容性和安全性,为临床应用提供实验依据.[方法]采用联合脱细胞方法对猪股骨进行处理后制备脱细胞骨基质/壳聚糖骨组织工程复合支架.分离、培养兔骨髓间充质干细胞传代后进行实验.采用MTT法观察材料浸提液于1、3、5、7d时进行细胞毒性实验观察细胞的活性;将材料浸提液与稀释血混合离心后观察红细胞溶血情况,检测OD值计算相对溶血率;将材料浸提液经静脉注入兔体内进行热原实验,在规定时间内观察兔体温变化.[结果]细胞毒性实验显示,培养1、3、5、7d后各时间段内三组OD值两两比较(P＞0.05)无显著差异,表明材料无毒性.在溶血实验中观察实验材料的溶血率为3.0％,在标准值溶血率5％范围内,提示无溶血现象发生.热原实验结果显示每只兔体温升高均低于0.6℃,且3只兔体温升高总度数低于1.4℃,符合热原检测规定,复合材料无致热作用.[结论]经联合脱细胞处理制备的ABECM/CS复合支架无细胞毒性、无溶血反应、无热原性,具有良好的生物相容性和安全性,可作为构建组织工程骨的支架载体材料.     

Graphene oxide incorporated polycaprolactone/chitosan/collagen electrospun scaffold: Enhanced osteogenic properties for bone tissue engineering

This in vitro study aimed to evaluate the physicochemical and biological activity of the polycaprolactone/chitosan/collagen scaffolds incorporated with 0, 0.5, 3, and 6 wt% of graphene oxide (GO). Using standard tests and MG‐63 cells, the characteristics of scaffolds were evaluated, and the behavior of osteoblasts were simulated, respectively. A non‐significant decrease in nanofibers diameter was noted in scaffolds with a higher ratio of GO. The hydrophilicity and bioactivity of the scaffold surface, as well as cell attachment and proliferation, increased in correspondence to an increase in GO. The higher ratio of GO also improved the osteogenesis activity. GO increased the degradation rate, but it was negligible and seemed not enough to endanger stability. Modifying the scaffolds with GO did not make a significant change to the antibacterial effect.     

新型β-磷酸三钙的制备与成骨能力的实验研究

目的采用有机泡沫浸渍法制备多孔β-磷酸三钙(β-TCP)生物陶瓷,探讨其作为骨组织工程支架材料的可能性。方法有机泡沫浸渍法制备β-TCP支架材料,接种人骨髓基质干细胞,体外成骨诱导培养。相同条件下培养的单层细胞作为对照组。采用扫描电镜和噻唑蓝比色法观察细胞在材料上的增殖能力,同时测定碱性磷酸酶活性和骨钙蛋白含量来观察细胞在材料上的成骨分化能力。将体外培养7 d的细胞材料复合物和单纯材料回植裸鼠皮下,分别于术后4、8、12周取材观察异位成骨情况。结果扫描电镜观察显示实验组细胞在材料上增殖良好,MTT结果与对照组无明尼差异,但碱性磷酸酶活性和骨钙蛋白含量均高于单层培养的细胞。细胞材料复合物在裸鼠皮下4周已经成骨,并随时间延长骨量增多。单纯材料组在各时间点均未成骨。结论有机泡沫浸渍法制备的多孔β-TCP生物陶瓷具有良好的支持成骨能力,是一种较理想的骨组织工程支架材料。     

组织工程骨修复颅颌面骨缺损预塑形技术的研究

目的：采用快速成型技术对组织工程支架材料进行预塑形,探讨其在治疗颅颌面骨缺损中的应用前景.方法：选择1 0只成年杂交犬,均拟行组织工程骨修复颅颌面骨缺损实验研究（下颌骨节段缺损,颅骨全层缺损）,螺旋CT连续薄层容积扫描,数据传至工作站后行三维重建,按实验设计方案进行模拟手术,并转换成＊.stl文件格式,快速成型机制造骨缺损三维实体模型,据此制作阴模,填充磷酸三钙高温烧结后制成多孔支架,复合骨髓基质细胞后回植,螺旋CT检测组织工程骨和骨缺损完全匹配情况.结果：10例均按预设计制备骨缺损三维实体模型,据此制备个性化组织工程支架材料,手术回植和骨缺损完全匹配.结论：采用快速成型技术可对组织工程骨支架材料进行预塑形,对未来组织工程技术治疗复杂性颅颌面骨缺损具有重要的临床实用价值.     

以软骨细胞外基质与脱细胞骨基质构建组织工程骨软骨双层支架及其性能的研究

目的 探讨采用软骨细胞外基质(CECM)与脱细胞骨基质(ACBM)为材料制作新型组织工程骨软骨双层支架的可行性,并检测其性能.方法 双层支架的骨部分以犬松质骨制备的ACBM为原料,软骨部分以人CECM为材料,采用冷冻冻干法制备CECM/ACBM双层支架并交联.测定支架孔隙率,采用四甲基偶氮唑盐(MTT)法分析支架浸提液毒性.分离培养犬骨髓基质干细胞(BMSCs),成软骨诱导后种植到支架上,倒置显微镜、电镜、Dead/Live荧光染色观察细胞在支架的生长、分化情况.结果 扫描电镜及Micro-CT观察显示支架内孔洞相互贯通呈海绵状,CECM部分孔径(155±34)μm,孔隙率为91.3%±2.0%;ACBM部分具有大然骨的孔径和空隙率,骨软骨部分结合良好.培养1～6 d不同浓度支架浸提液与对照培养液吸光度值比较羌异均无统计学意义(P＞0.05).倒置显微镜、电镜检查结果表明BMSCs在支架上黏附良好,细胞基质分泌增加,Dead/Live荧光染色表明双层支架内细胞均呈绿色.结论 CECM/ACBM骨软骨双层支架具备良好的孔径和孔隙率,骨、软骨两层间结合良好,无毒,生物相容性良好,可作为支架载体用于组织工程骨软骨复合体的构建.

Abstract：

Objective To fabricate a novel bilayered scaffold constructed with cartilage extracellular matrix (CECM) and acellular bone matrix (ACBM) for osteochondral tissue engineering.Methods The bone layer of the osteochondral scaffold was prepared using canine bone cancellous bone columns, and the cartilage layer was fabricated using CECM.After CECM microfilaments were decellularized, the biphasic scaffolds were fabricated by soaking the ACBM columns into cylindrical silicon moulds with a 30 g/L CECM suspension using simple freeze-drying method.After the scaffolds were cross-linked, the porosity was measureed.MTT test was also done to assess cytotoxicity of the scaffolds.Canine bone marrow-derived mesenchymal stem cells (BMSCs) were induced by chondrogenic medium and seeded into novel scaffold.Cell proliferation and differentiation were analyzed using inverted microscopy, scanning electron microscopy (SEM)and Dead/Live staining method.Results SEM and Micro-CT revealed a 3-D interconnected porous structure, with the CECM pore diameter of 155 ± 34 μm and the porosity of 91.3% ± 2.0%.Cytotoxicity testing with MTT revealed no significant difference in absorbance among different extracts, showing no cytotoxic effect of the scaffold on BMSCs.Inverted microscopy and SEM showed that the novel scaffold could provide a suitable 3-D environment to support the adhesion, proliferation and differentiation of BMSCs to chondroeytes in culture with chondrogenic medium.Confocal microscopy of cell-scaffold constructs revealed cells with green fluorescence.Conclusion Since the novel CECM/ACBM bilayered integrated osteochondral scaffold has good mircostructure, non-toxicity and good biocompatibility, it may be a suitable candidate as an alternative cell-carrier for osteochondral tissue engineering.     

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.     

骨组织工程支架材料合成技术的进展

组织工程骨是由人工支架材料体外复合扩增的成骨细胞或其前体细胞及生物活性分子构成,高孔隙支架材料在细胞黏附、增殖和新骨组织形成过程中起到最重要的作用。过去的十年,产生和发展了许多合成生物可降解支架材料的技术,骨组织工程研究取得了可喜的成绩。本文主要是回顾这些技术在支架材料的设计、制做工艺,以及各种技术不同参数对支架材料(孔隙率、孔径大小、孔隙连通率等)的影响,阐述不同技术的发展过程的优缺点。     

胶原蛋白-硫酸肝素生物支架生物相容性研究

目的 观察胶原蛋白-硫酸肝素生物支架的生物相容性,为其应用提供生物学依据.方法 以冷冻干燥法制备胶原蛋白-硫酸肝素生物支架,将支架埋植入大鼠体内,观察大鼠炎症、肝肾功能、免疫反应及支架体内降解情况.结果 实验组大鼠血清WBC、CRP、肝肾功能、体液免疫反应与对照组比较,差异无统计学意义;伤口愈合良好;支架在大鼠体内有所吸收.结论 胶原蛋白-硫酸肝素生物支架具有良好的生物相容性,可作为神经组织工程支架材料.     

In vivo osteogenic capability of cultured allogeneic bone in porous hydroxyapatite: immunosuppressive and osteogenic potential of FK506 in vivo.

Fischer or ACI rat marrow cells were obtained from femoral shafts and were cultured to confluence in Eagle's minimal essential medium (EMEM) supplemented with 15% fetal bovine serum. After trypsinization, the cells were subcultured on porous hydroxyapatite (HA; Interpore 500) blocks in the presence of beta-glycerophosphate and 10 nM dexamethasone (Dex). After 2 weeks of subculture, a mineralized bone matrix with osteogenic cells developed on the HA pore surfaces. ACI or Fischer cultured bone tissue/HA constructs were implanted subcutaneously into the backs of Fischer rats and the immunosuppressant FK506 was given to the rats for 4 weeks. Implants were harvested 4 weeks and 8 weeks after insertion. At 4 weeks, the ACI constructs (allografts) showed high levels of osteogenic parameters (alkaline phosphatase [ALP] activity and osteocalcin content) and bone formation was observed together with active osteoblasts without obvious accumulation of inflammatory cells. At 8 weeks, active osteoblasts and progressive bone formation were still observed, while osteogenic parameters remained high and osteocalcin messenger RNA (mRNA) was detected. Without FK506 administration, the allografts showed neither bone formation nor osteocalcin mRNA and there were only trace levels of the osteogenic parameters. In the case of Fischer constructs (isografts), extensive bone formation was detected and all the osteogenic parameters were higher with FK506 than without FK506 at both 4 weeks and 8 weeks. These results indicate that cultured bone tissue/HA constructs possess a high osteogenic potential, even as allografts, and that FK506 not only has an immunosuppressive action, but also promotes bone formation.     

骨髓基质干细胞片层复合聚乳酸羟基乙酸支架构建组织工程骨

目的 制备骨髓基质干细胞片层,探讨其对组织工程骨成骨的作用.方法 培养骨髓基质干细胞(BMSCs)并向成骨方向诱导,利用温度反应性培养皿制备骨髓基质干细胞片层,光学及电子显微镜下观察其形态.将经过预处理的三维多孔聚乳酸羟基乙酸(PLGA)支架注射BMSCs悬液并复合干细胞片层后植入犬左侧下颌骨缺损,为实验侧;将未复合细胞片层的支架植入右侧,为对照侧.16周后,对新生骨行影像学及组织学观察分析.结果 片层中细胞排列紧密,生长活跃.实验侧吸光度值高于对照侧(P＜0.05),并可见较多哈弗系统及板层骨样结构.结论 经温度反应性培养皿制备的干细胞片层结合PLGA支架可形成具有板层状结构的组织工程骨.