聚磷酸钙纤维增强α-磷酸三钙/纳米羟基磷灰石骨水泥复合材料的力学性能

摘要 背景：利用纤维增强磷酸钙骨水泥的机制很早就被人们认识和利用。由于非吸收性纤维存在生物相容性低及应力遮挡等问题,近期的研究热点主要是可降解吸收的生物活性纤维对磷酸钙骨水泥性能的影响。 目的：制备聚磷酸钙/(α-磷酸三钙/纳米羟基磷灰石)骨水泥复合材料,观察聚磷酸钙对磷酸钙骨水泥力学性能的增强效果。 方法：利用固相反应法和湿法反应法分别制得α-磷酸三钙和纳米羟基磷灰石粉末,再将2种粉末按不同比例混合进行高温处理,然后将其与不同质量比、不同长度的聚磷酸钙纤维复合制成骨水泥试样。对试样进行凝固时间、力学性能测试,利用扫描电镜观察试样微观结构。 结果与结论：聚磷酸钙长度为3 mm、含量为10%时,抗压强度为66.43 MPa,抗弯强度为13.86 MPa。扫描电镜显示聚磷酸钙在磷酸钙骨水泥基体中分布均匀,结合性能好。在Ringer’s溶液中浸泡3个月,纤维仍具有一定的增强效果。提示聚磷酸钙纤维对α-磷酸三钙/纳米羟基磷灰石骨水泥有一定的增强作用,聚磷酸钙/(α-磷酸三钙/纳米羟基磷灰石)骨水泥复合材料具有良好的力学性能。     

两种磷酸钙骨水泥浆料固化过程对成骨细胞的影响

背景：国内外关于骨水泥浆料固化过程中对细胞影响及解决方案的研究报道甚少。 目的：观察β-磷酸三钙/磷酸钙骨水泥和壳聚糖微球/磷酸钙骨水泥浆料固化过程对成骨细胞的影响。 设计、时间及地点：对比观察,于2006-08/12在北京大学医学部细胞与生物研究室完成。 材料：自制2种可注射磷酸钙骨水泥：β-磷酸三钙/磷酸钙骨水泥和壳聚糖微球/磷酸钙骨水泥;小鼠成骨前体细胞株MC3T3-E1由日本RIKEN细胞库提供。 方法：将小鼠成骨前体细胞株MC3T3-E1分别接种于β-磷酸三钙/磷酸钙骨水泥和壳聚糖微球/磷酸钙骨水泥的固化块及浆料上,以细胞接种于24孔板作空白对照,用吖啶橙染色后在荧光显微镜下观察,对细胞进行计数分析。 主要观察指标：①细胞形态。②细胞计数。 结果：①荧光显微镜下可见黏附于材料块上活细胞的核呈亮绿色荧光,细胞形态完整,未见裂解。材料也吸收部分荧光,呈深绿色的背景。而在磷酸钙骨水泥浆料上仅有少数活细胞存留,明显少于β-磷酸三钙/磷酸钙骨水泥固化块组和空白对照组。②β-磷酸三钙/磷酸钙骨水泥和壳聚糖微球/磷酸钙骨水泥固化块与空白对照组相比,对MC3T3-E1细胞数无影响。两种材料浆料上的细胞数显著低于相应骨水泥固化块组和空白对照组(P < 0.01)。 结论：β-磷酸三钙/磷酸钙骨水泥和壳聚糖微球/磷酸钙骨水泥材料的浆料固化过程对MC3T3-E1细胞有不利影响,致使细胞数降低。     

优化磷酸三钙/聚磷酸钙纤维/聚乳酸软骨组织工程支架材料的配比

背景：前期实验显示,聚乳酸存在刚度差,降解缓慢,降解后期降解液明显偏于酸性,易在细胞培养时引起无菌性炎症反应等缺点。 目的：在前期工作的基础上,优化聚乳酸支架材料实验方案和配比。 方法：自制聚磷酸钙纤维和β-磷酸三钙为添加材料,聚左旋乳酸为基体材料,采用溶媒浇铸/粒子滤取技术与气体发泡相结合制备配比20/30/50磷酸三钙/聚磷酸钙纤维/聚乳酸软骨组织工程支架复合材料。 结果与结论：①磷酸三钙/聚磷酸钙纤维/聚乳酸支架材料具有三维、连通、微孔网状结构,孔隙率在70%~95%。②孔隙率相近时,该支架材料的压缩模量比纯聚乳酸支架的压缩模量有了明显提高。③支架材料的降解率可通过加入聚磷酸钙纤维和支架的孔隙率加以调控。④β-磷酸三钙的加入使降解液pH值保持在6.0~7.0之间,避免了酸性降解产物引起的无菌性炎症反应。说明磷酸三钙/聚磷酸钙纤维/聚乳酸支架材料的物理力学性能和降解性能基本满足软骨组织工程的要求。     

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,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。     

丝素蛋白/磷酸钙骨水泥体外强化骨缺损椎体

摘要 背景：目前常用的椎体强化剂筛选方法是将尸体标本制成骨折模型,然后进行材料的灌注,这种模型很难进一步应用于体内实验。 目的：制备一种椎体骨缺损模型,评价骨水泥增强后的力学性能。 方法：将48个新鲜成年绵羊腰椎单椎体标本随机分为8组。取4组标本,利用直径分别为2.0,4.0,6.0,8.0 mm的钻头钻入椎体10.0 mm制备骨缺损椎体模型,测量单椎体的抗压强度和刚度,与正常椎体组进行比较。根据生物力学测试结果选择一固定直径,将剩下的3组制成骨缺损模型,然后分别注入磷酸钙骨水泥、丝素蛋白/磷酸钙骨水泥及聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥,模拟体液环境固化24 h后进行生物力学测试。 结果与结论：不同直径的椎体骨缺损模型中,随着缺损直径增大,其抗压强度与刚度呈逐渐下降趋势,直径为6.0 mm下降明显。选择直径为6.0 mm钻头制备骨缺损椎体模型,丝素蛋白/磷酸钙骨水泥组及聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥组的抗压强度和刚度与正常椎体组相比无明显差别(P > 0.05),而磷酸钙骨水泥组的抗压强度及刚度均明显低于正常椎体组(P < 0.05)。说明缺损直径为6 mm,深度为10 mm绵羊椎体骨缺损是一种合适的椎体骨缺损模型,保持了椎体外形的完整,可用来判断椎体强化剂的体外性能,进一步用于体内实验。丝素蛋白/磷酸钙骨水泥能有效即时强化骨缺损椎体。 关键词：丝素蛋白/磷酸钙骨水泥;骨缺损;椎体;体外;绵羊 doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2010.47.008     

丹红注射液-磷酸钙骨水泥释放体系的力学性能、显微结构及体外释放

背景：研究证实磷酸钙骨水泥与药物混合后可能会影响磷酸钙骨水泥的固化反应过程和晶体形成过程,进而改变反应终产物的晶体结构和生物力学强度等性能。 目的：制备不同浓度丹红注射液-磷酸钙骨水泥释放体系,观察丹红注射液对磷酸钙骨水泥生物力学强度、晶体结构形态的影响以及复合释放体系体外释放的特点。 设计、时间及地点：对比观察实验,于2008-02在西安交通大学生物医学实验中心完成。 材料：制备0.5倍、1倍、2倍市售浓度的丹红注射液,并与磷酸钙骨水泥复合形成释放体系。 方法：载药磷酸钙骨水泥在模具中固化完全后,利用万能测试机检测其力学强度,扫描电镜观测晶体结构形态。以原儿茶醛为检测标志物,高效液相色谱法测定312 nm处物质浓度,以了解体外释放情况。 主要观察指标：①空白以及载药磷酸钙骨水泥微观结构的观察。②空白以及载药磷酸钙骨水泥生物力学强度的测定。③载药磷酸钙骨水泥体外释放药物浓度的测定。 结果：丹红注射液可使磷酸钙骨水泥力学强度下降,2倍浓度组最为显著（P < 0.05）;丹红注射液与磷酸钙骨水泥复合未改变磷酸钙骨水泥微观晶体结构形态;释放体系在释放初期存在突释效应,约36 h后释放浓度趋于平稳。 结论：较大剂量丹红注射液与磷酸钙骨水泥复合可显著降低磷酸钙骨水泥力学强度;丹红注射液对磷酸钙骨水泥晶体结构形态无影响;磷酸钙骨水泥是丹红注射液较稳定的缓释载体。     

新型可注射性磷酸钙骨水泥在皮质骨内的降解和成骨作用

摘要 目的：观察可注射性磷酸钙骨水泥在皮质骨内的生物降解和成骨特性,为骨缺损的治疗寻求一种合适的替代材料。 设计、时间及地点：对比观察支架材料生物相容性实验,于2007-04-12/2008-2-05在华南理工大学材料学院教育部重点实验室和南方医科大学珠江医院中心实验室完成。 材料：β-磷酸三钙、磷酸二氢钙、碳酸钙和纳米相羟基磷灰石。 方法：根据相关文献合成一种含有β-磷酸三钙、磷酸二氢钙、碳酸钙和纳米相羟基磷灰石的磷酸钙骨水泥,并用含藻酸钠的液相成分将该骨水泥调制成可用注射器和16号穿刺针操作的注射物。在新西兰大白兔的股骨髁部钻取直径为2mm的骨洞,并注射入该骨水泥。 主要观察指标：术后标本HE染色,光镜下观察该骨水泥在皮质骨内的降解及再生新骨情况。扫描电镜观察新生骨的超微结构。XRD图谱分析不同阶段骨水泥的成分,能谱分析测定降解区的钙磷比。 结果：骨水泥在体内相容性良好,8周时降解反应明显,12周为降解反应的高峰期,16周降解反应基本完成;降解同时有大量的骨小梁生成。X光衍射图证实骨水泥的主成分是β-磷酸三钙,能谱分析提示降解区钙离子含量显著升高。 结论：该型磷酸钙骨水泥具有可注射性,骨皮质内相容性、骨传导和骨诱导作用良好等特性,是一种较好的骨替代产品,在骨缺损等的治疗中有较好的应用前景。研究载微球骨水泥的细胞相容性。     

β-磷酸三钙/聚磷酸钙纤维/聚左旋乳酸支架复合骨髓基质细胞修复节段性骨缺损

背景：组织工程β-磷酸三钙/聚磷酸钙纤维/聚左旋乳酸支架材料具有良好的生物相容性。 目的：评估骨髓基质细胞与β-磷酸三钙/聚磷酸钙纤维/聚左旋乳酸复合体修复兔桡骨大段骨缺损成骨的效果。 方法：取新西兰大白兔40只,建立桡骨双侧大段骨缺损模型,其中35只右侧植入自体骨髓基质细胞与β-磷酸三钙/聚磷酸钙纤维/聚左旋乳酸复合物作为实验组,左侧植入β-磷酸三钙/聚磷酸钙纤维/聚左旋乳酸支架材料作为对照组;另5只作为空白对照不作任何处理。植入后4,8,12,16周拍摄X射线片观察骨缺损修复情况。 结果与结论：实验组术后2周可见缺损处有散在的、少量模糊状骨痂生成,术后4周可见明显骨生成影像,成云雾状,均匀分布在骨缺损区,术后8周整个缺损区均可见骨痂生成,成骨现象更加明显,部分髓腔已通,术后12~16周,缺损区已完全被新生骨组织充填,骨髓腔已完全再通,修复区较正常桡骨细,骨缺损修复效果明显优于对照组与空白对照组(P < 0.01)。说明自体骨髓基质细胞与β-磷酸三钙/聚磷酸钙纤维/聚左旋乳酸复合移植可较完全修复大节段骨缺损。     

丝素蛋白对可注射磷酸钙骨水泥细胞相容性的影响

背景：已有的研究证实在磷酸钙骨水泥中添加适量的丝素蛋白能增加其抗压强度同时仍保持其可注射性,但制备的丝素蛋白/磷酸钙骨水泥复合材料是否仍具良好的生物相容性尚不确切。 目的：将人骨髓间充质干细胞与丝素蛋白/磷酸钙骨水泥复合材料共培养,评价该材料的细胞相容性。 设计、时间及地点：对比观察体外实验,于2007-09/2008-03在苏州大学附属第一医院骨科实验室完成。 材料：磷酸钙骨水泥由上海瑞邦公司提供。丝素蛋白由苏州大学材料学院提供。 方法：应用密度梯度离心法分离人骨髓间充质干细胞,条件培养基优化分离培养。浸提法制备丝素蛋白/磷酸钙骨水泥复合材料及磷酸钙骨水泥的浸提液。用MTT法测定丝素蛋白/磷酸钙骨水泥及磷酸钙骨水泥浸提液培养人骨髓间充质干细胞的活力,绘制生长曲线、计算第1,3,5,7天的相对增殖率并进行毒性分级;流式细胞仪检测丝素蛋白/磷酸钙骨水泥及磷酸钙骨水泥浸提液培养第4天的人骨髓间充质干细胞的细胞周期及倍体情况;扫描电镜观察丝素蛋白/磷酸钙骨水泥复合材料与人骨髓间充质干细胞共培养后第1,3,5,7天细胞的黏附及增殖情况。 主要观察指标：①细胞毒性分级。②细胞周期。③细胞黏附、增殖情况。 结果：丝素蛋白/磷酸钙骨水泥及磷酸钙骨水泥浸提液培养的人骨髓间充质干细胞具有良好的活力,其毒性分级均为0或1级;流式细胞仪检测见两组细胞均为二倍体细胞,未见异倍体细胞,两组G0/G1期、S期、G2/M期及细胞增殖指数差异无显著性意义（P > 0.05）;扫描电镜见人骨髓间充质干细胞在丝素蛋白/磷酸钙骨水泥复合材料上能黏附、生长,并随时间的推移材料表面的细胞数呈增长趋势。 结论：人骨髓间充质干细胞与丝素蛋白/磷酸钙骨水泥具有良好的体外细胞相容性。     

一种可注射自固化含锶复合胶原磷酸钙骨水泥的结构和性能*★

背景：骨科学界正致力于磷酸钙骨水泥的改性研究，通过向磷酸钙骨水泥中加入不同的添加剂，包括固化促进剂、增塑剂、抗水/血溶剂、致孔剂、增强剂，或是将生物活性物质或药物复合到磷酸钙骨水泥中，以提高其理化和生物学性能是目前该领域的研究热点。 目的：了解一种新型可注射可降解的磷酸钙骨水泥的理化性能。 设计、时间及地点: 重复测量试验，于2008-12/2009-05在华南理工大学材料学院国家重点实验室完成。 材料：采用部分结晶的磷酸钙，部分结晶的磷酸锶和二水磷酸氢钙，添加改性淀粉﹑Ⅰ型胶原制备了新型可注射自固化磷酸钙骨水泥。 方法：采用X’Pert Pro 型X 射线衍射仪对磷酸钙骨水泥固化体进行相分析。采用HITA2 -CHIH-800 型透射/扫描电子显微镜对磷酸钙骨水泥固化体的形貌进行观察。用维卡仪根据美国材料与试验协会A S TM C190203标准进行凝结时间的测试。使用Instron 5567 型万能电子材料试验机来测试固化样品的抗压强度。用注射器测试材料的可注射性，针头内径为 1.6 mm。通过浸泡摇动定性测试材料的抗溃散性。 主要观察指标：①骨水泥水化产物的相组成和显微结构。②骨水泥的凝固时间、可注射性和抗压强度。③骨水泥的抗溃散性。 结果：研究表明该材料具备优良的可注射性能；添加改性淀粉显著的改善了骨水泥的抗溃散性。随着骨水泥液固比的增大，骨水泥的抗压强度下降，当骨水泥的液固比为0.3时，骨水泥的抗压强度为(48.0±2.3) MPa，当骨水泥的液固比为0.6时，骨水泥的抗压强度下降为(21.0±2.5) MPa。骨水泥的水化产物为类骨羟基磷灰石结晶，从X射线衍射图谱还可以看出，因骨水泥的水化不完全，基线水平波动较大，说明了在充分水化的条件下，骨水泥的压缩强度还能进一步提高。 结论：制备的可注射含锶复合胶原磷酸钙骨水泥符合人体生物力学强度，能满足手术条件要求。 关键词：含锶磷酸钙骨水泥；Ⅰ型胶原；可注射性；抗溃散性     

Glial calcium

This review summarizes current knowledge relating intracellular calcium and glial function. During steady state, glia maintain a low cytosolic calcium level by pumping calcium into intracellular stores and by extruding calcium across the plasma membrane. Glial Ca²⁺ increases in response to a variety of physiological stimuli. Some stimuli open membrane calcium channels, others release calcium from intracellular stores, and some do both. The temporal and spatial complexity of glial cytosolic calcium changes suggest that these responses may form the basis of an intracellular or intercellular signaling system. Cytosolic calcium rises effect changes in glial structure and function through protein kinases, phospholipases, and direct interaction with lipid and protein constituents. Ultimately, calcium signaling influences glial gene expression, development, metabolism, and regulation of the extracellular milieu. Disturbances in glial calcium homeostasis may have a role in certain pathological conditions. The discovery of complex calcium-based glial signaling systems, capable of sensing and influencing neural activity, suggest a more integrated neuro-glial model of information processing in the central nervous system. © 1993 Wiley-Liss, Inc.     

Neuronal calcium homeostasis

How do nerve cells regulate the level of free calcium ions in their cytoplasm? It appears that low resting levels must be maintained while changes sufficient to activate many intracellular processes must also be allowed. This article briefly explores some of the cellular mechanisms that could contribute to calcium homeostasis in neurones. If we are to conclude anything, it is that the regulation of cell calcium is a highly complex task, and understanding the process will certainly yield new insights into the normal physiology and the pathology of nerve cells.     

Do calcium channel classifications account for neuronal calcium channel diversity?

Calcium (Ca2+) ions are involved in the development and control of a variety of neuronal properties and functions such as channel expression, synaptic transmission and neurosecretion. The main pathway by which Ca2+ enters the intracellular space is through voltage-activated Ca2+ channels that can be classified according to their different biophysical and pharmacological properties. Identification and characterization of these channel types are prerequisites for understanding the mechanisms that underlie Ca2(+)-controlled processes. In this article we summarize the efforts made to identify neuronal Ca2+ channel types, and we attempt to evaluate how useful existing classifications are in assigning specific properties and functions to distinct channel types in neurons.     

人工骨材料磷酸钙及硫酸钙在腱-骨愈合中的作用

背景：有关促进腱-骨愈合的方法文献报道很多,主要方法就是给腱-骨间隙添加一些刺激物质,以此促进腱骨的愈合。磷酸钙盐作为生物活性材料具有骨传导性,已广泛应用于临床骨缺损的替代和填充。而硫酸钙作为人工材料,具有潜在的骨诱导活性。 目的：在自体腘绳肌肌腱移植重建膝关节前交叉韧带过程中,观察人工骨材料磷酸钙及硫酸钙促进腱-骨愈合的效应。 方法：选用36条雄性成熟比格犬,先行切断双侧膝关节前交叉韧带,取同侧后肢趾长屈肌腱作为移植物,采用悬吊式固定重建前交叉韧带。按随机数字表法分为3组,磷酸钙组于股骨腱骨隧道中注入磷酸钙,硫酸钙组注入硫酸钙,空白组韧带重建结束后不添加任何填充物。分别于重建后1,2,3,4,6个月取材行大体观察、组织学和生物力学观测。 结果与结论：前交叉韧带重建后1,2,3,4个月时,磷酸钙组及硫酸钙组腱骨界面纤维连接明显强于空白组,而磷酸钙组、硫酸钙组差异无显著性意义。6个月时,各组愈合程度相似。生物力学方面,重建后1个月时,磷酸钙组及硫酸钙组腱骨界面的抗拉脱强度均高于空白组(P < 0.05),而磷酸钙组、硫酸钙组差异无显著性意义(P > 0.05)。提示磷酸钙及硫酸钙均能促进腱-骨愈合,两者之间无明显差异。     

Modulation of intercellular calcium signaling in astrocytes by extracellular calcium and magnesium

The extracellular concentrations of Ca(2+) and Mg(2+) are well known to play important roles in the function of the central nervous system. We examined the effects of extracellular Ca(2+) and Mg(2+) on ATP release and intercellular signaling in astrocytes. The extent of propagation of intercellular Ca(2+) waves evoked by mechanical stimulation was increased by reduction of extracellular Ca(2+) ([Ca(2+)](o)) or Mg(2+) concentration ([Mg(2+)](o)) and was decreased by elevated [Mg(2+)](o). Reduction of extracellular Ca(2+) concentration ([Ca(2+)](o)) evokes intercellular Ca(2+) signaling in astrocytes; a similar effect was observed in response to change from 5 mM [Mg(2+)](o) to 0 [Mg(2+)](o). Release of low-molecular-weight dyes and ATP was also activated by low [Ca(2+)](o) or [Mg(2+)](o) and inhibited by high [Ca(2+)](o) or [Mg(2+)](o). Astrocytes showed low [Ca(2+)](o)-activated whole cell currents consistent with currents through connexin hemichannels. These currents were inhibited by extracellular Mg(2+). We conclude that extracellular divalent cations modulate intercellular Ca(2+) signaling in astrocytes by modulating the release of ATP, possibly via connexin hemichannels.     

Determination of free calcium

A computer program designed to be user friendly is described in this report. Two types of calculations are provided: a) determination of free calcium concentration based on known total salt concentration and b) those which calculate total salt concentration required to insure a desired free calcium concentration in the buffered system. The user can choose up to 10 different ligands, nine different cations (known total concentration) and 10 concentrations (either free or total) of the variable cation (e.g. calcium) per calculation. Thus, this program does not restrict its user to one or two parameters (e.g., buffer and/or ions). Data generated using this method are in excellent agreement with those derived using programs in current use.