骨组织工程支架材料—陶瓷化骨

陶瓷化骨作为骨移植材料，得到广泛的研究，并已应用于临床。由于其具有天然的骨小梁结构，可降解，无免疫原性，是骨组织工程比较理想的支架材料，因此越来越受到重视。本主要综述陶瓷化骨的理化性质、生物学特性及在内组织工程中的应用。     

基于应力状态的细胞分子水平骨重建力生物学模型

目的建立基于应力状态的细胞分子水平骨重建力生物学模型。方法从工程角度分析骨重建过程和力学激励,吸纳力学强度设计理论思想,选取相当应力作为力学激励,基于应力状态选取合适的力学激励计算公式,提出基于应力状态的细胞分子水平骨重建力生物学模型;应用模型进行口腔临床正畸牙槽骨的模拟预测。结果张力区孔隙度降低,骨量增加;压力区孔隙度增加,骨量减少,与牙槽骨特性一致。结论基于应力状态的细胞分子水平骨重建力生物学模型考虑应力状态对骨组织失效形式的影响,体现骨重建过程是力学激励下细胞水平的自优化强度设计,有助于在细胞分子水平探讨应力状态对骨重建的影响,是骨重建理论的补充和完善,可为口腔正畸的治疗提供理论指导。     

骨组织工程支架材料--陶瓷化骨

陶瓷化骨作为骨移植材料 ,得到广泛的研究 ,并已应用于临床。由于其具有天然的骨小梁结构 ,可降解 ,无免疫原性 ,是骨组织工程比较理想的支架材料 ,因此越来越受到重视。本文主要综述陶瓷化骨的理化性质、生物学特性及在骨组织工程中的应用     

骨骼肌通过力学刺激对骨重建的影响

骨骼与骨骼肌作为运动系统最重要的组织,两者之间存在密切的联系。骨肌单元的概念提出已久,运动产生的力学负荷将两者紧密地联系在一起。骨骼为骨骼肌施力提供力学支撑,而骨骼肌收缩带动机体的运动。在机体运动过程中,骨骼肌充当力学负荷与骨骼之间的中间媒介,并通过内分泌因子以及力学信号调节骨骼的代谢活动,与机体内持续不断的骨重建密切相关,并维持骨骼良好的结构和功能。主要综述近年来骨骼肌通过对骨骼施加力学刺激影响骨重建作用的研究进展,为预防和治疗骨代谢疾病提供新的思路。     

两种钛合金-骨界面的力学生物学研究

目的研究两种钛合金-骨界面的力学及生物学特性,从力学生物学的角度探讨不同钛合金-骨界面对骨细胞生物学行为的影响。方法通过建立钛合金内植物与骨相互作用的力学模型,分析材料属性变化对钛合金-骨界面力学性能变化的影响。通过动物体内实验,运用Micro-CT分析技术及组织切片观察不同钛合金-骨界面骨细胞生物学行为。结果钛合金-骨界面力学模型的理论推导和分析提示:TAV-骨界面的相对位移约是Ti2448-骨界面的相对位移的1.8倍。动物实验结果提示:Ti2448-骨界面周围骨质骨矿含量及骨质量均优于TAV-骨界面周围骨质。结论对于钛合金-骨界面而言,相对位移可能是力影响骨细胞功能的作用因素,较小的相对位移更有利于界面骨细胞的增殖,通过降低材料弹性模量,能够有效减低钛合金-骨界面相对位移,是实现钛合金-骨界面的更好愈合的可行方案。     

动载荷作用下骨重建力学调控机制

目的探讨动载荷作用下骨重建的力学调控机制。方法对骨重建力学调控机制进行分析,吸纳力学疲劳强度理论思想,提出动载荷作用下骨重建力学调控机制;选取损伤作为力学激励,建立动载荷骨重建模型;分析动态载荷成骨效果优于静态载荷现象,数值模拟运动防治骨质疏松。结果动态载荷成骨效果优于静态载荷现象得到较为合理的解释;运动量增加10%~30%,骨密度增加3.13%~8.61%。结论动载荷作用下骨重建的力学调控机制可为机械振动防治骨代谢相关疾病提供理论指导,是骨重建力学调控理论的补充和完善。     

力学刺激通过microRNA调控骨重建的研究进展

骨骼结构完整性和骨量的维持需要一定的力学刺激。研究表明,力学刺激可通过调控多种调节因子(例如激素、转录因子和信号分子等)参与骨重建过程。力学刺激可以通过调控微小RNA(microRNA,miRNA)表达在骨重建过程中起着至关重要的作用。然而,受力学刺激调控的miRNA在骨重建过程中的作用和机制尚不完全清楚。本文综述受力学刺激调控的miRNA在骨重建过程中的作用及其机制,并强调其在治疗骨质疏松中的潜在应用。     

应力对骨重建的影响

骨重建是指骨骼成熟后。在人的一生中仍存在骨的不断更新和改造，这个过程包括骨吸收，骨形成和和静止期。影响骨重建的因素有多种，本文只涉及力学环境，对应力影响骨重建作一理论性阐述。     

不同力学激励对骨重建数值模拟的影响

目的研究采用应变能密度、等效应力、等效应变3种不同力学激励对骨重建数值模拟结果的影响。方法建立股骨近端的二维有限元模型,基于力学稳态理论的重建控制方程并结合有限元法,分别用3种不同力学激励模拟股骨近端的内部结构及密度分布,并与CT数据计算得到的骨密度值进行定量分析比较。结果 3种力学激励模拟得到的重建结果均能反映出股骨近端的主要特征结构,但采用等效应力作为激励时得到的股骨密度曲线图的趋势和数值都与CT图像数据更为一致。结论在骨重建力学调控机制中,应力可能起主导作用。准确预测和模拟骨重建过程将对矫形外科、骨伤治疗、人工假体的优化和个体化设计等临床实践提供理论依据。     

基于Wolff定律的各向异性骨再造模型

建立符合各向异性骨再造生理过程的骨再造数值理论模型。基于Wolff定律及骨各向异性的力学性质,在仔细研究了当前各向同性骨结构再造数值模拟预测技术的基础上,将材料方向和主应力方向趋于一致做为骨再造平衡条件,提出一新型各向异性骨再造数值模型。以二维悬臂梁结构为例进行了模拟,得到了二维悬臂梁结构的密度分布图。新型各向异性骨再造数值模型,量化了骨再造过程和骨力学性质的各向异性,实现了骨再造过程数值模拟的各向异性。应用该模型可进行更为准确的骨结构再造数值预测。     

我国生物力学研究现状与展望

生物力学是研究生命体运动和变形的学科,通过生物学与力学原理方法的有机结合,认识生命过程的规律,解决生命与健康领域的科学问题。生物力学研究领域最新的主要进展和发展趋势是力学生物学和生物力学建模分析及其临床应用。文中介绍了我国生物力学研究在心血管力学生物学、分子生物力学、骨关节与软组织生物力学、临床医学和康复工程生物力学,以及生物力学在空间生命科学、生物材料、体育运动和生物医学技术中应用与交叉等领域所取得的具有国际水平的新成果。这些研究不仅对于揭示正常机体生长、发育和衰老的机理和自然规律,而且对于阐明机体疾病的发病机理以及提供诊断和治疗的一些基本原理,包括新型药物和新技术的研发,都将有重要的理论和实际意义。展望我国生物力学学科发展,应进一步加强学科交叉融合与交叉创新能力,在解决关键科学问题,明确力学因素在疾病发生发展中作用的同时,要致力于发展相关的新技术新方法,紧密联系临床防病治病,在提出具有生物力学特色的新思路上有所作为,为人类健康事业做出应有的贡献。     

骨重建数值仿真中的控制方程

人体骨组织有着复杂的结构和生理机制,骨重建理论经历了定性分析、定量计算和计算机定量数值模拟三个阶段。目前,存在力学模型和现象模型两类成熟的骨重建模型,力学模型的共性就是表观密度随一定的力学刺激而变化,现象模型由基本多细胞单元的损伤状态和孔隙度变化来决定。大多数股骨重建仿真模型仍然将骨量的分布看作是各向同性的,这就不能完全反映骨组织微构造的本构关系。本文是对骨重建仿真模型的控制方程进行综述。     

“Feeling the force” in reproduction: Mechanotransduction in reproductive processes

Reproductive biologists are well-versed in many types of biochemical signaling, and indeed, there are almost innumerable examples in reproduction, including steroid and peptide hormone signaling, receptor-ligand and secondary messenger-mediated signaling, signaling regulated by membrane channels, and many others. Among reproductive scientists, a perhaps lesser-known but comparably important mode of signaling is mechanotransduction: the concept that cells can sense and respond to externally applied or internally generated mechanical forces. Given the cell shape changes and tissue morphogenesis events that are components of many phenomena in reproductive function, it should be no surprise that mechanotransduction has major impacts in reproductive health and pathophysiology. The conference on “Mechanotransduction in the Reproductive Tract” was a valuable launch pad to bring this hot issue in development, cell biology, biophysics, and tissue regeneration to the realm of reproductive biology. The goal of the meeting was to stimulate interest and increased mechanotransduction research in the reproductive field by presenting a broad spectrum of responses impacted by this process. The meeting highlighted the importance of convening expert investigators, students, fellows, and young investigators from a number of research areas resulting in cross-fertilization of ideas and suggested new avenues for study. The conference included talks on tissue engineering, stem cells, and several areas of reproductive biology, from uterus and cervix to the gametes. Specific reproductive health-relevant areas, including uterine fibroids, gestation and parturition, and breast tissue morphogenesis, received particular attention.     

Molecular biology of bone remodeling: Implications for new therapeutic targets for osteoporosis

Osteoporosis is a major public health problem for adults over age 55 years costing billions of euros/dollars. Over the last 20 years anti-resorptive drugs were the treatment of choice for osteoporosis and most were derived from the bisphosphonate molecule.     

纳米骨组织工程支架材料生物学效应研究进展

国内外学者将纳米技术运用于支架材料制备了一系列新型的骨组织工程支架材料,并对纳米生物学效应进行了深入的研究。纳米生物材料的生物学效应研究可以更好地从分子水平上认识材料与生命体的相互作用,为构建具有生理功能的新型生物材料提供研究思路和方向。为了更好地认识纳米材料对蛋白、细胞的影响和纳米材料的生物安全性问题,本文综述了近年来纳米骨组织工程支架材料的生物学效应研究进展。     

3D打印骨组织工程支架的制备技术

近年来,随着3D打印技术的飞速发展,人们开始通过3D打印技术去不断完善适合不同需求的定制骨组织工程支架。由于组织工程制造的支架是需要植入生物体内的,这就对支架有着极为严苛的要求。3D打印技术作为一种新兴制备骨组织工程支架的技术,其最大的优点是可以依照需求来定制个性化形状、结构,良好的宏微观结构、润湿性、机械强度和细胞反应的新型骨组织工程支架。本文回顾了2014―2019年间对骨组织工程支架的研究,对3D打印骨组织工程支架进行了总结,并且介绍了在多功能骨组织工程支架设计与制作中的理念与研究。     

胶原水凝胶在软骨与骨组织工程中的研究进展

胶原水凝胶因其具有优良的生物相容性、生物力学性能，在软骨与骨组织工程、生物填充材料、创伤修复、药物缓释和细胞培养等医学领域获得广泛的关注和应用。本文重点介绍了胶原水凝胶在软骨与骨组织工程方面的研究进展，详细阐述了胶原水凝胶的性能、交联方法和类型，并对胶原水凝胶在软骨与骨组织工程中的研究现状进行了讨论，对其应用前景进行了展望。     

钛植入体过盈装配对下颌骨骨重建影响的数值研究

目的研究下颌骨修复手术钛钉植入后由于过盈装配而产生的下颌骨内应力以及骨密度分布变化,探讨不同过盈量对下颌骨骨重建的影响。方法采用有限元方法,建立8种不同过盈量的钛钉过盈装配模型,利用骨重建理论中的应变能密度算法计算5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%过盈量模型在36个月内下颌骨应力和骨密度的变化。结果导向孔直径大于钛钉内径时,随着过盈量的增大,骨-钉界面的固定效果逐渐增强;而过盈量超过30%之后,反而会因为过高的过盈量引起大量骨的失效,造成钛钉固定作用的减弱。结论在下颌骨修复时,建议选择直径大小等于或略小于钛钉内径大小的导向孔。