骨组织工程支架材料修复骨缺损的特性

摘要 目的：介绍各种骨组织工程支架的特性及在修复骨缺损中的作用。 方法：以“骨组织工程,支架材料,骨缺损”为中文关键词;以:“bone tissue engineering,scafold,bone defect”为英文关键词,采用计算机检索2000-01/2010-06相关文章。纳入骨组织工程支架修复骨缺损相关的文章。选择28篇文献重点介绍各种骨组织工程支架的特性及在修复骨缺损中的特点。并应用硫酸钙人工骨进行验证。 结果：用于骨组织工程的支架材料众多,目前,骨组织工程支架材料主要分为3类：生物衍生材料、无机材料和高分子材料,每种材料在修复骨缺损中都有各自的优缺点。随着研究的不断深入,复合支架材料成为目前的研究热点之一。一些具有生物活性的无机材料,如生物玻璃、羟基磷灰石已经被用来加入到胶原、壳聚糖的基体中来制备新型的骨组织工程复合支架材料。至今还未研制出一种理想的适于骨组织工程的支架材料。临床验证显示硫酸钙人工骨修复大块骨缺损效果较好。 结论：相信随着各学科的发展,骨组织工程用支架材料的性能会越来越完善,从而促进骨组织工程的发展,最终应用于临床。 关键词：硫酸钙人工骨;骨组织工程;支架材料;骨缺损;生物材料 doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2010.47.032     

微球细胞支架在骨组织工程中的应用*★

摘要：骨组织工程的难点之一在于获得大量表型正确的细胞。作为骨组织工程的核心内容，细胞支架领域发展迅速。微球不仅被广泛用于组织工程种子细胞扩增，还可直接作为载体将细胞传递至骨缺损部位，并作为支架支持新生骨组织生长。目前微球支架材料包括人工合成或天然来源的聚合物和陶瓷两种，微球支架通过微囊包裹或支架贴附与细胞结合，直接植入或与可注射基质结合后注入骨缺损部位，实现骨组织的修复。微球细胞支架以其细胞扩增高效性及细胞传递微创性，在组织工程中显示了良好的应用前景和潜力。 关键词：微球；微囊；细胞支架；骨组织工程     

体内生物反应器与体内骨组织工程

近年来，骨组织工程研究在种子细胞、支架材料和构建技术3个主要方面均取得了巨大进展，但复合体外培养细胞的骨组织工程产品临床应用仍面临挑战。体内骨组织工程是以受体自身机体作为生物反应器，单纯应用生物材料而不外加细胞或生长因子，在骨或非骨环境构建形成骨移植物修复自体骨缺损的技术。有关研究显示这是一种调动机体自我再生能力的组织工程新策略，具有切实可行的应用前景。     

可注射性骨替代材料的生物学特性与临床应用*☆

摘要：可注射骨替代材料可经皮注射治疗骨缺损,包括有机植骨材料和无机植骨材料,其中一些材料还可做为载体与细胞复合形成组织工程化复合材料进行注射植骨,提高植骨融合率。发展可注射性骨替代材料为骨科一些相关疾病治疗开辟一条新途径。文章分3部分介绍了有机植骨替代材料、无机植骨替代材料和骨组织工程载体材料的生物学特性和临床应用。骨组织工程研究尽管已取得初步成效,仍面临许多难题,例如,细胞外基质材料的选择和制备、细胞与载体的复合和移植等,均有待进一步研究。     

组织工程骨修复骨缺损的研究进展及临床应用

背景：随着生物技术的兴起，以生物材料来制作移植替代物的组织工程学正在不断地发展，因此组织工程骨修复骨缺损也成为当前的研究热点。 目的：概述国际上关于骨组织工程研究的现状及临床应用的进展。 方法：应用计算机检索PubMed数据库、Springer Link数据库、Science Direct数据库2000-01/2009-03文献，检索词为 “tissue engineering of bone，bone defect，clinical applications”。选择与组织工程骨修复骨缺损相关的种子细胞、支架材料、动物模型、血管化和临床应用的文章， 无论观察对象为人或动物均纳入检索标准。 结果与结论：骨缺损的修复是临床上的难题之一, 传统吻合血管的自体骨移植是治疗局部骨缺损的金标准，但是其存在供骨区并发症及数量有限的缺点。而无活性的异体骨虽然不受数量的限制，但是存在排异和传染疾病的可能。因此利用组织工程技术构建组织工程骨是修复骨缺损的趋势。组织工程骨包含具有骨传导性的支架、释放诱导成骨的生长因子、负载具有成骨潜能的细胞及组织工程骨血管化或充足的血供4个关键元素，因此要准确地评估组织工程骨修复骨缺损的作用，需要进一步理解参与骨再生的各种因素及其相互作用，同时还要在标准化动物模型研究中衡量积极因素和可能的有害影响。骨组织工程在实验研究领域已经显示出了积极的作用和相当大的发展前景，但在进入临床应用以前还有很多问题等待解决。     

骨髓基质干细胞与骨缺损的修复

背景：骨髓基质干细胞来源广泛,分离方便,扩增迅速,具有多向分化潜能,适合自体移植的特点,同时是骨组织工程中合适的种子细胞。 目的：总结分析采用骨髓基质干细胞作为种子细胞,并利用转基因或其复合支架修复骨缺损所具有的优势。 方法：检索1990/2009 西文生物医学期刊文献数据及CNKI数据库有关骨髓基质干细胞分离、培养,在骨缺损方面的应用,骨组织工程方面的文献,英文检索词为“Bone marrow stem cells,Repairing,Bone defect”,中文检索词为“骨髓基质干细胞,修复,骨缺损”。排除重复性研究,保留28篇进一步归纳总结。 结果与结论：文章从骨髓基质干细胞作为种子细胞的优势,骨髓基质干细胞的分离和培养,骨髓基质干细胞的成骨诱导及骨髓基质干细胞修复骨缺损等方面进行了总结。利用骨髓基质干细胞作为种子细胞,与适当的支架材料结合,或用骨髓基质干细胞作为靶细胞,导入外源目的基因诱导成骨的基因治疗来修复骨缺损的方法,给骨缺损的治疗带来光明的前景。但同时也存在骨髓基质干细胞存化,骨髓基质干细胞的增殖、分化合适的条件,哪些因子能有效促进新骨形成,载体材料及体内植入方式,以及如何将骨组织工程与基因治疗的方法结合起来等问题需要进一步的研究。     

骨髓基质干细胞治疗骨不连的新进展

背景：骨髓基质干细胞体外培养增殖力强、易于向成骨细胞及软骨细胞方向分化且成骨性能稳定等特点,成为骨组织工程中合适的种子细胞。 目的：总结分析采用骨髓基质干细胞作为种子细胞,分析其直接移植于骨不连部位或复合支架或转基因治疗骨不连所具有的优劣势。 方法：检索1992/2011西文生物医学期刊文献数据及CNKI 数据库有关骨不连研究,骨髓基质干细胞分离、培养,在骨不连方面的应用,骨组织工程细胞支架方面的文献,英文检索词为“bone marrow stromal stem cells,nonunions, repairing,tissue engineering”,中文检索词为“骨髓基质干细胞,骨修复,骨不连,组织工程”。排除重复性研究,保留23篇进一步归纳总结。 结果与结论：利用骨髓基质干细胞作为种子细胞,直接植入骨不连部位,或与适当的支架材料结合,或用骨髓基质干细胞作为靶细胞,导入外源目的基因诱导成骨的基因治疗来修复骨缺损的方法,给骨缺损的治疗带来光明的前景。但同时也存在骨髓基质干细胞增殖、分化合适条件难以准确确定,经皮移植自体骨髓基质干细胞植入体内后容易流失,不能在植入部位形成有效的细胞浓度,支架材料尚不能完全符合临床要求,以及如何将骨组织工程与基因治疗的方法结合起来等问题,需要进一步的研究。     

骨膜细胞在骨组织工程中的应用

随着骨科学的发展，骨组织缺损治疗这一难题尤显突出，急需一种更为有效的疗法。骨膜中存在能够自我复制并能多向分化的骨祖细胞，在机体损伤时参与组织的修复。骨膜细胞的体外培养及骨膜细胞注射治疗小范围骨缺损已获得成功。实验表明，在适合的支架材料上，骨膜细胞可在一些特定的细胞因子调控下分化成骨，这些新生骨在组织形态及化学成分上与体内天然骨基本一致，并且能够与天然骨接合并继续生长。探寻合适的支架材料及体外诱导条件，使骨膜细胞能真正实现体外成骨，形态可塑，是骨组织工程临床应用的关键所在。     

生物材料修复股骨缺损及其性能评价

目的：评价组织工程修复股骨骨缺损各种生物材料的性能和应用,寻找合理股骨替代物。 方法：以“组织工程,股骨缺损,干细胞,细胞因子,复合材料” 为中文关键词,“tissue engineering, femur defect, Mesenchymal stem cells,Cytokines,Materials” 为英文关键词,采用计算机检索1993-01/2009-10相关文章。纳入与有关生物材料与组织工程股骨缺损修复相关的文章;排除重复研究或Meta分析类文章。以21篇文献为主重点讨论了组织工程股骨骨缺损修复生物材料及其性能。 结果：干细胞技术是从少量骨髓组织得到种子细胞,经体外诱导扩增达到一定细胞数量后,与支架材料复合,体外构建组织工程骨,其细胞能够维持成骨细胞特有的生物学特性,能与受区骨组织完全融合,同时避免了免疫排斥反应发生。将两种或两种以上材料复合在一起,或对生物材料表面进行各种各样的修饰,可以促进细胞与材料之间的黏附、提高细胞的生物活性并维持生物功能;利用某种载体转入到种子细胞内,后者在骨缺损区成骨,同时分泌适量的骨生长因子,诱导周围非定向性骨祖细胞向定向性骨祖细胞分化,从而在短时问内募集到足够的具有成骨活性的种子细胞,加快长骨损伤愈合;利用计算机三维虚拟成像技术和计算机数控成型技术预制的复合材料,既有医用复合材料本身的优点,又有精确的和股骨骨缺损周围组织解剖学上契合性,更有近乎完美的外观形态。 结论：目前还没有一种材料能完全符合骨组织工程的要求。将几种材料复合在一起,或对生物材料表面修饰,促进细胞与材料之间的黏附、提高细胞的生物活性、维持生物功能是目前组织工程生物材料研究的热点。 关键词：股骨缺损;修复;组织工程;干细胞;细胞因子;复合材料 doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2010.16.028     

不同比例壳聚糖胶原复合骨、软骨缺损支架材料的制备及性状比较

摘要 背景：骨组织工程支架材料由最初的自体骨,软骨材料到生物活性陶瓷,乃至后来的有机材料胶原蛋白等细胞外基质材料,其生物相容性及性能越来越优越,越来越接近体内的真实情况。但是这些材料在抗压性及强度方面还有待进一步提高。 目的：应用胶原与壳聚糖制备生物支架并对其检测其生物学性质,为骨、软骨缺损提供移植替代物。 方法：将不同比例壳聚糖-胶原蛋白溶解,经冷冻冻干后紫外线交联后冷冻干燥,二次冻干制备好支架。检测不同比例支架的孔隙率,降解率,溶胀率。扫描电镜观察孔径的大小及形态。 结果与结论：制备的支架外观呈海绵多孔状。支架的孔径大小随着胶原比例增加而减小。胶原比例的增加对支架孔隙率的影响较轻微。支架的溶胀率可达到80%左右,支架的溶胀程度随胶原比例增加而减少。胶原含量越大支架柔韧度增加明显。支架的降解率随着胶原比例增加而增加,而壳聚糖含量越高,降解速度越慢。结果提示,通过调整壳聚糖-胶原蛋白比例使支架具有作为骨、软骨缺损移植材料的替代物可能。 关键词：壳聚糖;胶原蛋白;骨;生物支架;组织工程 doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2010.42.006     

骨组织工程支架研究现状及面临的问题

在理想骨组织工程支架所需满足条件的基础上,从材料的选取、设计、制备等方面就其发展现状做出了简要总结。国内外大量的实验证实了骨组织工程支架缺损修复的可行性、有效性及优越性。然而,目前构建的骨组织工程支架还很不完善,在力学性能、降解速度、结构形态、生物活性等方面仍有许多问题亟待解决。随着骨组织工程及其相关领域研究的深入和进步,骨组织工程支架的研究将会具有突破性的进展。     

骨组织工程支架材料的研究进展

寻找理想的支架材料是目前骨组织工程研究的热点之一。文章阐述了用于骨组织工程的天然支架材料,人工合成支架材料及其复合材料的研究现状。分析了这些材料的优缺点,并展望了骨组织工程支架材料的发展趋势。     

骨组织工程支架材料的种类及发展趋势*

摘要：组织工程支架材料不仅在细胞黏附、增殖和新骨组织形成中为细胞提供结构支撑,而且还起到模板作用,引导组织再生和控制组织结构。寻找一种既有良好生物相容性和生物降解性又具有特定形状的支架材料是骨组织工程的一个重要方面。文章对用于骨组织工程支架材料的天然高分子材料、人工合成聚合物及无机材料及复合材料等的研究现状进行探讨,并分析这些材料的优缺点及骨组织工程支架材料的发展趋势。     

脂肪基质细胞构建组织工程骨修复下颌骨缺损的实验研究

背景：以往实验认为,只有经过成骨诱导后的脂肪基质细胞才能作为骨组织工程的种子细胞。然而成骨诱导周期过程复杂,延长了细胞体外培养时间和花费。 目的：探讨未经过成骨诱导的犬脂肪基质细胞作为种子细胞,利用组织工程技术修复犬下颌骨缺损的可行性。 方法：取12个月龄犬背部皮下脂肪,经胶原酶消化法获得单个核细胞,将培养的第3代细胞与双相磷酸钙陶瓷形成支架复合物。在犬下颌骨两侧制备长20 mm、高10 mm的箱状缺损,拔除缺损区牙齿,分别植入细胞支架复合物和单纯双相磷酸钙陶瓷支架,不进行干预的区域作为空白对照。植入后4周及8周经组织学检测骨缺损修复情况。 结果与结论：支架植入后4周,部分支架材料降解,缺损区形成新生骨,双相磷酸钙陶瓷组成骨量明显少于细胞支架复合物组,形成少量新骨及部分新生血管。8周时,两组形成更多的新骨,广泛分布于骨缺损区域,但双相磷酸钙陶瓷组仍明显少于细胞支架复合物组,差异有显著性意义(P < 0.01)。提示脂肪基质细胞复合双相磷酸钙陶瓷可在体内成骨,不经过体外成骨诱导的脂肪基质细胞作为种子细胞,利用组织工程技术可修复下颌骨缺损。     

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。     

人工材料在急性运动骨损伤中的应用与表面修饰

摘要 背景：选择合适的表面修饰材料,有针对性的对基质支架材料进行表面改性和表面修饰,提高材料表面的细胞黏附性以及促进细胞的增生是骨组织工程支架材料研究的重要内容。 目的：概述骨组织工程支架材料的运用情况,支架材料表面修饰材料的运用以及修饰方法或途径。 方法：由第一作者检索1995/2010 PubMed数据及万方数据库文章,选择与组织工程支架材料运用及表面修饰相关的文献。 结果与结论：成骨细胞与支架材料的作用依赖于材料的表面特性、局部形态、表面能或化学能等,这些表面特性决定了细胞怎样吸附到材料表面、细胞的定位以及细胞的功能行为等。因此生物材料的复杂性和细胞-生物材料表面的相互作用决定着进行生物支架材料表面修饰的重要性。理想的表面修饰应该兼顾表面拓扑结构、特异性识别、亲水与疏水平衡、蛋白质吸附等各个方面才能得到功能化的新生组织。目前,应用最多的表面修饰材料是Ⅰ型胶原,未来研究中将多种表面修饰材料进行复合发挥材料的互补作用,以及基因疗法和纳米材料的发展,将成为骨组织工程学领域研究的热点问题。 关键词：骨;支架材料;表面修饰;运动损伤;生物材料 doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2011.03.041     

生物衍生骨与骨髓间充质干细胞复合修复兔桡骨大段缺损

背景：生物衍生支架材料具备与自身骨相似的结构和微环境,具有较好的应用前景。 目的：探讨生物衍生骨复合成骨诱导的骨髓间充质干细胞修复兔桡骨的节段性骨缺损的可行性,并与单纯生物衍生骨进行比较。 设计、时间及地点：随机对照动物实验,于2007-01/2008-01在南华大学生命科学院实验室完成。 材料：同种异体骨经脱脂、脱蛋白、部分脱钙和冻干等方法处理后制备生物衍生骨支架材料,与自体骨髓间充质干细胞复合制备组织工程骨支架材料。 方法：25只健康成年新西兰大白兔双侧桡骨制备中段15 mm的骨缺损,随机取其中20只兔右侧桡骨为实验组植入组织工程骨,左侧为对照组植入单纯生物衍生骨,不做内外固定;另5只兔双侧骨缺损处不植入任何材料作为空白组。 主要观察指标：应用X射线放射学检查及组织学观察比较3组骨缺损修复的能力。 结果：X射线显示随时间延长骨折处骨痂逐渐增多, 实验组8周基本愈合,12周塑形完成;对照组骨痂少,愈合时间推迟;空白组术后12周骨缺损未见骨性修复,最后形成骨不连。术后2,4,8,12周实验组放射学检查评价新骨生成优于对照组 (P < 0.05)。组织学检查显示实验组术后4周时材料开始吸收,8周基本降解吸收被新生骨取代,12周完全修复;对照组明显推迟,新骨生成速度、生成量低于实验组(P < 0.05);空白组各时点均无新骨形成,最后缺损由纤维组织充填。 结论：成骨诱导的间充质干细胞／生物衍生骨复合构建组织工程化骨植入修复兔桡骨缺损能够加速新骨形成,其修复能力明显优于单纯生物衍生骨。     

细胞移植及髓核组织工程重建修复椎间盘退变

背景：通过细胞组织工程将细胞或细胞支架复合体植入退变缺损的椎间盘内,使退变的椎间盘再生可能是治疗椎间盘退变性疾病最为理想的方法。 目的：评价组织工程髓核体内移植抑制腰椎间盘退变的临床疗效及应用前景。 方法：由第一作者检索1990/2010 PubMed数据、中国知网及万方数据库有关组织工程髓核、组织工程材料及骨髓间充质干细胞治疗腰椎间盘退变方面的文献。 结果与结论：目前常用的细胞支架主要包括胶原支架、琼脂糖支架、藻酸盐支架、聚乙醇酸支架与壳聚糖支架以及复合材料等。通过自体椎间盘细胞或间充质干细胞结合基因技术筛选种子细胞,进行细胞和/或细胞支架复合体移植恢复或再生相关细胞外基质的合成,通过逆转和修复椎间盘细胞病理性改变,为退变的椎间盘组织和功能恢复提供了全新的治疗策略。     

海藻酸钠-明胶共混体系凝胶修复颅骨极限缺损过程中血清无机盐及碱性磷酸酶的变化**

背景：将各种凝胶系统作为支架材料进行骨缺损的修复日益受到重视，同时在骨修复过程中需要选择相对准确又方便的检测方式，以明确体内成骨过程。 目的：观察血清钙、磷和碱性磷酸酶浓度在可注射组织工程骨修复过程中的变化并对其作用进行初步探索。 设计、时间及地点：观察性实验，于2007-10/2008-03在北京世纪坛医院、北京大学医学部组织胚胎学教研室进行。 材料：分离培养兔成骨细胞，并引入海藻酸钠-明胶凝胶中构建细胞/支架材料复合体。 方法：36只新西兰纯种大白兔随机分为实验组、对照组和空白组3组，所有动物颅骨制备直径1.5 cm的极限缺损。1周后实验组在缺损处植入自体细胞/支架材料复合体，对照组植入单纯海藻酸钠-明胶凝胶，空白组不予材料修复。 主要观察指标：苏木精-伊红染色和Mallory三色染色观察观察骨组织的形成修复情况；于不同时间点抽取各组兔静脉血，统一条件下使用生化仪检测血清中钙、磷及碱性磷酸酶水平并做配对比较。 结果：实验组的血清碱性磷酸酶高峰出现得比其他2组早，且其高峰值高于对照组和空白组(P < 0.05)，并维持在一个较高的水平，随着修复的完成逐渐降低，到骨缺损后10周时接近正常值。术后2周，各组血钙均有不同程度升高，而血磷有所降低，但组间无显著性差异；术后4，8周，实验组血钙降低，血磷升高，较其他2组钙、磷沉积高峰提前出现(P < 0.05)。组织学结果也证实了以上各时间段骨愈合情况。 结论：在利用凝胶可注射组织工程骨修复兔颅骨极限骨缺损的过程中，血清钙、磷及碱性磷酸酶活性在不同的阶段有所差异, 可以反映体内成骨过程，并且可能在骨缺损的修复与成骨这一过程中参与调节作用。