增强型生物活性玻璃-胶原复合支架材料的成骨效能研究

目的 探讨增强型生物活性玻璃-胶原复合支架材料的体内外成骨效能.方法取第3代BMSCs种植于支架材料(支架组),以等量细胞常规培养作为非支架组,培养1、3、5、7、9、11 d采用阿尔玛蓝法动态检测细胞的增殖率.取第3代BMSCs种植于支架材料(体外实验组),以等量细胞常规培养作为体外对照组,培养4、7 d采用实时定量逆转录聚合酶链式反应(qRT-PCR)检测细胞骨形态发生蛋白-2(BMP-2)、碱性磷酸酶(ALP)、Ⅰ型胶原的mRNA表达.裸鼠皮下植入复合成骨样细胞的支架材料(体内实验组),取正常骨组织作为体内对照组,6周后以X线片、qRT-PCR、绀织学染色评估成骨情况.结果培养7～11 d支架组细胞增殖率显著高于非支架组,差异均有统计学意义(P<0.05).体外实验组培养7 d BMP-2、ALP、Ⅰ型胶原的mRNA表达显著高于体外对照组,差异均有统计学意义(P<0.05).体内实验组X线片示植入区域有密度增高影,支架材料形成白色硬性组织;BMP-2、Ⅰ型胶原、骨钙素、骨桥蛋白的mRNA表达较体内埘照组均增高,差异有统计学意义(P<0.05);组织学染色示支架材料大部分降解,新生骨形成明显.结论增强型生物活性玻璃-胶原复合支架材料具有良好的生物相容性,体内外均具有成骨效应.

Abstract：

Objective To study the in vivo and vitro biocompatibility and osteogenetic capacity of enhanced bioactive glass/collagen composite scaffold. Methods Bone marrow stromal cells(BMSCs)were collected and induced to osteoblast-like cells.The growth rate of BMSCs was detected and compared progressively through Alamar Blue.The RNAs of the cells were collected and detected for bone morphogenetic protein-2(BMP-2),alkaline phosphatase(ALP),collagen Ⅰ(Col-Ⅰ)through qRT-PCR on the fourth and seventh days.Scaffolds with induced osteoblasts were embedded into 3 nude mice subcutaneously in vivo and detected after 6 weeks.X-ray,qRT-PCR and tissue staining were used to detect the mRNA expressions of BMP-2,Col Ⅰ,osteocalcin(OCN)and ostcopontin(OPN)and bone formation. Results SEM(scanning electronic microscopy)showed BMSCs attached to the scaffold tightly and viably and proliferated actively on the scaffold.The growth rate in the experimental group was significantly higher after 7 days(P<0.05)than in the control group.qRT-PCR showed that the mRNA expressions of BMP-2,ALP and Col-Ⅰ in the experimental group were significantly higher than in the control group on the seventh day(P<0.05).X-ray showed that the dense images of embedded scaffolds were locally similar to those of normal bone after 6 weeks.qRT-PCR showed that the mRNA expressions of BMP-2,Col Ⅰ,OCN and OPN in the experimental group were significantly higher than those of normal bone(P<0.05).HE and Massort staining of the paraffin sections showed the scaffolds degraded generally and osteoblasts and chondrocytes proliferated abundantly and distributed irregularly.Bone formation could be observed obviously. Conclusion Enhanced bioactive glass/collagen composite scaffolds have good biocompatibility and osteogenetic capacity in vitro and vivo.     

组织工程中胶原支架材料的研究进展

组织工程是应用工程学、生命科学的原理和方法来制备具有生物活性的人工替代物,用以维持、恢复或提高人体组织、器官的一部分或全部功能。组织工程的研究主要集中在种子细胞的选择、支架材料的制备、组织工程骨的构建及体内植入相容性情况等方面。其中生物支架材料的选择是组织、器官重建的关键因素之一。理想的细胞种植基质材料应具备：①良好的     

胶原-壳聚糖/胶原-纳米羟基磷灰石仿生支架材料的制备及其生物相容性检测

目的制备胶原-壳聚糖/胶原-纳米羟基磷灰石(collagen-chitosan/nano-hydroxyapatite-collagen-polylactic acid,Col-CS/nHAC-PLA)仿生支架材料,检测生物相容性,为其在骨软骨缺损修复中的应用奠定基础。方法以1,4二氧六环为溶剂,按8%质量浓度加入PLA和等量nHAC溶解,制备nHAC-PLA;用2%醋酸溶液配制浓度为2%的CS纯溶液及1%的Col纯溶液,以质量比(M/M)20∶1混合,倒入含nHAC-PLA的模具中,冷冻干燥成形制备Col-CS/nHAC-PLA仿生支架。行急性全身毒性实验、皮内刺激实验、热源实验、溶血实验、体外细胞毒实验、骨植入实验,评价其生物相容性。结果 Col-CS/nHAC-PLA仿生支架无急性全身毒性;皮内刺激实验示原发刺激指数为0分,为极轻微刺激;热原实验示3只实验动物体温升高均<0.6℃,体温升高总和<1.3℃,符合规定标准;溶血实验示平均溶血率为1.38%,符合≤5%标准。体外细胞毒性实验示材料浸提液不影响兔BMSCs增殖,毒性分级为Ⅰ级。骨植入实验显示支架材料与周边组织相容性好。结论 Col-CS/nHAC-PLA仿生支架材料具有良好生物相容性,有望成为较理想的组织工程骨软骨支架。     

应用胶原支架构建组织工程心脏瓣膜的初步研究

目的 探讨应用胶原支架构建组织工程心脏瓣膜的可行性。方法 行兔皮下包埋实验。分别于4、6、8、12周观察材料的生物相容性和降解率。将犬主动脉壁间质细胞和主动脉内皮细胞种植于胶原膜上，进而将此瓣叶植入犬腹主动脉内3个月，观察材料吸收和瓣叶结构的变化。结果 胶原膜呈网孔状结构，孔径107μm。皮下包埋实验显示，材料生物相容性好，完全降解时间为12周。体内实验显示，材料于12周末被间质细胞合成的细胞外基质所取代，瓣叶表面有内皮细胞覆盖。结论 以胶原膜为支架构建组织工程心脏瓣膜是可行的，但材料在强度和组织相容性方面尚需改进。     

符合骨支架材料条件的陶瓷化骨的制备和性能研究

目的:研究不同条件所形成的陶瓷化骨的理化性能,探讨合适的条件以使获得的陶瓷化骨满足骨支架材料所需的条件。并进一步探讨其生物学性能及细胞相容性。方法:不同预处理的猪肋骨进行分组,再经不同煅烧温度及时间处理得到多种陶瓷化骨;测定其理化性能和生物相容性。将小鼠间充质干细胞分别接种于单纯陶瓷化骨、Ⅰ型胶原改性的陶瓷化骨表面共培养,观察细胞在载体上的粘附生长情况。结果:各种处理所得到的陶瓷化骨主要成份均为羟基磷灰石;900℃煅烧2h以上条件所得陶瓷化骨有较高抗压强度,有良好的生物相容性和细胞相容性。胶原表面改性后的煅烧骨上细胞增殖较快。结论:不需通过预处理900℃煅烧2h以上条件所得的陶瓷化骨有较高抗压强度,有良好的生物相容性和细胞相容性,胶原改性后更有利于细胞的粘附和增殖,有望成为骨组织工程研究中理想的支架材料。     

增强型生物活性玻璃/胶原复合材料的促血管化作用

目的骨组织工程所使用的支架材料能否快速、有效地血管化是骨修复的关键。研究增强型生物活性玻璃/胶原复合材料对血管化的协同和促进作用,为构建血管化组织工程骨修复骨缺损寻找适宜的支架材料。方法体外分离获取人脐静脉内皮细胞(human umbilical vein endothelial cells,HUVECs),并通过血管性血友病因子(von Willebrand factor,vWF)与CD34抗原鉴定,取第1代细胞用于实验。将细胞接种于增强型生物活性玻璃/胶原复合材料上,扫描电镜观察细胞黏附情况。取细胞接种于增强型生物活性玻璃/胶原复合材料作为实验组,等量细胞直接接种于培养板常规培养作为对照组,采用alarmarBlue法动态检测细胞增殖率,实时荧光定量PCR检测内皮细胞相关基因VEGF、血管内皮生长因子受体1(fms-related tyrosine kinase1,Flt-1)、血管内皮生长因子受体2(kinase insert domain receptor,Kdr)的mRNA表达。取SD大鼠6只,将支架材料包埋于大鼠股内侧皮下,实验组采用增强型生物活性玻璃/胶原复合材料、中央轴向植入血管束,对照组采用非增强型生物活性玻璃/胶原复合材料,分别于植入5、10d取出,行冰冻切片并HE染色动态观察支架材料内部的血管化状态。结果分离的细胞通过形态学及vWF、CD34免疫荧光鉴定为HU VECs。扫描电镜示HUVECs在支架材料上黏附较好。HUVECs在实验组支架材料上增殖明显,在第3天后细胞增殖率开始高于对照组,11d达到增殖平台期时细胞数仍多于对照组(P<0.05)。实时荧光定量PCR检测示,培养3d实验组VEGF、Flt-1、Kdr的mRNA表达均显著高于对照组(P<0.05)。包埋大鼠皮下实验可见,实验组5、10d时植入的血管仍通畅,其周围新生血管随时间延长而增多,材料周缘可见宿主血管浸润生长,但新生血管稀疏;对照组仅有纤维组织生长,10d时材料已大部分降解,组织难以长入。结论增强型生物活性玻璃/胶原复合材料在大鼠体内外可促进血管化,可能适于作为构建血管化组织工程骨的支架材料。     

生物衍生骨支架材料的组织相容性研究

目的 了解不同处理方法制得的3种生物衍生骨支架材料的组织相容性。方法 将物理化学方法处理制得的复合型完全脱蛋白骨（composite fully deproteinized bone,CFDB)、部分脱蛋白骨（partially deproteinized bone,PDPB)、部分脱钙骨（partially decalcified bone,PDCB)3种材料各10块分别植入兔肌肉内及骨膜下，进行一般观察、血清抗体检测、局部细胞免疫评估、常规HE染色，观测3种材料对机体的毒性作用、免疫效应及骨膜成骨的影响。结果 3种材料均无毒性作用，且能引导周围组织长入材料内；3种材料对骨膜成骨无不良影响，且能促进骨膜形成的软骨或类骨组织钙化形成新骨，并有一定的骨结合能力；3种材料引起机体免疫反应强弱为：PDCB＞PDPB＞CFDB。结论 CFDB、PDPB、PDCB3种天然生物衍生骨材料皆有良好的生物相容性。     

聚乳酸-羟基乙酸胶原膜生物相容性的实验研究

目的　评价海绵状聚乳酸 羟基乙酸 (PLGA)胶原膜作为真皮支架材料的生物相容性。　方法　利用SD大鼠和培养的人表皮细胞、成纤维细胞 ,观察PLGA胶原膜在体内的降解过程和在体外的细胞毒性、溶血性以及与人体细胞的亲和性。　结果　PLGA胶原膜在体内具有适当的降解速率 ,9周可完全降解 ;置入皮下 3周后可见血管化 ,新生组织不断长入 ,未见明显的炎症反应。浸泡液对培养细胞没有明显的毒性作用 ,不发生溶血反应。成纤维细胞和表皮细胞在PLGA胶原膜上可快速黏附、增殖。　结论　PLGA胶原膜具有良好的生物相容性和细胞亲和性 ,具有适当的降解速率 ,符合作为组织工程支架材料的要求     

牛肌腱复合胶原与人牙周膜成纤维细胞培养的实验研究

目的　观察牛肌腱复合胶原三维支架材料 (tendon mixed extraction of bovine collagen,t MEBC)与人牙周膜成纤维细胞的生物相容性 ,探讨其应用于牙周组织工程的可行性。　方法　胎牛肌腱经脱细胞、冷冻 -干燥方法构建复合胶原三维支架载体 ,取 4～ 6代人牙周膜成纤维细胞 (human periodontal ligament fibroblasts,HPDL Fs) ,接种浓度 5× 10 6 / ml与 t MEBC复合材料共培养 ,于培养第 1、3、5及 10天 ,细胞计数法了解细胞附着及增殖情况 ;培养第 5、10天 HE染色、扫描电镜行形态学观察。　结果　 t MEBC具有良好的多孔网状结构 ,HPDL Fs黏附良好 ,复合培养 1d细胞密度达 0 .5 5 6× 10 4 / ml,随培养时间延长细胞增殖明显 ,培养第 10天细胞密度达 3.94 4× 10 4 / ml;组织学检测显示细胞均匀分布于材料内部 ,形成良好的细胞材料复合体。　结论　 t MEBC具有良好的生物相容性 ,可作为支架材料复合HPDL Fs应用于牙周组织工程研究。     

两种支架材料与颌下腺细胞体外复合培养的比较研究

目的将颌下腺细胞分别与颌下腺脱细胞基质(SGAM)生物衍生材料及胶原海绵体外复合培养,比较两种不同支架材料的生物相容性。方法用传代培养第2代的颌下腺细胞分别与SGAM生物衍生材料及胶原海绵体外复合培养,在一定时间通过扫描电镜观察细胞在不同支架材料上的生长情况。结果颌下腺细胞在SGAM生物衍生支架材料上,多数附着在支架材料的孔隙内或其边缘,数量较多,大小不等,形态各异,表面凸凹不平,突起丰富;表面结构似“银耳”状。而细胞在胶原海绵支架材料上大多附着在材料表面,数量较少,突起较少。结论颌下腺脱细胞基质支架材料与胶原海绵支架材料相比具有良好的生物相容性,是一种较为理想的颌下腺组织工程用支架材料。     

胶原复合支架在血管组织工程中的应用

目的综述胶原与可降解高分子材料复合支架在血管组织工程中的应用,介绍近年来基于胶原材料制备的多层血管支架。方法查阅近年来胶原复合支架作为组织工程血管支架材料的相关文献,并进行综述。结果作为天然血管的结构蛋白之一,胶原因其良好的组织相容性、可降解性以及具有细胞识别信号等特点,广泛应用于血管组织工程。胶原复合高分子材料可制备具生物活性、力学性能良好的血管支架,其中多层血管支架更可在结构和功能上模拟天然血管。结论胶原复合高分子材料是目前血管支架研究的热点,其中多层血管支架已成为研究的新趋势。     

胶原/羟基磷灰石骨软骨一体化支架的生物学特性研究

[目的]对体外条件下胶原/羟基磷灰石一体化复合材料的生物学特性进行评价,探讨其作为骨软骨组织工程支架的可行性。[方法]以胶原和羟基磷灰石为原料,研制出由胶原逐层过渡到羟基磷灰石为主的一体化支架材料,其软骨层主要成分为胶原,骨层主要成分为羟基磷灰石。通过扫描电镜观察材料内部结构及孔径大小,液体位移法测定材料的孔隙率。将材料与兔骨髓基质细胞复合培养,MTT法测定细胞的生长曲线,扫描电镜观察细胞在材料上的生长粘附情况。[结果]胶原/羟基磷灰石一体化复合支架具有疏松多孔结构,其中软骨层孔径大小(90±15)μm,骨层孔径大小(120±20)μm,孔隙率(75±5.0)%。细胞在材料上生长良好。[结论]胶原/羟基磷灰石一体化复合材料具有适宜的孔隙结构和良好的生物相容性,可用作骨软骨组织工程支架材料。     

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.     

生物活性玻璃陶瓷对成骨细胞影响的体外实验研究

目的：探讨生物活性玻璃作为成骨细胞培养支架的可行性，为骨组织工程寻找一种良好的细胞载体。方法：采用骨膜源性成骨细胞与生物活性玻璃陶瓷体外复合培养，通过光镜、电镜、上清液ALP测定及流式细胞仪观察及检测生物活性玻璃陶瓷对成骨细胞生物学性状的影响。结果：成骨细胞在生物活性玻璃陶瓷的表面及空隙内生长状态良好，上清液ALP测定值及细胞凋亡率(Ap)两组对照无显著性差异。结论：生物活性玻璃陶瓷具有良好的生物相容性、生物活性和成骨作用，可以成为骨组织工程中一种新型的细胞支架材料。     

羟基磷灰石/聚乳酸人工骨修复材料的研究进展

羟基磷灰石/聚乳酸（HA/PLA）是一种极具发展前景的人工骨修复材料,该文简要介绍HA/PLA复合材料的优点、制备、界面组织结构以及相关实验研究等最新进展。     

Fabrication of biologically inspired electrospun collagen/silk fibroin/bioactive glass composited nanofibrous to accelerate the treatment efficiency of wound repair

A triple-layer matrix Collagen/Silk fibroin/Bioactive glass composited Nanofibrous was fabricated by linking electrospinning and freeze-drying systems, this typical three layered composite with a nanofibrous fragment as the key (top) layer, middle portion as inferior, and a spongy porous fragment as the third (bottom) deposit to develop the synergistic effect of composite materials resultant to physical and biological performances. Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and scanning electron microscopy were used to assess the final material's physicochemical properties (SEM). The triple-layer matrix had a nanofibrous and porous structure, which has qualities including high porosity, swelling, and stability, which are important in soft-tissue engineering. NIH 3 T3 fibroblast and humanoid keratinocyte (HaCaT) cell lines were also used to investigate the matrix's in vitro biological and fluorescent capabilities, which showed excellent cell adherence and proliferation across the composite layers. The synergistic arrangement of nanofibrous substantial deposition onto collagenous with silk fibroin candidates has therefore proven effective in the construction of a tri-layer matrix for skin-tissue-engineering applications.     

Evaluation of biocompatibility of a pectin/polyvinyl alcohol composite hydrogel as a new nucleus material

Objective: To evaluate the biocompatibility of a new kind of prosthetic nucleus: a pectin/polyvinyl alcohol composite (CoPP) hydrogel. Methods: According to Chinese national standard GB/‐T16886 documents, the toxicity of the CoPP prosthetic nucleus material was examined by cytotoxicity, sensitization, Ames, mice marrow micronucleus, chromosome aberration test of mammalian cell and implantation tests. Results: Cell growth was similar in the CoPP culture and control groups. No significant difference was found between the CoPP culture and control groups at each time point (P > 0.05). The cell proliferation rate was greater than 100%. In accordance with the relationship between cytotoxicity to proliferation rate, it was confirmed that the cytotoxicity of CoPP was 0 grade. Mice had no allergic reaction when injected with an extract of CoPP. A reverse mutation test with Salmonella typhimurium showed that no significant effect on the number of histidine revertants of TA97, TA98, TA100 and TA102 strains after CoPP was added. The micronucleus rate in bone marrow cells was less than 5%; there was no significant difference compared with the negative control group (P > 0.05). The rate of chromosome aberration was less than 5%; no significant difference was found between the CoPP culture and the control groups. All experimental animal wounds achieved primary healing without exudation, infection or sinus formation. On macroscopic observation, no abscess or hematoma formed at the implantation site. Conclusion: The CoPP prosthetic nucleus has good biocompatibility and can potentially be used as an implant material.     

应用活性玻璃/rhBMP2构建生物活性材料支架的相容性研究

[目的]观察BG／rhBMP2构建的三维立体材料支架的细胞相容性、组织相容性，为进一步改善材料性能提供依据。[方法]体外培养的兔成骨细胞分别与BG和BG／rhBMP2材料支架联合培养，倒置显微镜、扫描电镜观察细胞黏附情况，MTT法分析细胞增殖情况；将复合培养的两种支架材料植入兔肌袋中，同期观察复合材料及空白对照组，分别于术后2、4、8、12周来评价其组织相容性。[结果]MTT法结果显示：随着培养时间的延长，各组细胞数量都明显增加，各时间点复合材料支架组细胞数高于空白对照组，差异有显著性意义，复合材料支架BG／rhBMP2在细胞贴壁时间和细胞活性方面均较单纯支架优良；两种支架材料在体内均无明显炎症反应。[结论]BG／rhBMP2是一种具有良好生物相容性的支架材料，有望在骨组织工程中得到广泛应用。