医用生物材料——骨组织界面研究

已有一系列医用生物材料应用于骨科临床治疗和基础研究体系，材料的生物相容性和物理相容性是应用的最关键内容，而材料－骨组织界面这一相互作用最活跃的部位最能体现二者的程度。本文就界面研究的方法学、影响因素及应用指导意义作一综述。     

磷酸钙的固有骨诱导性及其应用

BACKGROUND: With good biocompatibility, osteoconduction and biodegradability, calcium phosphate ceramics is considered as a substitute of autologous bone; furthermore, it also has the potentiel of osteoinduction after structure optimization.     

骨移植材料及其传导机理

骨移植材料起到了骨传导的作用。骨传导作用与三维材料的结构、化学特性有关。多孔珊瑚陶瓷、羟基磷灰石颗粒、羟基磷灰石－胶原复合物以及金属和生物可降解聚合物都具有骨传导特性。同时模仿骨的结构和组成设计骨移植材料,可得到最佳的传导特性。钙盐和胶原的引入能增强新骨在移植材料中的形成。     

异种煅烧骨材料的研究进展

煅烧骨是一种以羟基磷灰石为主要成分，拥有天然骨结构和形态的生物材料。它所具有的天然的多孔结构以及孔隙大小适合肉芽组织长入和骨、软骨组织的分化形成，并可被机体吸收降解，是一种理想的骨缺损修复材料。本就近年来有关煅烧骨的理化性质，生物相容性，以及煅烧骨同锌离子、成骨细胞、BMP等的复合材料的基础研究进行了综述。     

聚乳酸及其复合材料的性能研究

作者以ZnO为催化剂研制了聚乳酸,测定聚乳酸的力学性能和在磷酸盐缓冲液中的降解性能,以及聚乳酸和羟基磷灰石复合材料的力学性能。了解其用作医用内固定材料和“人工骨”的可行性。     

多孔材料应用在组织工程中的现状及前景CSCD

背景:近年来多孔材料体内植入的基础研究和临床应用均展示了良好的应用前景。目的:回顾近10年来组织工程多孔材料的基础与临床研究进展,总结存在的问题并展望未来。方法:由作者检索PubMed数据库和中国知网数据库获得文献,英文检索词为porous material,bone implantation",中文检索词为"多孔材料,骨移植"。纳入用于体内外及临床研究的多孔材料及其复合材料,以及与骨缺损修复或骨组织工程密切相关的多孔材料。结果与结论:目前研究较多的多孔材料有羟基磷灰石、钛及其合金、聚乙烯、磷酸钙类等,从大量的体内外实验结果来看,多孔材料展示了其良好的组织相容性和骨诱导特性,但有利于组织最快和最有效长入的孔隙尺寸尚无统一的标准,不规则异形多孔材料的孔隙率怎样获得和控制,材料的弹性模量如何调控,以及如何获得材料100%的有效孔隙率等问题尚未有明确的标准答案,另外临床应用过程中发生的炎症和暴露等并发症的问题是否与前述问题相关还无法确定。     

复合富血小板血浆珊瑚骨修复下颌骨缺损

BACKGROUND: Platelet rich plasma contains various growth factors, such as platelet-derived growth factor, metastatic growth factor, insulin-like growth factor, epidermal growth factor as well as vascular endothelial growth factor. Therefore, it can directly or indirectly promote cell differentiation and proliferation in different stages of bone regeneration.     

微晶玻璃人工骨材料的研究

本文描述了一种新型微晶玻璃人工骨材料的制备方法。一系列的试验表明新材料具有良好的力学性能及生物活性。采用扫描电镜及电子探针等分析技术研究了材料与骨结合界面的结构。新材料适合作为各种复杂形状的人工骨材料。     

骨修复材料的研究进展

由于自体骨和异体骨移植治疗骨缺损存在许多不可避免的问题,所以,人们开始研制人工骨修复材料。本文综述了生物陶瓷、胶原、脱钙骨、合成聚合物等骨修复材料的研究和应用现状。作者认为,将几类生物材料复合加工,研制出类似于人体骨组织的材料,将是今后骨修复瓣发展趋。     

利用水凝胶设计组织再生微环境

水凝胶如何为细胞、组织的生长提供三维微环境已成为组织工程和再生医学领域的研究热点,生物活性分子修饰获得的智能水凝胶是能够促进组织再生的重要生物材料。根据水凝胶的来源,可将其分为天然和合成水凝胶两种类型。水凝胶的设计策略主要包括凝胶降解敏感位点的设计、生物黏附性的获得、生长因子和细胞因子对凝胶的修饰以及再生组织的血管重建。此外,本文以智能水凝胶在软骨组织工程、神经组织工程等方面的应用为例,阐述了水凝胶在组织工程和再生医学领域的突出研究进展。     

智能水凝胶在组织工程中的应用

背景：与传统水凝胶相比,智能水凝胶能够对外界刺激诸如温度、pH值、光、磁场等作出不同的应答表现,产生二级结构甚至化学结构的变化,自发组装形成有序的超分子结构,最终形成具有三维结构的凝胶。 目的：综述智能水凝胶的研究现状及其在组织工程的应用。 方法：应用计算机检索中国知网及PubMed 数据库从建库至2014年有关智能水凝胶在组织工程中应用的文献,检索关键词为“水凝胶,组织工程学,hydrogel,Tissue engineering”。 结果与结论：智能水凝胶中包括温度敏感性、pH敏感性、光敏感性、磁敏感性及温度/pH双重敏感性水凝胶,其对于外界环境变化能自动感知并能作出响应性的反应,在药物递送系统、药物释放,修复和改善缺损组织等领域表现出一系列传统材料所没有的突出性能,尤其是在组织工程方面表现出相当的优越性：低免疫原性,减少了炎症和排斥作用;具备生物可降解性;能真正在三维尺度上模拟细胞所处微环境,从而利于细胞黏附、生长、迁移及分化等。中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料;骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性;组织工程全文链接：     

脱细胞基质水凝胶促组织再生的研究进展

脱细胞基质水凝胶是组织或器官通过物理、化学和酶解等手段去除其细胞的内容物,只保留细胞骨架结构和细胞外基质等成分,以实现促细胞黏附、增殖和分化并为其生长创造良好微环境的天然高分子生物材料。近年来,由于其良好的细胞相容性、生物可降解性和诱导组织再生能力,脱细胞基质水凝胶在组织修复、再生医学领域备受关注。首先,介绍该水凝胶的基本特点和材料特性,包括其内部的组成成分和结构、组织特异性以及潜在的免疫排斥反应;然后,从细胞水平的培养、临床前的研究和临床上的应用等三方面,重点阐述脱细胞基质水凝胶在组织工程学中的研究应用;最后,展望脱细胞基质材料运用的优势和需要克服的缺陷。总之,作为构建工程化组织以及修复组织缺损的新型生物活性材料,脱细胞基质水凝胶具有广阔的应用前景。     

水凝胶材料和间充质干细胞在组织工程中的应用进展

随着组织工程学的发展, 人们越来越关注将水凝胶作为支架材料并与细胞3D培养相结合用于组织器官再生与修复。水凝胶由亲水性聚合物、共聚物或可以形成大分子链的单体大分子交联而成, 可吸收大量水分并保持3D结构, 具有良好的生物相容性、可包埋细胞和有效的递送生物活性分子等特点, 因而被广泛用于生物医药领域的药物输送和组织工程等领域。间充质干细胞可以从骨髓、脂肪、脐带等多种组织中获取, 具有低免疫原性及多向分化潜能, 是细胞3D培养以及细胞治疗的首选。目前间充质干细胞主要是2D培养模式, 该培养模式下的间充质干细胞繁殖率低, 且无法模拟体内的生长环境。水凝胶材料作为3D细胞培养支架具有良好的相容性, 可以模拟体内的生长环境, 在修复受损软骨、骨、皮肤和心脏等组织中有巨大潜力。概述水凝胶、间充质干细胞以及间充质干细胞和水凝胶材料在组织工程中的应用, 展示水凝胶材料与间充质干细胞的3D培养在不同组织再生和修复中的发展趋势和可能性, 以期为后续水凝胶和干细胞的深入应用研究提供参考。     

Hydrogels as extracellular matrices for skeletal tissue engineering: state-of-the-art and novel application in organ printing

Organ printing, a novel approach in tissue engineering, applies layered computer-driven deposition of cells and gels to create complex 3-dimensional cell-laden structures. It shows great promise in regenerative medicine, because it may help to solve the problem of limited donor grafts for tissue and organ repair. The technique enables anatomical cell arrangement using incorporation of cells and growth factors at predefined locations in the printed hydrogel scaffolds. This way, 3-dimensional biological structures, such as blood vessels, are already constructed. Organ printing is developing fast, and there are exciting new possibilities in this area. Hydrogels are highly hydrated polymer networks used as scaffolding materials in organ printing. These hydrogel matrices are natural or synthetic polymers that provide a supportive environment for cells to attach to and proliferate and differentiate in. Successful cell embedding requires hydrogels that are complemented with biomimetic and extracellular matrix components, to provide biological cues to elicit specific cellular responses and direct new tissue formation. This review surveys the use of hydrogels in organ printing and provides an evaluation of the recent advances in the development of hydrogels that are promising for use in skeletal regenerative medicine. Special emphasis is put on survival, proliferation and differentiation of skeletal connective tissue cells inside various hydrogel matrices.     

凝胶材料制备方法及其反应动力学的研究进展

部分水凝胶材料具有良好的生物相容性、低细胞毒性和生物可降解性,广泛应用于组织工程和生物医药等领域,其中采用天然高分子明胶、壳聚糖和海藻酸钠制备复合凝胶材料,负载骨髓间充质干细胞用于修复和治疗骨缺损成为近年来的研究热点之一。因为水凝胶材料抗张强度低和化学稳定性差,所以研究凝胶反应机理和凝胶反应动力学对提高水凝胶的性能具有重要意义。本文总结了明胶、壳聚糖和海藻酸钠凝胶材料的制备方法和凝胶反应机理,比较了不同凝胶反应动力学研究方法,介绍凝胶复合材料在骨修复中的应用,为天然高分子凝胶材料的分子设计和临床应用提供思路。     

注射型组织再生支架的研究进展

在组织修复与再生中,可注射型支架具有微创的优点,并能够为细胞的增殖与分化提供更接近于天然细胞外基质的化学与物理环境。因此,相比于传统的硬支架具有更大的优势,是细胞支架的一个重要组成部分与发展方向。目前,可注射型支架材料是以水凝胶为基础,包括温敏型水凝胶、交联型水凝胶和以水凝胶为载体的混合物。这类支架已被广泛地用于骨和软骨的修复。这些支架在体内实验中表现出良好的生物和细胞相容性,能够促进组织的形成。本文综述了可注射型组织再生支架近年来的发展动向,分析了各类可注射支架的优缺点。     

Evaluation of skeletal tissue repair,Part 1: Assessment of novel growth-factor-releasing hydrogels in an ex vivo chick femur defect model

Current clinical treatments for skeletal conditions resulting in large-scale bone loss include autograft or allograft, both of which have limited effectiveness. In seeking to address bone regeneration, several tissue engineering strategies have come to the fore, including the development of growth factor releasing technologies and appropriate animal models to evaluate repair. Ex vivo models represent a promising alternative to simple in vitro systems or complex, ethically challenging in vivo models. We have developed an ex vivo culture system of whole embryonic chick femora, adapted in this study as a critical size defect model to investigate the effects of novel bone extracellular matrix (bECM) hydrogel scaffolds containing spatio-temporal growth factor-releasing microparticles and skeletal stem cells on bone regeneration, to develop a viable alternative treatment for skeletal degeneration. Alginate/bECM hydrogels combined with poly (d,l-lactic-co-glycolic acid) (P_DLLGA)/triblock copolymer (10–30% P_DLLGA–PEG–P_DLLGA) microparticles releasing VEGF, TGF-β3 or BMP-2 were placed, with human adult Stro-1+ bone marrow stromal cells, into 2 mm central segmental defects in embryonic chick femurs. Alginate/bECM hydrogels loaded with HSA/VEGF or HSA/TGF-β3 demonstrated a cartilage-like phenotype, with minimal collagen I deposition, comparable to HSA-only control hydrogels. The addition of BMP-2 releasing microparticles resulted in enhanced structured bone matrix formation, evidenced by increased Sirius red-stained matrix and collagen expression within hydrogels. This study demonstrates delivery of bioactive growth factors from a novel alginate/bECM hydrogel to augment skeletal tissue formation and the use of an organotypic chick femur defect culture system as a high-throughput test model for scaffold/cell/growth factor therapies for regenerative medicine.     

脂肪干细胞和生物支架应用于牙槽骨修复

背景：各种生理或病理因素导致的牙槽骨的吸收、缺损是口腔临床医学中的常见问题,但目前较常用的修复缺损牙槽骨的方法不能完全满足临床需要。骨组织工程的出现成为修复骨缺损的研究热点。  目的：就脂肪干细胞的来源和应用价值、生物支架的种类及特性、生物支架对种子细胞的影响及脂肪干细胞复合支架用于动物实验的研究等方面作一总结。 方法：应用计算机检索CNKI和Pubmed数据库中1995年1月至2013年4月关于脂肪干细胞、生物支架及骨修复的文章,在标题和摘要中以“脂肪干细胞,分化、增殖和成骨生物支架,牙槽骨,骨组织工程”或“Adipose stem cells,Differentiation、proliferation and Osteogenesis,Biological scaffold,alveolar bone,bone tissue engineering”为检索词进行检索。选择文章内容与脂肪干细胞和生物支架应用于修复骨缺损有关者,同一领域文献则选择近期发表或发表在权威杂志文章。初检得到163篇文献,根据纳入标准选择关于脂肪干细胞和生物支架应用于修复骨缺损的40篇文献进行综述。 结果与结论：脂肪干细胞具有与骨髓基质干细胞相似的分化潜能,因其来源广、易采集、易培养低衰老,成骨分化好和风险小等特点被广泛关注,尤其和生物支架应用于骨修复表现出更好的成骨效果。随着有关各科学的发展牙槽骨缺损的修复有关问题都可以解决,脂肪干细胞和生物支架构建工程骨将是实现真正意义上牙槽骨再生的发展趋势且具有良好的发展前景。中国组织工程研究杂志出版内容重点：干细胞;骨髓干细胞;造血干细胞;脂肪干细胞;肿瘤干细胞;胚胎干细胞;脐带脐血干细胞;干细胞诱导;干细胞分化;组织工程全文链接：     

Cholesteryl group- and acryloyl group-bearing pullulan nanogel to deliver BMP2 and FGF18 for bone tissue engineering

To create a drug delivery system that allows the controlled release of proteins, such as growth factors, over a long-term period, cholesteryl group- and acryloyl group-bearing pullulan (CHPOA) nanogels were aggregated to form fast-degradable hydrogels (CHPOA/hydrogels) by cross-linking with thiol-bearing polyethylene glycol. The gold standard of clinical bone reconstruction therapy with a physiologically active material is treatment with recombinant human bone morphogenetic protein 2 (BMP2); however, this approach has limitations, such as inflammation, poor cost-efficiency, and varying interindividual susceptibility. In this study, two distinct growth factors, BMP2 and recombinant human fibroblast growth factor 18 (FGF18), were applied to a critical-size skull bone defect for bone repair by the CHPOA/hydrogel system. The CHPOA-FGF18/hydrogel displayed identical results to the control CHPOA-PBS/hydrogel, and the CHPOA-BMP2/hydrogel treatment imperfectly induced bone repair. By contrast, the CHPOA-FGF18?+?BMP2/hydrogel treatment strongly enhanced and stabilized the BMP2-dependent bone repair, inducing osteoprogenitor cell infiltration inside and around the hydrogel. This report indicates that the CHPOA/hydrogel system can successfully deliver two different proteins to the bone defect to induce effective bone repair. The combination of the CHPOA/hydrogel system with the growth factors FGF18 and BMP2 might be a step towards efficient bone tissue engineering.