新型多孔β-磷酸三钙作为骨组织工程支架材料的评价

背景: 新型多孔β-磷酸三钙是采用适当配方和独特工艺制成,其气孔率(75±10)%,球型孔>80%,微孔<20%,孔与孔的沟通率达100%,力学强度>2MPa.目的: 评价新型多孔β-磷酸三钙作为骨组织工程支架材料的应用效果.设计、时间及地点: 对比观察实验,于200-07/2006-03在南方医科大学组织工程实验室完成.材料: 6月龄新西兰大白兔12只,制备左侧桡骨1.5cm大段骨与骨膜缺损.多孔β-磷酸三钙为法国bio-lu公司产品.方法: 将兔骨髓间充质干细胞诱导为成骨细胞,与β-磷酸三钙复合培养,倒置相差显微镜和扫描电镜下观察细胞的生长情况,MTT法测定细胞增殖情况判断其细胞相容性.通过不同含量的β-磷酸三钙浸提液对细胞增殖的影响检验其细胞毒性.主要观察指标: 对β-磷酸三钙进行细胞相容性与细胞毒性检测.术后2,6,12周分别取材进行组织学检查,放射性核素骨扫描测定,X射线片检查,观察骨缺损部位的修复情况.结果: 新型多孔β-磷酸三钙细胞黏附性好,细胞毒性为0级.组织学、影像学和放射性核素骨扫描显示能够修复兔桡骨的大段骨缺损,且体内降解速率与骨的形成速率一致.结论: 新型多孔β-磷酸三钙是一种细胞相容性好的骨组织工程支架材料,修复兔桡骨大段骨缺损的效果良好.     

An antibacterial and injectable calcium phosphate scaffold delivering human periodontal ligament stem cells for bone tissue engineering

Osteomyelitis and post-operative infections are major problems in orthopedic, dental and craniofacial surgeries. It is highly desirable for a tissue engineering construct to kill bacteria, while simultaneously delivering stem cells and enhancing cell function and tissue regeneration. The objectives of this study were to: (1) develop a novel injectable calcium phosphate cement (CPC) scaffold containing antibiotic ornidazole (ORZ) while encapsulating human periodontal ligament stem cells (hPDLSCs), and (2) investigate the inhibition efficacy against Staphylococcus aureus (S. aureus) and the promotion of hPDLSC function for osteogenesis for the first time. ORZ was incorporated into a CPC-chitosan scaffold. hPDLSCs were encapsulated in alginate microbeads (denoted hPDLSCbeads). The ORZ-loaded CPCC+hPDLSCbeads scaffold was fully injectable, and had a flexural strength of 3.50 ± 0.92 MPa and an elastic modulus of 1.30 ± 0.45 GPa, matching those of natural cancellous bone. With 6 days of sustained ORZ release, the CPCC+10ORZ (10% ORZ) scaffold had strong antibacterial effects on S. aureus, with an inhibition zone of 12.47 ± 1.01 mm. No colonies were observed in the CPCC+10ORZ group from 3 to 7 days. ORZ-containing scaffolds were biocompatible with hPDLSCs. CPCC+10ORZ+hPDLSCbeads scaffold with osteogenic medium had 2.4-fold increase in alkaline phosphatase (ALP) activity and bone mineral synthesis by hPDLSCs, as compared to the control group (p < 0.05). In conclusion, the novel antibacterial construct with stem cell delivery had injectability, good strength, strong antibacterial effects and biocompatibility, supporting osteogenic differentiation and bone mineral synthesis of hPDLSCs. The injectable and mechanically-strong CPCC+10ORZ+hPDLSCbeads construct has great potential for treating bone infections and promoting bone regeneration.

Osteomyelitis and post-operative infections are major problems in orthopedic, dental and craniofacial surgeries.     

组织工程支架材料三维多孔聚乙烯醇水凝胶的制备

目的:制备组织工程支架材料,使其内部具有三维多孔结构,以种植和培养细胞。方法:利用氯化钠在二甲基亚砜/水溶液中的溶解度很小的特点,在聚乙烯醇的二甲基亚砜/水溶液中加入不同量的氯化钠颗粒,搅拌均匀而后迅速冷冻,待聚乙烯醇的二甲基亚砜/水凝胶形成后,将凝胶置于蒸馏水中1周,从而将该凝胶中的二甲基亚砜置换出并且溶出氯化钠,由此得到具有三维多孔结构的聚乙烯醇水凝胶。结果:①聚乙烯醇水凝胶的力学性能包括断裂强度,断裂伸长率,弹性模量等和制孔前相比基本没有变化,仍然符合作为组织工程支架材料的要求。②干燥速率随着孔隙率的增大先是降低后又上升。③水凝胶内部可以清晰地观察到三维孔隙结构,孔隙的大小符合作为组织工程支架材料的要求。结论:实验经过改进工艺方法,得到了具有三维多孔性的聚乙烯醇复合水凝胶。     

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.     

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。     

A three-dimensional hydroxyapatite/polyacrylonitrile composite scaffold designed for bone tissue engineering

In recent years, various composite scaffolds based on hydroxyapatite have been developed for bone tissue engineering. However, the poor cell survival micro-environment is still the major problem limiting their practical applications in bone repairing and regeneration. In this study, we fabricated a class of fluffy and porous three-dimensional composite fibrous scaffolds consisting of hydroxyapatite and polyacrylonitrile by employing an improved electrospinning technique combined with a bio-mineralization process. The fluffy structure of the hydroxyapatite/polyacrylonitrile composite scaffold ensured the cells would enter the interior of the scaffold and achieve a three-dimensional cell culture. Bone marrow mesenchymal stem cells were seeded into the scaffolds and cultured for 21 days in vitro to evaluate the response of cellular morphology and biochemical activities. The results indicated that the bone marrow mesenchymal stem cells showed higher degrees of growth, osteogenic differentiation and mineralization than those cultured on the two-dimensional hydroxyapatite/polyacrylonitrile composite membranes. The obtained results strongly supported the fact that the novel three-dimensional fluffy hydroxyapatite/polyacrylonitrile composite scaffold had potential application in the field of bone tissue engineering.

A fluffy and porous (3D) HA composite fibrous scaffold was fabricated by employing an improved electrospinning technique combined with a bio-mineralization process.     

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研究现状与应用前景

背景：目前组织工程骨修复骨缺损在临床应用中较为关键的问题是建立血管网,为新骨的形成提供氧气及营养物质,并为机体提供代谢途径。 目的：综述近年组织工程骨支架材料的特点,并着重介绍复合支架材料的研究现状。 方法：以“骨组织工程,血管化,支架材料,复合支架材料”为中文检索词,以“bone tissue engineedng,vascularization,scaffold,compositescaffold”英文检索词,应用计算机在中国期刊全文数据库和PubMed数据库检索2001年1月至2014年1月的相关文章,将所有文章进行初步筛选后,对保留的文章进一步详细分析、归纳并总结。 结果与结论：按照组织工程骨支架材料的来源不同,可将其分为人工合成材料、天然衍生材料和复合支架材料,单一支架材料难以作为最理想的材料修复骨缺损,复合支架材料能在不同程度上弥补单一支架材料的缺陷,因此近年来组织工程支架材料的发展由单一材料发展为复合材料,并呈现人工合成材料与天然材料有机结合的趋势。但复合支架材料在临床应用中仍然有许多尚待解决的问题,主要有控制复合材料比例,使材料降解速率与组织细胞的生长速率相适应,保持复合材料的多孔隙和高机械强度。     

Partially oxidized polyvinyl alcohol as a promising material for tissue engineering

The desired clinical outcome after implantation of engineered tissue substitutes depends strictly on the development of biodegradable scaffolds. In this study we fabricated 1% and 2% oxidized polyvinyl alcohol (PVA) hydrogels, which were considered for the first time for tissue‐engineering applications. The final aim was to promote the protein release capacity and biodegradation rate of the resulting scaffolds in comparison with neat PVA. After physical crosslinking, characterization of specific properties of 1% and 2% oxidized PVA was performed. We demonstrated that mechanical properties, hydrodynamic radius of molecules, thermal characteristics and degree of crystallinity were inversely proportional to the PVA oxidation rate. On the other hand, swelling behaviour and protein release were enhanced, confirming the potential of oxidized PVA as a protein delivery system, besides being highly biodegradable. Twelve weeks after in vivo implantation in mice, the modified hydrogels did not elicit severe inflammatory reactions, showing them to be biocompatible and to degrade faster as the degree of oxidation increased. According to our results, oxidized PVA stands out as a novel biomaterial for tissue engineering that can be used to realize scaffolds with customizable mechanical behaviour, protein‐loading ability and biodegradability. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

纳米羟基磷灰石/聚磷酸钙纤维/聚乳酸骨组织工程复合支架的特性

背景:近年来国内外在骨与软骨组织支架复合材料方面进行了广泛的研究,取得了积极的成果,但仍存在许多问题.目的:观察纳米羟基磷灰石/聚磷酸钙纤维/聚乳酸(HAP/CPP/PLLA)骨组织工程支架复合材料的特性.方法: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出纳米HAP/CPP/PLLA 骨组织工程支架复合材料,测试该支架复合材料的物理力学性能,并用扫描电子显微镜对其微观结构进行观察.结果与结论:结果表明,纳米HAP/CPP/PLLA 支架复合材料具有三维、连通、微孔网状结构,并具有较高的孔隙率和较好的压缩模量,是理想的骨组织工程支架材料.     

骨组织工程支架材料修复骨缺损的特性

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.     

骨组织工程人工合成支架材料的研究现状

骨组织工程支架材料的研究是骨组织工程研究的关键问题之一。骨组织工程支架材料从来源上说可分为天然生物材料和人工合成的生物材料两大类，每类材料又可分为有机材料和无机材料。每种支架材料各有其优缺点，虽然现有的支架材料仅能达到理想支架材料要求的一部分，但通过优缺点的分析为组合最优化的支架提供必要的素材。对用于组织工程支架材料的陶瓷材料、聚合物类材料、天然生物衍生材料及其复合材料等研究现状进行综述。     

骨组织工程支架材料：脱矿骨基质

背景：脱矿骨基质是目前研究较多的具备骨诱导及骨引导的生物支架材料之一。 目的：总结脱矿骨基质作为骨组织工程支架材料的研究进展,并展望其发展趋势。 方法：由第一作者检索1965年1月至2013年5月PubMed数据库、中国生物医学数据库、万方数据库及FMJS数据库有关脱矿骨基质及其作为骨组织工程支架材料的相关文献。英文检索词为＂Demineralized Bone Matrix,Scaffold material, Groowth factor, Cells,drugs＂,中文检索词为＂脱矿骨基质,支架材料,生长因子,细胞,药物＂,根据纳入标准排除重复性研究,保留34篇密切相关文献进行归纳总结。 结果与结论：骨组织工程支架材料是组成组织工程骨的主体,而脱矿骨基质既具备骨诱导性又具备骨引导性,可为骨组织细胞的修复提供空间,又可与生物活性因子、活细胞、抗生素等在体外构建成复合体,植入骨内促进骨缺损的愈合。但这一技术也面临着脱矿骨基质与各种物质的配比、消毒、保存成骨活性及抗原性的消除等问题,充分了解脱矿骨基质作为骨组织工程支架的研究,可为其服务于临床提供理论依据。     

Modified iron phosphate/polyvinyl alcohol composite film for controlled-release fertilisers

Traditional soluble phosphorous (P) fertilisers can be easily leached to pollute water systems, resulting in water eutrophication, a major environmental problem from the oversupply of unused nutrients. One innovative solution is to control the release of P upon demands of the plants. This study established a new concept of controlled-release P fertiliser via incorporation of ferric phosphate (FePO₄) as a P source in polyvinyl alcohol (PVA) films, which can immobilise the FePO₄ particles and stimuli-responsively accelerate their release rate in the presence of citric acid. More importantly, FePO₄ used in this work originated from steelmaking slag as a potential waste reuse. Due to the low solubility of FePO₄, diethylamine was introduced to modify FePO₄ particles to facilitate the release of P before incorporating with PVA. The effects of diethylamine modification and the properties of FePO₄/PVA films were systematically investigated through microscopic and spectroscopic methods. The release of P from particles and films was examined in both deionised water and citric acid solution for 30 days. The results showed a tenfold increase of the release rate of modified FePO₄/PVA in citric acid solution compared with that in deionised water, and also a doubled release rate of the modified FePO₄/PVA compared to that of FePO₄/PVA in citric acid. The improved performance suggests that PVA can maintain the phosphorous content with exposure to water and expedite release in citric acid upon the demand of plants. This composite film offers a new opportunity for the application of insoluble phosphate as a phosphorous fertiliser.

A new concept of citric acid-stimulus P fertiliser via incorporation of ferric phosphate as P source in polyvinyl alcohol films.     

生物体内可降解骨组织工程复合材料的研究与进展

可降解骨组织工程复合支架材料可以分为同类生物材料的复合,不同类别生物材料之间的交叉复合.天然材料存在性能难以重现,难以大批量生产,在体内水解过程中不能保持空间构型等缺点;人工合成生物高分子材料之间的复合,但其本体降解特性会使支架过早丧失结构完整性,且局部形成降解产物的积累,引起炎症反应;人工合成无机材料之间的复合,存在脆性大、润湿性较差,降解性能较差等不足.交叉复合可以克服单种材料支架的缺陷.交叉复合材料可以分为:天然生物材料与无机材料之间的复合;人工合成高分子与无机材料之间的复合;金属基交叉复合材料.     

骨组织工程支架材料的种类及发展趋势

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.     

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.     

微球细胞支架在骨组织工程中的应用

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.     

双相钙磷生物陶瓷 / 硫酸钙骨水泥多孔三维支架的生物性能简

背景：随着组织工程技术的发展,多孔生物陶瓷被越来越多的运用到骨缺损的修复中,当前的研究主要集中在这种生物陶瓷的合成及其各项性能的评价。 目的：研究一种新型骨水泥的制备方法并测定其理化性能及与成骨细胞的生物相容性。 方法：共沉淀法制备双相钙磷生物陶瓷粉体,利用胶体团聚成颗粒,烧结后得到颗粒状、多孔羟基磷灰石/磷酸三钙生物陶瓷,并按不同比例与高纯度医用半水硫酸钙混合制备钙磷陶瓷/硫酸钙骨水泥。 结果与结论：X 射线衍射证实合成物质为双相钙磷陶瓷,颗粒状双相钙磷陶瓷具有多孔网状结构,骨水泥在3 min内保持可塑状态,固化时间为15 min,固化温度为36.5℃,压缩强度最高为5.82 MPa,MTT毒性级为0级,成骨细胞在材料表面生长良好。