纳米羟基磷灰石/I型胶原复合人工骨组成结构及成骨活性的实验研究

按照仿生的方法合成纳米羟基磷灰石/I型胶原人工骨支架材料.采用扫描电镜、X线衍射分析、孔隙率测定的方法对人工骨支架材料进行分析.制作兔颅骨缺损模型,植入人工骨支架材料,组织切片观察支架材料在体内的反应.纳米羟基磷灰石/I型胶原人工骨支架材料呈疏松海绵状,具有100～300 μm的孔径和90%以上的孔隙率,具有类似天然骨的结构.植入兔颅骨缺损模型未出现急性或慢性的炎症反应,在4周左右人工骨支架内出现大量新生毛细血管,12周新生骨完全修复骨缺损,并形成成熟的骨小梁结构.纳米羟基磷灰石和I型胶原复合人工骨约3个月左右降解完全.     

面向基于Voronoi结构的随机多孔骨植入材料的小孔结构参数化建模方法研究

目的探讨基于3D Voronoi结构的随机多孔骨植入材料建模参数与实际小孔结构参数之间的数学关系,并研究一种针对此类小孔结构的参数化建模方法,使其获得更准确的小孔结构。方法本文利用Rhinoceros三维建模软件配合Grasshopper插件进行了基于3D Voronoi结构的随机多孔骨植入材料的参数化建模研究,提出"等效体积球"方法拟合孔径,并通过析因实验获得了建模参数与实际小孔结构参数之间的数学关系,设计了一种控制模型平均孔径和孔隙率的参数化建模方法;为验证方法的有效性,使用上述建模软件设计了建模程序,并用选区激光熔化(SLM)工艺和316 L不锈钢粉末对其创建的多孔模型进行了制备,并测量了样件的实际孔径和孔隙率。结果本文设计的建模程序成功创建了一系列平均孔径为500～1 000 m,孔隙率为60%～80%的随机多孔模型;其中,小梁直径≥182 m的模型实现了SLM成形,成形样件呈现出较为明显的Voronoi随机孔隙结构,且其实际平均孔径与设计值的相对误差仅为8%,而实际孔隙率与设计值的绝对误差仅为±1.2%,与设计参数吻合度较高。结论本文设计的参数化建模方法有效地控制了随机多孔模型的小孔结构参数,为制备具有准确孔隙参数的随机多孔植入物提供了一种可行的方法。     

大块异体骨移植及自体骨髓松质骨血管束植入动物实验及临床应用

<正> 将20只狗分2组进行大块等长股骨交换移植:甲组将异体骨髓腔刮空,骨皮质多处钻孔,髓腔内植入自体骨髓、松质骨、血管束,将异体骨、宿主骨用钢板螺钉内固定。乙组将异体骨髓腔刮空,单纯植入自体血管束作对照。股动脉造影见植入后血管束通畅。病理切片有新生血管和成骨细胞。X     

脱钙骨/聚乳酸重组人工骨的体内生物学特性

背景:前期实验证实脱钙骨/聚乳酸重组人工骨不仅孔隙率、孔径、机械强度等性能符合人工骨材料的要求,并且结合了两种材料的优势,具有明显的促进细胞贴附、增殖作用。目的:进一步探讨脱钙骨/聚乳酸重组人工骨在体内的生物相容性、降解情况及成骨特点,评价其性能。方法:将脱钙骨/聚乳酸重组人工骨随机植入成年新西兰白兔1.5cm的桡骨缺损及一侧臀肌内,并设立不植入任何材料的空白对照组。观察脱钙骨/聚乳酸重组人工骨植入后动物局部反应,检测血钙值;植入后6,8,12,16周取骨缺损处标本作X射线、骨矿含量、大体标本及组织形态学观察,臀肌处标本仅作组织形态学观察,分析不同时期组织反应、骨缺损修复及材料降解情况。结果与结论:脱钙骨/聚乳酸重组人工骨植入后无明显的局部不良反应,血钙值无明显变化;骨缺损内骨矿含量在植入6～16周内升高幅度明显高于空白对照组;X射线、大体标本及组织形态学观察显示,脱钙骨/聚乳酸重组人工骨的成骨方式主要是骨传导成骨,至植入后16周时骨缺损基本修复,而空白对照骨缺损断端仅有少量骨修复,形成骨不连;脱钙骨/聚乳酸重组人工骨植入后即开始其降解过程,12周以后材料周围出现较多吞噬有材料颗粒的巨噬细胞和多核巨细胞,16周时仍有部分材料未降解吸收。结果证实脱钙骨/聚乳酸重组人工骨具备良好的生物相容性和骨传导成骨能力,可以在体内逐渐发生生物降解。     

新型骨植入材料多孔钽-骨结合界面成骨以及相关成骨因子的表达及意义北大核心

背景:具有自主知识产权的国产多孔钽材料具有无毒性及良好的生物相容性,前期体内外实验研究得出结论:国产多孔钽无毒性,具有良好的生物相容性,具有促成骨作用。此次实验是多孔钽-骨界面成骨机制的探讨。目的:观察多孔钽兔股骨植入后钽-骨结合界面成骨形态特点及成骨相关因子整合素β1及纤维粘连蛋白的表达,探讨多孔钽骨内植入钽-骨界面骨整合的生物学机制。方法:实验采用自身对照方法,取日本大耳白兔制备双侧股骨髁骨缺损模型,同一动物左侧股骨内植入多孔钽棒为实验组,右侧股骨内植入异体骨为对照组。术后2,4,8周于骨缺损部位取材,石蜡切片、硬组织切片光镜观察多孔钽与宿主骨交界处成骨形态特点;扫描电镜观察多孔钽-骨界面成骨特征;免疫组织化学检测整合素β1及纤维粘连蛋白的表达。结果与结论:(1)多孔钽棒植入后与宿主骨结合紧密。石蜡切片苏木精-伊红染色结果显示:界面纤维膜早期疏松、较厚,晚期致密较薄,界面出现片状成骨;(2)硬组织切片观察:2周时钽-骨界面已出现新生骨及小血管并向孔隙内生长;4、8周时钽-宿主骨界面新生骨增多并与宿主骨连接成片,骨小梁成熟;(3)扫描电镜下可见成骨细胞在多孔钽表面及孔隙内生长,晚期骨质成熟并见板层骨;(4)免疫组化结果显示:多孔钽骨植入2周时实验组整合素β1的表达显著低于对照组(P<0.05);而纤维粘连蛋白的表达在两组之间比较差异均无显著性意义(P>0.05);整合素及纤维粘连蛋白的表达在2,4,8周时均呈递减趋势;(5)结论:多孔钽有利于成骨细胞在其表面及孔隙内黏附,整合素β1及纤维粘连蛋白在成骨初期钽-骨界面表达增高,可能对早期成骨起促进作用,而在骨成熟期表达则降低,有利于骨整合及改建。     

材料孔隙结构对骨长入的影响

材料的孔隙结构对骨长入有关键性的影响.高孔隙率和大孔径有利于骨长入,但有损于力学性能.因此,在保证材料力学性能的基础上,探索最佳的孔隙结构足很有必要的.随着材料科学技术的发展,人们可以相对自由地设计特定的孔隙结构,为骨组织工程的进一步探索提供条件.就材料孔隙结构对骨长入的影响,从离体细胞学研究以及材料孔隙率.孔径大小等方面进行综述.     

利福平-异烟肼-控释型载药人工骨的实验研究

开发研究一种能承载多药并有控释特性的载药人工骨。利用三维打印技术,制备具有多层同心圆柱体结构的载药人工骨,并将利福平和异烟肼由内到外按特定顺序加载,观察微观结构、孔隙率、体外药物释放特性和体外细胞生物相容性。所制备的载药人工骨呈多孔结构,孔隙率(61.76±2.53)%、微孔孔径50~100μm,体外药物呈现序贯释放,双药释放峰值依次交替出现,持续释放时间超过50 d,MTT检测示细胞毒性0级,电镜观察细胞生长分化良好,并有大量细胞黏附于载药人工骨表面;三维打印技术可以精确地制备具有复杂结构的载药人工骨,制备的多药控释型载药人工骨具有药物缓释和序贯控释的特性,同时具有良好的孔隙率和细胞相容性,为骨结核治疗提供一种新型有效的手段。     

一种组合式个性化人工膝关节假体数字化设计方法

目的 提出一种组合式个性化人工膝关节假体结构,解决膝关节股骨肿瘤保肢手术由于截骨位置差异性较大,很难采用标准型人工膝关节假体满足个性化需求的问题。方法 首先将患部关节区域CT数据进行三维重建,并利用MRI增强扫描技术建立肿瘤的三维模型,再通过肿瘤模型与患部关节模型进行位置匹配,在三维模型上确定手术截骨位置,根据截骨尺寸设计个性化的股骨柄与标准股骨髁假体进行有效组合,形成一种组合式个性化人工膝关节假体。结果 根据本文设计方法的结果加工成型,骨科临床医生分析膝关节假体结构与人体膝关节生理结构相符,达到个性化假体设计要求,能够重建患者膝关节功能。结论 这种膝关节假体结构有利于降低个性化膝关节假体设计加工成本,缩短设计加工周期,有望提高患者生命质量。     

复合抗肿瘤珊瑚羟基磷灰石人工骨的体内成骨

背景：复合抗肿瘤珊瑚羟基磷灰石人工骨在体内外有良好的缓释效果及抗肿瘤作用,但由于其所复合药物量较大,植入体内骨缺损处较高的局部药物浓度是否影响骨的正常诱导、传导及生长？ 目的：建立复合抗肿瘤珊瑚羟基磷灰石人工骨成骨模型,进一步分析复合抗肿瘤珊瑚羟基磷灰石人工骨的体内成骨效应及规律。 方法：分别将珊瑚羟基磷灰石人工骨及复合抗肿瘤珊瑚羟基磷灰石人工骨植入兔股骨两干骺端骨缺损模型,定期观察股骨X射线影像,并取材行组织病理切片,观察材料降解和被新骨替代的速度、骨与材料界面的结合情况,材料内部新骨生长情况。 结果与结论：珊瑚羟基磷灰石人工骨植入后与周围骨形成组织及骨桥连接较复合抗肿瘤珊瑚羟基磷灰石人工骨快,植入4周后X射线片影像及组织切片示珊瑚羟基磷灰石人工骨边缘开始逐渐不清,并逐步与动物骨形成骨愈合。复合抗肿瘤珊瑚羟基磷灰石人工骨植入后早期8周内局部以抑制组织细胞生长为主,6~12周逐渐有组织结构向材料孔隙内生长且逐渐出现成骨细胞、骨基质及骨细胞,新生骨逐渐生长替代融合,26周左右与周围骨形成骨愈合。说明复合抗肿瘤珊瑚羟基磷灰石人工骨植入早期虽对骨愈合有一定的抑制作用,但最终仍可自行与周围骨缺损达到骨愈合。     

多孔钽应用于骨科的生物材料特性研究进展

骨科传统植入材料的发展经过从不锈钢,钴铬合金,到钛合金的过程。许多关于材料表面涂层和多孔结构的设计被用来提高植入材料与宿主骨之间的生物固定作用。虽然这些材料体现了较好的临床结果,但是它们具有一些与生俱来的局限,比如:低的容积孔隙率、相对高的弹性模量和低的摩擦系数。为了突破了以上     

一种可用于人骨植入物的多孔钛研究

采用添加新型造孔剂的粉末冶金法,成功制备出力学性能与人骨匹配的多孔钛.多孔钛具有由均匀分布的连通宏观孔隙和孔壁上微米孔隙组成的三维孔隙结构,孔隙度为5～65 vo1.%,开孔隙率为60～99.7%,平均孔径为10～470 m,杨氏模量为0.5～37 GPa,抗压强度为0.04～2.2 GPa.     

超临界二氧化碳萃取的猪松质骨

背景:近年来国外使用超临界流体进行生物材料处理的研究较多,但是超临界流体应用于骨组织清洗的研究少见,国内相关报道更少。目的:评估超临界二氧化碳萃取技术处理猪股骨松质骨的有效性及对骨生物学性能的影响。方法:分别制备超临界二氧化碳萃取前(对照组)及萃取后猪股骨骨块(实验组),检测两组骨密度、微观结构、最大抗压强度、弹性模量、骨组织组成成分、胶原含量与组织学分析。将骨髓间充质干细胞分别接种于两组骨块上,培养1 d后,扫描电镜观察材料骨小梁微孔结构及骨材料-细胞复合物中细胞黏附及生长情况。将两组骨块分别植入SD大鼠皮下,术后1,2,4周组织学观察皮下包埋炎症反应。动物实验方案已经解放军总医院伦理委员会批准。结果与结论:①两组材料孔径大小、骨密度、最大抗压强度、弹性模量、胶原含量比较差异均无显著性意义(P>0.05);②扫描电镜显示,对照组材料孔隙连通欠佳,有软组织残留;实验组材料孔隙相互连通、结构完整;③傅里叶红外光谱及X射线衍射分析显示,两组骨组织材料具有相似的吸收峰及衍射峰,热重分析显示超临界二氧化碳萃取可减少骨组织水分含量;④苏木精-伊红染色显示实验组骨无软组织残留,骨陷凹内细胞残留明显减少,对照组有软组织及细胞残留;天狼星红及改良Masson染色显示实验组骨胶原结构完整,胞质成分减少,对照组胞质成分残留明显;⑤扫描电镜显示,对照组骨无明显细胞黏附,实验组骨可见明显细胞黏附生长;⑥实验组骨组织植入皮下的血管周围炎症反应明显轻于对照组骨组织;⑦结果表明,超临界二氧化碳萃取技术是一种有效、环保的骨组织处理技术,在不影响其胶原结构及含量、力学性能的基础上,能够有效去除猪股骨松质骨细胞及软组织,保留骨孔隙结构完整,增加细胞黏附及生长,有效减低炎性排斥反应。     

纳米羟基磷灰石/丝素蛋白人工骨修复骨缺损

背景:为获得更加理想的人工骨材料,前期实验制备了纳米羟基磷灰石/丝素蛋白复合人工骨材料。目的:观察纳米羟基磷灰石/丝素蛋白复合人工骨材料修复骨缺损的效果。方法:将30只健康成年家兔随机均分为两组,制备单侧股骨中远段骨缺损模型,实验组于骨缺损处植入纳米羟基磷灰石/丝素蛋白复合人工骨材料,对照组于骨缺损处植入单纯羟基磷灰石,植入后4,8,12周取实验侧股骨,进行大体、X射线摄片、生物力学检测及组织学检查。结果与结论:随着时间的增长,两组生物力学强度逐渐增大,实验组术后不同时间点的生物力学强度均大于对照组(P0.05)。术后12周时,实验组植骨区表面连续且光滑,色泽正常,与周围骨质无明显区别,人工骨材料完全降解吸收、被新生骨质替代,骨缺损区已完全愈合;对照组植骨区表面不光滑,表面骨皮质连续,与周围骨质界限不清,人工骨材料降解不完全,骨缺损处由骨痂连接,材料与骨质结合较紧密,骨缺损部分修复。结果表明纳米羟基磷灰石/丝素蛋白复合人工骨材料可促进骨缺损修复,具有较强的成骨能力。     

基于X光片的定制型人工髋关节股骨侧假体设计

介绍一种利用 X光片设计定制型人工髋关节股骨侧假体的方法。采用圆弧和直线形成髋关节股骨侧假体外形轮廓。通常髋关节股骨侧假体匹配段尺寸公差要求并不严格 ,加工这种髋关节股骨侧假体可不采用数控加工中心。利用自编的程序成功地设计了三根股骨的假体。根据一个股骨标准数据库重建了这几根股骨的大致髓腔模型 ,这些模型被用来检验设计出的假体。设计出的假体被加工了出来 ,并分别植入股骨。结果表明该设计髋关节股骨侧假体方法切实可行     

骨表面再造数值模拟在人工股骨头假体优化设计中的应用

人工股骨头假体植入技术目前存在的主要问题之一是植入假体存在远期松动等并发症,从而导致手术失败.对于引起松动的主要原因,通常人们认为是磨损碎屑和应力遮挡所造成的骨质吸收.因此,对人工股骨头假体植入物的结构进行优化是具有特别重要的意义.本文采用骨再造理论与有限元结合的方法,用计算机模拟人工股骨头假体植入后股骨的再造行为,用截面吸收率和抗弯截面模量损失率定量分析假体所产生的应力遮挡效应.骨再造理论采用应变能密度作控制变量的表面再造理论,有限单元采用二十节点等参数单元.结果表明在所讨论的假体模型中,三种围领形式的假体所产生的骨吸收仅相差4%.三种长度直柄的假体所产生的骨吸收相差近30%,直柄长度的变化对应力遮挡效应有更显著的影响.     

骨表面再造数值模拟在人工股骨头假体优化设计中的应用

人工股骨头假体植入技术目前存在的主要问题之一是：植入假体存在远期等工发症,从而导致手术失败。对于引起松动的主要原因,通常人们认为是磨损磨屑和应力遮挡所造成的骨质吸收。因此,对人工股骨头假体植入物的结构进行优化是具有特别重要的意义,本文采用骨再造理论与有限元结合的方法,用计算机模拟人工股骨头假体植入股骨的再造行为,用截面吸收率和抗弯截面模量损失率定量分析假体所产生的应力遮挡效应,骨再造理论采用变能密度作控制变量的表面再造理论,有限单元采用二十节点等参数等单元。结果表明：在所讨论的假体模型中,三种围领形式的假体产生的骨吸收仅相差4％。三种长度直柄的假体所产生的骨吸收相差近30％,直柄长度的变化对应力遮挡效应有更显著的影响。     

个体化股骨假体的CAD实践及模拟力学实验

主要围绕个体化人工股骨假体的CAD实践及通过计算机模拟力学实验对个体化人工股骨假体在生物力学性能上是否优于普通生物型和普通骨水泥型人工股骨假体进行了探讨。对最初设计的CAD软件进行了修改,采用了新的边缘提取算法,并验证了程序运行的可行性和可靠性,设计出了个体化人工股骨假体模型,为个体化人工股骨假体的CAM奠定了基础。通过计算机模拟力学实验证实了个体化人工股骨假体在生物力学性能上优于普通生物型和普通骨水泥型人工股骨假体,为个体化人工股骨假体的CAM提供了理论依据。     

3D打印钛合金骨小梁多孔结构的拉伸性能

文题释义：3D打印：3D打印技术开创了增材制造的生产方式,即依照3D设计蓝图可将金属粉末等原材料逐层堆积而制成最终产品,擅长构建形状结构复杂的产品与个体化定制,制作特异性假体或植入物,供植入以达到重建等目的,在骨科领域得到了广泛应用。 钛合金骨小梁：是以钛合金粉末为原材料,采用金属3D打印技术通过金属微粒逐层熔融叠加生成的一种类人体骨小梁三维空间网孔结构,其力学性能和生物学性能和人体的松质骨骨小梁极为相似,作为人工植入假体的表面结构,具有非常出色的骨长入效果。 背景：3D打印钛合金多孔结构以其良好的机械性能和生物相容性已经在骨科植入假体设计与临床应用方面得到了快速发展,与涂层假体相比,钛合金骨小梁结构具有骨长入快和骨长入好的优点。为了保证骨科植入物的安全,目前多采用实验方式确定骨小梁结构的拉伸、剪切疲劳和弯曲疲劳强度。 目的：通过力学实验和有限元数值模拟方法研究骨小梁多孔结构的力学性能。 方法：①3D打印钛合金骨小梁拉伸试件实验：设计并制备3D打印钛合金骨小梁拉伸试件,骨小梁结构的丝径为0.28-0.35 mm、孔径为0.71 mm、孔隙率为73%。检测钛合金骨小梁结构的拉伸强度,分析其失效机制,同时分析不同打印位置对骨小梁拉伸强度的影响。②数值模拟实验：利用有限元方法建立包括骨小梁理论结构的拉伸试件实体模型,模拟骨小梁试件的拉伸破坏过程。 结果与结论：①3D打印钛合金骨小梁拉伸试件的极限载荷分布在39.55-47.11 kN之间,等效极限拉伸应力分布在62.79-74.53 MPa之间,拉伸破坏的结果为网状结构断裂,说明钛合金骨小梁具有较高的拉伸强度;②3D打印钛合金骨小梁拉伸试件实验与数值模拟实验均显示,骨小梁试件受到拉伸破坏时的破坏形式为丝径断裂,不会在骨小梁与钛合金实体的结合面发生断裂;③数值模拟实验中骨小梁试件的拉伸破坏载荷低于3D打印钛合金骨小梁拉伸试件,造成该差异的原因主要为：3D打印骨小梁试件的丝径(280-350 μm之间)大于骨小梁的理论丝径(142 μm),而孔径(孔隙率75%)小于骨小梁的理论孔径(孔隙率96%)。 ORCID: 0000-0001-7000-2093(张兰) 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     

不同结构骨块植入股骨头负重区缺损的力学性能比较

目的股骨头缺血坏死早中期手术中,为防止股骨头的进一步塌陷,常需要植骨填充坏死区。本文研究不同结构植入物填充股骨头负重区缺损后对股骨头力学性能的影响。方法选取人正常股骨近段4例,在股骨头负重区沿压力骨小梁方向制造直径20mm,深30mm的骨缺损,并在缺损区内植入三种不同结构的植入物。Ⅰ组为取自异体股骨头负重区骨块;Ⅱ组为取自异体股骨髁负重区骨块;Ⅲ组为松质骨粒打压植骨。模拟单腿站立相加载,记录股骨头颈结合部的应变分布。结果直径20mm深30mm骨缺损的股骨近段与正常相比,头颈结合部上方拉应变平均增加93.0%,下方压应变平均增加203.4%。植入不同结构的植入物后,Ⅰ组头颈结合部上方应变较正常平均增加6.6%,下方应变平均增加67.6%;Ⅱ组上方应变较正常平均增加33.7%,下方应变平均增加136.9%;Ⅲ组上方应变平均增加150.4%,下方应变平均增加206.1%。结论股骨头负重区的缺损会改变头颈结合部应力分布,其中结合部下方和上方出现应力的集中。植入与缺损区的骨小梁结构相似的异体股骨头骨块后,股骨头下方和上方头颈结合部的应力集中得到缓解,其植入效果优于骨小梁结构不同的股骨髁骨块;松质骨粒打压植骨不能改变股骨头头颈结合部的应变分布。     

不同类型膝关节后稳定型假体髁间截骨量的对比

背景：后稳定型膝关节假体股骨侧需要额外的髁间截骨来容纳胫骨柱和股骨窝结构,髁间窝两侧与股骨体相连处应力集中是骨折好发部位。不同品牌假体不同型号间截骨量的差异并没有具体数据,不便于临床医生在选择假体时参考。 目的：比较临床上常用的后稳定型膝关节假体(进口、国产的6个品牌)髁间截骨数据的不同,为临床假体选择和应用提供依据。 方法：选择目前国内常用的(进口、国产的6个品牌)后稳定型人工膝关节假体,包括Zimmer NexGen LPS、Stryker Scrorpio NRG Knee-Flexed、Depuy PFC Sigma、Smith&nephew Genesis-2 PS、United-U1及威高GKPS。根据截骨模板确定截骨面包括股骨髁前截面、后截部、股骨髁远端截面、后斜截面;对应股骨假体径线包括髁内外径宽、髁前后径宽、股骨髁间窝截骨宽度及深度,对上述数据进行对比测量。 结果与结论：6种膝关节股骨髁假体的前后径/内外径、髁间窝截骨量及形态均存在差异,国外品牌股骨远端前后截骨面间径线较短,对后髁的截骨程度较大。随着应用假体尺寸的增大,所用品牌髁间截骨宽度所致骨量丢失比例均呈下降趋势,无论是小尺寸假体还是大尺寸假体,Stryker Scrorpio NRG Knee-Flexed假体髁间截骨宽度均较小。 6个品牌的膝关节假体截骨尺寸有所不同,以上结果并不足以评价不同假体之间的优劣,但就保留髁间骨储量而言,髁间截骨量少的设计较具优势。中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节;骨植入物;脊柱;骨折;内固定;数字化骨科;组织工程