细菌纤维素组织工程支架的仿生矿化研究

骨骼创伤已经成为当今影响人类健康的一大病症。因此,骨修复材料就成为研究的一大热点。骨组织工程支架作为重要的骨修复材料,可以诱导成骨细胞生长并为新骨生长提供条件。传统的骨组织工程支架包括合成高分子(如聚乳酸、聚乙醇酸等)和天然高分子(如胶原、壳聚糖等)。与传统支架材料相比,细菌纤维素(BC)具有良好的生物相容性、精细的纳米空间三维网络结构,有作为组织工程支架的潜能。通过仿生矿化处理,BC纳米纤维表面可以生长出羟基磷灰石(HA)的晶体颗粒,且HA颗粒均匀覆盖在纳米纤维表面。通过热分析得出,仿生矿化处理会使BC的热稳定性得到一定的提升。     

组织工程骨的成骨过程和组织学评价

用β-磷酸三钙/聚乳酸叠层复合支架和骨髓基质细胞复合后，修复青山羊胫骨段缺损，对修复效果通过X射线和组织切片进行了研究，发现复合支架成骨能力强，植入部位8周后愈合，12周后与正常骨结构一致，同时实验组在手术后两个月行走自如，显示了这种材料在骨组织工程领域的广阔应用前景。     

纳米HAP/CPP/PLLA骨组织工程支架复合材料降解特性

现有支架材料的降解速率与骨细胞生长、繁殖速率不匹配,在降解过程中支架材料的强度、刚度衰减速率与成骨速率不匹配,支架材料在体内降解的酸性副产物会引起炎症反应.为克服以上困难,采用溶媒浇铸、颗粒滤取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;选用生理盐水作为模拟体液进行降解实验,测试该支架复合材料的降解性能,用扫描电子显微镜对其在不同降解时期的微观结构进行观察.结果表明:纳米HAP/CPP/PLLA支架复合材料在降解过程中具有三维、连通、微孔网状结构,并具有良好的降解性能和生物相容性,是比较理想的骨组织工程支架材料.     

兔骨髓间充质干细胞复合脱细胞牛松质骨体外相容性研究

探讨脱细胞牛松质骨（Acellular Bovince Cancellous Bone，ABcB）生物衍生材料与骨髓间充质干细胞（bone marrow mesenchymal stem cells，BMSCs）的生物相容性，为组织工程方法修复骨缺损提供依据。将兔骨髓间充质干细胞与ABCB复合并体外培养，然后进行形态学、细胞增殖、蛋白质含量测定。骨髓间充质干细胞能够贴附在ABCB孔隙内生长，细胞生长及蛋白合成功能不受ABCB的影响。ABCB生物相容性良好，可作为组织工程的支架材料应用于骨缺损的修复；BMSCs可以作为骨组织工程种子细胞。     

羟基磷灰石复合生物材料的研究进展

羟基磷灰石具有良好的生物相容性和生物活性,是较好的生物材料,被广泛应用于骨组织的修复与替代技术.但是,由于材料本身力学性能较差制约了羟基磷灰石的进一步应用,因此提高及制备综合性能优越的复合生物材料是当今研究的重心和热点.本文综述了羟基磷灰石（HA）复合生物材料的最新进展和研究现状,并简单探讨了它们的发展方向.     

韧带-骨支架仿生界面设计与制造方法

针对当前软质韧带支架与硬质骨组织通过机械固定进行韧带修复存在的应力集中与疲劳断裂问题,提出了具有仿生界面的韧带-骨支架设计与制造方法。研究了自然韧带-骨界面的微观结构,通过工程简化设计了具有仿生界面的韧带-骨复合支架,提出了韧带-骨支架仿生界面的分层制造方法,从材料、力学及微观结构方面对所制备的韧带-骨支架仿生界面进行了分析评价。结果表明,所提出的分层制造方法可在软质韧带纤维支架与硬质陶瓷骨支架之间精确制造出所设计的仿生界面,其在材料成分、力学性能及微观结构上呈现分区变化特性。后期通过骨支架与自体骨融合生长以及仿生界面的多组织再生,有望实现韧带纤维支架与自体骨骨道的生理愈合及可靠固定,从而为临床韧带修复提供一种新思路。     

纳米仿生骨组织材料的生理响应及生物矿化

利用溶胶－凝胶法合成了两种具有纳米结构的新型高生物活性骨修复及骨组织工程支架材料，并利用体外实验方法（In Vitro)以及X－射线衍射（XRD），扫描电子显微镜（SEM），红外光谱（FTIR），氮气吸附－解吸（BET）和等离子发射光谱（ICP）等技术对材料的显微结构及其在模拟生理溶液（SBF）中的降解过程，表面反应产物及生物矿化机理进行了研究，研究表明：两种溶胶－凝胶材料均具有较高的生物活性；由于化学组成不同，它们在SBF溶液中的离子扩散规律及生物矿化行为有所不同。     

羟基磷灰石复合及掺杂改性研究进展

羟基磷灰石（Hydroxyapatite,HAP）作为生物体骨骼和牙齿的主要无机成分,具有良好的生物相容性和生物活性,因此,被广泛的应用于生物医学领域,尤其是在药物传输和骨组织修复及替代方面。由于HAP本身力学性能较差,且在生物领域扩展应用上有一定的差异性,为了得到综合性能优异的HAP生物材料,HAP复合材料及离子掺杂改性是当今研究的重点。主要综述了HAP的制备方法及其在复合和离子掺杂的研究进展,总结了HAP的优缺点,展望了HAP在生物材料领域的发展前景。     

PEG分子量对复合凝胶玻璃纳米结构的影响

采用溶胶-凝胶工艺制备SiO2-CaO-P2O5-PEG无机/有机复合凝胶玻璃,并通过扫描电子显微镜、N2吸附-脱附实验、傅里叶转换红外光谱及X射线衍射谱对其组成、结构进行研究.实验中采用3种不同分子量的PEG(400,6000,10000),研究了分子量对复合凝胶玻璃组成、结构的影响.实验结果表明,由于PEG具有良好的水溶性,其高分子链与无机SiO2网络互穿缠绕形成稳定的凝胶玻璃结构,在SEM的观察下材料表现出优异的均一性,没有分相产生.其中,PEG分子量为6000的复合凝胶玻璃样品因其高孔隙率、高比表面积和分级的孔结构特征,有希望用于新型骨组织工程支架材料开发.     

几种骨组织工程复合支架材料在模拟生理溶液中的生物矿化性能比较

采用生物活性玻璃(BG)、磷酸三钙(TCP)、羟基磷灰石(HA)等生物活性陶瓷与3-羟基丁酸酯-3-羟基戊酸酯的共聚物(PHBV)复合,制备了性能良好的骨组织工程支架材料,分析了PHBV/BG,PHBV/TCP,PHBV/HA三种复合多孔支架在模拟生理溶液中的一系列化学反应,以及多孔材料在模拟生理溶液中浸泡后的成分、结构和微观形貌的变化.研究结果表明,三种复合支架材料在模拟生理溶液中发生了降解反应而失重;PHBV/BG和PHBV/TCP在模拟生理溶液中还发生了生物矿化反应,在表面形成矿化沉积层,为具有骨生物活性的结晶态类骨碳酸羟基磷灰石;而PHBV/HA在模拟生理溶液中没有明显的生物活性反应.     

3D打印制备HA/PCL复合材料组织工程支架的研究

应用熔融沉积成型技术（FDM）制备羟基磷灰石（HA）/聚己内酯（PCL）组织工程支架,探讨其内部结构和力学性能。以羟基磷灰石和聚己内酯为原料,采用熔融共混技术分别制备HA质量分数为20%的nano-HA/PCL和micro-HA/PCL复合材料,使用自主研发的熔体微分FDM 3D打印机制备HA/PCL复合材料组织工程支架。通过显微镜观察发现,所制备的nano-HA/PCL和micro-HA/PCL组织工程支架具有均匀分布且相互连通的近似矩形的孔隙。nano-HA/PCL和micro-HA/PCL组织工程支架的断面图分析结果表明,nano-HA/PCL组织工程支架中HA粒子分布均匀,而micro-HA/PCL组织工程支架中HA粒子发生了团聚,导致nano-HA/PCL组织工程支架的拉伸强度和弯曲强度均高于micro-HA/PCL组织工程支架。因此,利用熔体微分FDM 3D打印机打印生物活性nano-HA/PCL复合材料组织工程支架在骨组织工程中具有潜在的应用前景。     

On Modeling Bio-Scaffolds: Structural and Fluid Transport Characterization Based on 3-D Imaging Data

Bio-scaffolds which are most commonly open celled porous structures are increasingly used for tissue engineering and regenerative medicine. A number of studies have shown that the bulk properties of such irregular structures are poorly modeled using idealized unit cell approaches. The paper therefore uses novel image based meshing techniques to explore both fluid flow and bulk structural properties of a bone scaffold, as accurate modeling of bio-scaffolds with non-uniform cellular structures is very important for the development of optimal scaffolds for tissue engineering application. In this study, a porous hydroxyapatite/tricalcium phosphate (HA/TCP) bone scaffold has been scanned in a Micro-CT scanner, and converted into a volumetric mesh using image processing software developed by the authors. The resulting mesh was then exported to commercial FEA and CFD solvers for analysis. Initial FEA and CFD studies have shown promising results and have highlighted the importance of accurate modeling to understand how microstructures influence the mechanical property of the scaffold, and to analyze flow regimes through the sample. The work highlights the potential use of image based meshing for the ad hoc characterization of scaffolds as well as for assisting in the design of scaffolds with tailored strength, stiffness, and transport properties.     

Dexamethasone-Loaded PLGA Microspheres Incorporated PLLA/PLGA/PCL Composite Scaffold for Bone Tissue Engineering

The combination of micro-carriers and polymer scaffolds as promising bone grafts have attracted considerable interest in recent decades.The poly(L-lactic acid)/poly(lactic-co-glycolic acid)/polycaprolactone(PLLA/PLGA/PCL)composite scaffold with porous structure was fabricated by thermally induced phase separation(TIPS).Dexamethasone(DEX)was incorporated into PLGA microspheres and then loaded on the PLLA/PLGA/PCL scaffoldtopreparethedesiredcompositescaffold.The physicochemical properties of the prepared composite scaffold were characterized.The morphology of rat bone marrow mesenchymal stem cells(BMSCs)grown on scaffolds was observed using scanning electron microscope(SEM)and fluorescence microscope.The resultsshowedthatthePLLA/PLGA/PCLscaffoldhad interconnected macropores and biomimetic nanofibrous structure.In addition,DEX can be released from scaffold in a sustained manner.More importantly,DEX loaded composite scaffold can effectively support the proliferation of BMSCs as indicated by fluorescence observation and cell proliferation assay.The results suggested that the prepared PLLA/PLGA/PCL composite scaffold incorporating drug-loaded PLGA microspheres could hold great potential for bone tissue engineering applications.     

Graphene meets biology

Graphene features a shining star in the material sciences since its discovery in 2004. Biomedical application of graphene-family materials has been driven recently. In this paper, we overviewed the cutting-edge research in the biomedical application of graphene-based biomaterials, such as bio-sensing and bio-imaging, drug/gene delivery and scaffold for tissue engineering. We emphasized on the effect of graphene substrates on cellular behaviors of adhesion, proliferation~ and differentiation. The develop- ment of three-dimensional scaffolds based on graphene- based nanomaterials and the potential of these constructs in tissue engineering are discussed. The perspectives and challenges are also addressed.     

仿生增强制备聚乳酸基骨组织工程复合材料

依据仿生原理制备了纳米羟基磷灰石聚乳酸(nHA-PLA)复合的骨框架材料.此复合材料中的主要成分是纳米羟基磷灰石,纳米相的羟基磷灰石就是天然骨中主要的无机相.在保持高孔隙率(90%)的同时,复合材料的抗压性能达到2.07 MPa,高于单纯的聚乳酸框架材料(为0.89 MPa).分离成骨细胞并在三维框架材料上培养,用扫描电镜进行观察,复合材料具有很好的细胞贴附性能.仿生制备的三维纳米羟基磷灰石聚乳酸复合骨框架材料,无论从结构还是性能上,都是骨组织工程中的优选材料之一.     

Preparation and evaluation of biomimetric nano-hydroxyapatite-based composite scaffolds for bone-tissue engineering

In the present study,novel biomimetic composite scaffolds with a composition similar to that of natural bone were prepared,using nano-hydroxyapatite,collagen,and phosphatidylserine.The scaffolds possess an interconnected porous structure with a porosity of 84%.The pore size ranges from several micrometers up to about 400 m.In-vitro studies in simulated body fluids showed that the morphologies of the products derived from mineralization can be regulated by the extracellular matrix components of the scaffolds;this in turn leads to creation of a large number of hydroxyapatite crystals on the scaffold surface.The regulatory properties of collagen and phosphatidylserine also influenced the cell response to the composite scaffolds.MC3T3-E1 cells attached and spread on the surfaces of the materials and interacted with the substrates;this may be the result of charged groups on the composite materials.Radiological analysis suggested that calluses and bone bridges formed in defects within 12 weeks.These composite scaffolds may therefore be a suitable replacement in bone-tissue engineering.     

磷酸钙与胶原双相多级仿生骨组织工程支架研究

磷酸钙与胶原是天然骨组织的重要组成成分,介绍了一种仿生设计磷酸钙与胶原双相复合的多级仿生骨组织支架.采用双氧水发泡技术精确定制磷酸钙支架孔结构,结合真空灌注胶原以及仿生矿化技术,构建磷酸钙,胶原双相多级仿生骨组织支架,材料的孔结构及化学组分可实现定制设计.通过对支架材料测试表征,结果显示,这种无机/有机/无机多级仿生支架材有良好的力学性能.材料的体外细胞实验结果证实,这种多级仿生支架材料具有良好的生物相容性.     

骨组织工程聚左旋乳酸多孔框架快速成形研究

为制备用于骨组织工程的细胞载体框架结构 ,对快速成形技术制备聚左旋乳酸多孔框架结构的若干基础问题进行了研究。提出了聚左旋乳酸快速成形的精密挤出成形工艺 ,研究了此工艺制备多孔框架结构的设备与工艺过程 ,分析了制备的多孔框架结构应用于组织工程人工骨的可行性。制备的多孔框架结构具有合适的分子量、孔隙结构、孔隙率、机械强度和生物降解性能 ,可以用作骨组织工程的组织再生框架结构