缓慢成孔型磷酸钙复合材料的性能研究

目的制备并检测CPC—PLGA复合物,为骨组织工程研究提供新的支架材料．方法制备CPC—PLGA复合物,筛选最佳配比并检测其性能;将人骨髓间充质干细胞种植于CPC—PLGA复合物上并体外培养,然后进行扫描电镜观察．结果CPC-30％vol％PLGA力学性能最好,抗压强度40．5MPa,弹性模量13．8Gpa;模拟体液下降解6周材料形成100～300μm相互连通孔隙;骨髓间充质干细胞在支架材料表面生长良好,并通过降解产生的孔洞内材料深部长人．结论CPC—PLGA复合支架材料具有优良特性,适于骨组织工程支架．     

胶原基骨组织工程支架材料实现人体组织的修复和替代

由中国医学科学院生物医学工程研究所承担的“胶原基骨组织工程支架材料的研究”项目通过了天津市科委组织的科技成果鉴定，达到同类项目的国际先进水平。     

液晶仿生材料与骨髓间充质干细胞体外培养的实验

目的:研究骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cells,BMSCs)与液晶仿生材料复合后体外培养的生长、增殖、形态等变化,探讨液晶仿生材料与BMSCs的生物相容性.方法:从仿生学的角度,合成在生理温度下呈现胆甾醇液晶态的羟丙基纤维素衍生物液晶材料,利用偏光显微镜、扫描电镜和表面静态水接触角等对改变性质后的液晶的物化性质进行表征,与BMSCs复合后在光学显微及电镜下观察培养3 d、6 d的细胞生长、增殖、形态学改变,流式细胞仪检测其表面抗原CD29、CD31、CD44、CD45表达情况.结果:BMSCs在液晶材料中生长、增殖良好,在整个过程都保持存活,表面抗原正常表达.结论:液晶仿生材料与BMSCs生物相容性良好,是可选的干细胞复合载体.     

骨组织工程支架渐变孔洞的设计

根据自然骨组织的微观结构特点,建立了一种圆柱状骨支架模型,它由圆环骨板、变截面圆杆和变截面孔洞组成.其中变截面圆杆将圆环骨板连接起来,变截面孔洞使骨板连通.通过胞元力学模型分析得出,胞元旋转角度呈0°排列较好;当圆杆和孔的直径减少和数量相应增加时,胞元的最大等效应力相应减小.     

聚乙烯醇-透明质酸-胶原组织工程支架研究

以聚乙烯醇(PVA)、透明质酸(HA)和胶原蛋白(Col)为组分,构建组织工程三维多孔支架.将聚乙烯醇分别与不同质量的胶原和透明质酸复合,测定复合材料的含水率和膨胀率.扫描电镜观察材料横截面的表面形态.结果是不同分子质量的PVA与不同配比的Col和HA复合,得到的复合支架材料含水率为57.97%～81.26%,膨胀率为150.00%～459.20%.不同配比的复合支架材料具有不同的内部孔洞结构.结果表明,PVA-HA-Col复合支架材料具有较高的含水率和膨胀率,内部孔洞网络丰富,可作为组织工程支架材料.     

胶原修饰快速成形PLGA/TCP人工骨支架体外生物相容性研究

探讨经Ⅰ型胶原修饰的快速成型(RP)聚乳酸-羟基乙酸/磷酸三钙(PLGA/TCP)支架的生物相容性,为进一步体内实验提供研究基础.以经Ⅰ型胶原修饰改性的PLGA/TCP支架作为实验组,未经胶原修饰的原始支架作为对照组,检测两组支架材料的亲水性.BMSCs接种两组支架,分别测定细胞黏附率、细胞增殖率.扫描电镜(SEM)观察细胞黏附形态,以检验支架材料的细胞相容性.结果表明胶原改性支架具有较高的亲水性,实验组细胞黏附率在接种4、8和12 h者,明显优于对照组(P<0.05).实验组在培养2、4、6和8 d的细胞增殖率也明显高于对照组(P<0.05).扫描电镜可见骨髓基质细胞在实验组支架上的增殖数量多于对照组.说明Ⅰ型胶原改性的PLGA/TCP支架具有良好的细胞生物相容性,可作为骨组织工程支架应用于骨缺损的修复研究.     

肝组织工程支架的仿生设计与有限元分析

为了解决细胞在细胞支架复合培养中难以植入的问题,提出了一种卷裹型支架.将平面多孔支架采用卷裹的方式成型,使细胞在整个支架内部形成螺旋状三维分布,支架表面的管道结构可使培养液在支架内部渗透,从而提高物质交换效率.提出了一种具有仿生参数的流道设计方案,从肝脏血管铸型中提取血管的形状数据,作为仿生学依据进行流道设计,具体为树状多层分支结构.用此流道结构仿生了动脉、静脉的血液循环功能,并利用多孔材料仿生了毛细血管的渗透功能.建立了不同形状参数的流场分析模型,进行流体与多孔材料的渗流分析.结果表明,仿生设计方案的流场分布最为均匀,且平均流速较高,间接表明营养物质的输送效率最高.该支架能够使细胞呈三维分布,并扩大培养液在支架内的有效分布范围,更好地维持细胞的存活、增殖和迁移,为向组织化方向发展奠定了一定的基础.     

一种新型骨组织工程材料——CPP纤维的制备和性能

采用化学成分与人体骨矿物质相近的磷酸钙为主要原料,通过添加适量的稳定剂、阻降剂研制出具有可控降解速率的聚磷酸钙纤维。测试了聚磷酸钙纤维的力学性能、降解性能、毒理学性能和生物相容性能,讨论了聚磷酸钙纤维的降解机理。     

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。     

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。     

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.     

3D Nanocomposite Hydrogel Scaffolds Fabricated by Rapid Prototyping for Bone Tissue Engineering

Colloidal gels made of oppositely charged nanoparticles are a novel class of hydrogels and can exhibit pseudoplastic behavior which will enable them to mold easily into specific shapes. These moldable gels can be used as building blocks to self-assemble into integral scaffolds from bottom to up through electrostatic forces. However, they are too weak to maintain scaffold morphology just depending on interparticle interactions such as Van der Waals attraction and electrostatic forces especially for bone tissue engineering. In this study, oppositely charged gelatin nanoparticles were firstly prepared by two-step desolvation method, followed by the mixture with water to form colloid gels. To solve the problem of weak mechanical performance of colloid gels, gelatin macromolecules were introduced into the prepared gels to form blend gels. The blend gels can be easily processed into three-dimensional （3D） porous scaffolds via motor assisted microsyringe （MAM） system, a nozzle-based rapid prototyping technology, under mild conditions. After fabrication the scaffolds were erosslinked by glutaraldehyde （ GA, 25 % solution in water by weight）, then the crosslinked gelatin macromolecules network could form to improve the mechanical properties of colloid gels. The average particle size and zeta potential of gdatin nanoparticles were measured by Nano- ZS instrument. The morphology and microstructures of scaffolds were characterized by macroscopic images. The mechanical properties of the scaffolds were studied by a universal material testing machine.     

造孔粒子形貌对磷酸钙骨水泥支架材料结构与性能的影响

采用可溶粒子造孔法,结合冷等静压成型技术,分别以立方体的氯化钠晶体和短棒状的谷氨酸钠晶体为造孔粒子制备出具有较高孔隙率和良好抗压强度的磷酸钙骨水泥组织工程支架材料,通过X射线衍射分析、扫描电镜分析及力学性能测试,研究了所制备的支架材料的物相组成及颗粒形貌对支架材料显微结构和力学性能的影响.结果表明:两种造孔粒子制得的支架材料的主晶相均是弱结晶的羟基磷灰石;造孔粒子的形貌决定了所制备的支架的孔隙形貌,并影响支架的孔隙率和力学性能;在造孔粒子加入量相同的情况下,谷氨酸钠晶体作为造孔粒子制备的支架的孔隙率更高,但强度更低;由于在制备过程中引入了等静压处理,支架材料具有良好的强度.     

PLGA组织工程支架的构建及降解行为研究

用本体开环聚合方式合成不同摩尔比的PLGA（n(dl-LA)n(GA)分别为85／15，75／25，65／35，55／45)共聚物。^H NMR和溶解试验结果表明，共聚物各链段呈无规分布，GA序列长度在1.3-1.8之间。通过溶液浇铸造-低热模压-粒子沥滤技术构建了高度多孔的PLGA组织工程支架，考察了它们在Na2HPO4-NaH2PO4缓冲溶液中的降解行为。结果表明：随着水解的进行，PLGA的特性粘度及构建的多孔支架的压缩强度迅速下降，共聚物中GA组分含量赵大，下降的速度越快，与之对应的多孔支架的多孔结构形态保持时间也随共聚物中GA组合分含量增加而下降，分别为8周（n(dl-LA)/n(GA)分别为85/15和75/25）、4周（n(dl-LA)/n(GA)为65/35）和2周（n(dl-LA)/n(GA)为55/45）；但质量损失速率比[η下降速度慢得多，多孔支架的降解速率慢于薄膜的降解速率。     

可溶粒子形貌对磷酸钙骨水泥支架结构和性能的影响

采用可溶粒子造孔法，结合冷等静压成型技术，分别用立方体的氯化钠晶体和短棒状的谷氨酸钠晶体两种不同形貌的造孔粒子制备出具有较高孔隙率和良好抗压强度的磷酸钙骨水泥组织工程支架材料，研究了颗粒形貌对支架材料的显微结构和力学性能的影响。结果表明，造孔粒子形貌决定了制备的磷酸钙骨水泥组织工程支架的孔隙形貌，并影响支架的孔隙率和力学性能。对于相同的加入量，谷氨酸钠晶体作为造孔粒子制备的支架的孔隙率高于氯化钠晶体制备的支架，而用氯化钠造孔粒子制备的支架的强度高于用谷氨酸钠造孔粒子制备的支架。由于在制备过程中引入了等静压处理，支架材料具有良好的强度。     

海藻酸盐复合凝胶在骨组织工程中的研究进展

骨组织工程支架是以修复缺损的骨并恢复其功能为目的而开发出的人工支架。海藻酸盐是世界上含量最丰富的海洋生物高分子聚合物,其在骨组织工程材料中的应用已被大量研究报道。虽然海藻酸盐作为骨组织支架材料具有优异的生物相容性、良好的生物可降解性和无免疫原性等优点,但是仍存在机械强度较弱、缺乏细胞特异性结合位点、支架结构在生理环境中易被破坏等缺点,严重限制其在骨组织工程中的应用。目前,研究者已经研究出几大类海藻酸盐复合支架材料,这些材料均表现出优异的力学性能和生化性能,因此,海藻酸盐复合支架材料可能在骨组织修复和再生方面具有较高的应用价值。本文主要针对海藻酸盐复合支架材料在骨组织工程中的应用作简要概述。     

静电纺丝在组织工程支架材料制备中的应用

综述了静电纺丝的基本原理和过程参数,重点描述了静电纺丝及同轴共纺技术在组织工程支架材料领域的应用,最后对电纺技术在组织工程支架材料领域应用中存在的问题和面临的挑战进行了讨论.