玻璃钢/复合材料  
 
2020年 24卷 10期
刊出日期 2020-04-08

组织工程骨及软骨材料 tissue-engineered bone and cartilage materials
组织工程口腔材料 tissue-engineered oral materials
纳米生物材料 nanobiomaterials
膜生物材料 membrane biomaterials
细胞外基质材料 extracellular matrix materials
材料生物相容性 material biocompatibility
生物材料临床实践 clinical practice of biomaterials
生物材料综述 biomaterial review
组织工程骨及软骨材料 tissue-engineered bone and cartilage materials
1477 张 帅, 王高举, 王 清
经皮穿刺椎体后凸成形中骨水泥渗漏入椎管与胸腰椎椎体后壁形态的关系

文章导读:

经皮穿刺椎体后凸成形术(percutaneous kyphoplasty,PKP)是治疗骨质疏松性椎体压缩骨折(osteoporotic vertebral compression fracture,OVCF)的有效方法之一[1-8]。虽然临床疗效满意,但骨水泥渗漏仍为PKP的主要并发症之一[9-16]。尤其是骨水泥渗漏侵占椎管,可导致不同程度脊髓或神经根损伤,甚至造成灾难性后果[17-19]。为提高手术安全性,既往学者致力于穿刺技巧、骨水泥注射量、骨水泥注射时机等研究,较少将胸、腰椎椎体形态差异作为骨水泥渗漏高危因素进行深入研究[1017-20]

以往课题组临床观察发现胸椎椎体后壁为一弧形凹入椎体实质,椎弓根与椎体分界不清,且椎弓根外侧有部分肋骨经过,影响对骨水泥进入椎管的观察;而腰椎椎体后壁为平面,未凹入椎体实质,椎弓根与椎体分界清楚,因胸、腰椎椎体后壁形态差异对骨水泥渗漏入椎管的观察造成干扰可能也是造成骨水泥渗漏入椎管的高危因素之一。既往许多学者通过干骨标本、X射线平片、CT及三维重建等测量人体胸腰椎椎体、椎管形态。目前尚未见关于胸、腰椎椎体后壁形态特点的量化比较研究[21-28]

试验旨在通过CT及三维重建技术测量比较胸、腰椎椎体后壁凹入椎体深度的差异,进一步分析中下胸椎和腰椎行PKP术发生骨水泥渗漏入椎管的原因。

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

文题释义:
经皮穿刺椎体后凸成形:是一种通过向脊柱骨折椎体内放置球囊撑开装置为骨水泥注射提供低压环境、协助骨折复位,矫正后凸畸形的手术技术。

背景:经皮穿刺椎体后凸成形术(percutaneous kyphoplasty,PKP)是治疗骨质疏松性椎体压缩骨折的有效方法,虽然临床效果满意,但骨水泥渗漏仍然为其主要并发症,既往文献报道骨水泥渗漏进入椎管的因素较多,但由于缺少对于胸、腰椎椎体后壁形态的观察,胸腰椎椎体后壁形态差异可能也是导致骨水泥渗漏进入椎管的重要因素之一。

目的:探讨胸、腰椎椎体后壁形态对骨质疏松性椎体压缩骨折患者行PKP术骨水泥渗漏入椎管的影响。

方法:选取行PKP术治疗的临床资料完整并同时具有T6-L5的CT平扫及三维重建影像资料的骨质疏松性椎体压缩骨折患者98例。采用CT三维重建及多平面重建技术测量非骨折椎体后壁凹入椎体的深度及相应椎体中矢状径,计算各椎体后壁凹入椎体深度占同一椎体中矢状径百分比。将测量椎体分为胸椎组(T6-T12)和腰椎组(L1-L5)进行比较观察。选择同期内行PKP手术治疗无CT三维重建资料的骨质疏松性椎体压缩骨折患者357例(548个椎体),也分为胸椎组和腰椎组观察比较骨水泥渗漏侵占椎管程度。

结果与结论:①测量98例患者椎体后壁参数发现,椎体后壁凹入椎体深度在T6-T12逐渐加深,平均4.6 mm;L1-L5逐渐变浅,平均0.6 mm,椎体后壁凹入椎体深度占同一椎体中矢状径百分比T6-T12均为16%(1/6);L1-L5平均为3%,腰椎较胸椎明显小于16%(1/6);②观察同期行PKP手术治疗的357例患者发现:胸椎行PKP术骨水泥脉渗漏入椎管渗漏率为10.2%(31/304),腰椎渗漏率为3.7%(9/244)。胸椎组骨水泥渗漏侵占椎管最大矢状径平均为(3.1±0.2) mm,侵占椎管面积平均为(30.8±0.3) mm2,椎管侵占率为(22.5±0.2)%;腰椎组骨水泥渗漏侵占椎管最大矢状径为(1.4±0.1) mm,侵占椎管面积为(14.9±0.2) mm2,椎管侵占率为(11.4±0.3)%,胸椎组骨水泥渗漏发生率、侵占椎管最大矢状径、面积明显大于腰椎组(P < 0.05)。③结果证实,中下胸椎行PKP术应尽量避免骨水泥分布达到椎体后16%(1/6),因中下胸椎、腰椎椎体后壁凹入椎体深度差异会对PKP术骨水泥渗漏进入椎管的观察造成影响,可能是导致中下胸椎椎管内骨水泥渗漏率明显高于腰椎的原因之一。该试验获得西南医科大学附属医院伦理委员会批准(批准号:K2018008)。

ORCID: 0000-0003-0148-2980(王清)

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


2020 Vol. 24 (10): 1477-1483 [摘要] ( 25 ) [HTML 9KB] [ PDF 31388KB] ( 3 )
1484 李凡杰, 杜怡斌, 刘艺明, 张之栋, 李 键, 马 力, 李 春, 程永红
椎体成形与弯角椎体成形治疗骨质疏松性椎体压缩骨折:骨水泥注射后分布与渗漏率的比较

文章导读:

在老年人中骨质疏松性椎体压缩骨折较为常见,全世界每年约有140万例新增骨折。随着人口老龄化的日益加重,骨质疏松性骨折也逐渐成为危害老年人身体健康及生活质量的重大公共卫生问题[1-2]。骨质疏松性椎体压缩骨折可引起疼痛、生理功能受限、生活质量下降、死亡率增高等问题[3-4],还会增加未来发生临近椎体骨折的风险[5-6]。对于骨质疏松性椎体压缩骨折的患者来说,保守治疗的方法通常为卧床休息、镇痛、支具保护及物理治疗[4],然而这类治疗仅部分有效,仍有很多患者在保守治疗无效或效果不佳时选择手术治疗。于是Galibert等在1987年引入经皮椎体成形,此后这种微创治疗作为一种对保守治疗无法缓解骨质疏松性椎体压缩骨折的稳定化治疗方法在临床推广。

经皮椎体成形作为治疗骨质疏松性椎体压缩骨折的常规方法,可以达到稳定脊柱、有效缓解短期疼痛的目的[7-9]。但其作为常用术式缺点依然明显:椎体成形治疗的全身并发症少见,但可能会发生脂肪栓塞或动脉栓塞,硬膜外出血也可发生,但极为罕见[10-12];由于注入骨水泥量较大,其最为常见并发症的是骨水泥渗漏,且骨水泥分布不均匀的同时还会增加相邻椎体骨折的风险[13-16]

作为椎体成形的改良术式,弯角椎体成形利用镍钛合金超高弹的特性和聚醚醚酮较好的机械强度,将输送套管头端由平直状改为弯角形变支点,经椎弓根单侧入路穿刺,切口小,可减少穿刺引起的损伤问题及透视次数,骨水泥经由椎体前柱再向中柱弥散,注射点可随位移控制,机动性强,其最大的特点是能使骨水泥对称均匀分布,平衡椎体两侧强度,理论上能保证骨水泥在椎体内的均匀分布,可解决传统椎体成形单点、单次注射骨水泥分布不均导致骨折区疼痛缓解效果不佳的问题。弯角椎体成形在不增加临床风险的情况下是脊柱外科进步和改良的一个很好例子[17-18]

研究比较椎体成形和弯角椎体成形两种术式的疗效差异以及术后并发症情况,借此探究弯角椎体成形相较于椎体成形是否具有更高的临床适用性。

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

文题释义:
椎体成形:临床全称为经皮穿刺椎体成形,属于微创手术,是通过向病变椎体内注入骨水泥(聚丙烯酸甲酯A)或人工骨达到强化椎体的技术。
弯角椎体成形术:在体成形术式的基础上,在患者背部做一约2 mm的切口,利用镍钛合金超高弹性的特性和聚醚醚酮较好的机械强度,将输送套管头端由平直状改为弯角形变支点,在X射线监护下经皮肤穿刺进入椎体建立工作通道,将骨水泥或人工骨注入椎体内的改良术式。

背景:弯角椎体成形为椎体成形的改良术式,其最大的特点是能使骨水泥对称均匀分布,平衡椎体两侧强度,理论上能保证骨水泥在椎体内的均匀分布,解决传统经皮椎体成形单点、单次注射骨水泥分布不均导致骨折区疼痛缓解效果不佳的问题。

目的:对比椎体成形与弯角椎体成形行骨水泥注射治疗骨质疏松性椎体压缩骨折的临床疗效,探讨弯角椎体成形在临床应用中的价值。

方法:选择2017至2018年安徽医科大学第三附属医院收治的单椎体骨质疏松性椎体压缩骨折患者70例,随机分2组:椎体成形组(n=35)进行椎体成形聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥注射治疗,弯角椎体成形组(n=35)进行弯角椎体成形聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥注射治疗,观察两组骨水泥分布与渗漏情况;术前、术后1 d进行目测类比评分与Oswestry功能障碍指数评估;术后随访1年,观察伤椎椎体前缘高度恢复情况与邻近椎体骨折发生的情况。试验获得安徽医科大学医科大学第三附属医院伦理委员会批准。

结果与结论:①与椎体成形组比较,弯角椎体成形组骨水泥分布较均匀、较满意(P < 0.05),骨水泥渗漏率较低(P < 0.05);②两组术后1 d的目测类比评分与Oswestry功能障碍指数均较术前明显改善(P < 0.05),且弯角椎体成形组术后1 d的Oswestry功能障碍指数改善优于椎体成形组(P < 0.05);③两组术后1年的伤椎椎体前缘高度均较术前明显改善(P < 0.05),两组间比较差异无显著性意义(P > 0.05);④两组邻近椎体骨折发生率比较差异无显著性意义(P > 0.05);⑤结果表明与椎体成形治疗比较,弯角椎体成形行骨水泥注射治疗骨质疏松性椎体压缩骨折可降低骨水泥的渗漏率,提高患者生活质量。

ORCID: 0000-0002-3230-7133(李凡杰)

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2020 Vol. 24 (10): 1484-1490 [摘要] ( 9 ) [HTML 8KB] [ PDF 34148KB] ( 6 )
1502 李树源, 周琦石, 李 悦, 林知毅, 周宏亮, 申 震, 胡 柽, 杨佳宝
骨水泥间隔器表面微观形貌改变对诱导膜内成骨因子表达的影响

文章导读:

Masquelet技术(诱导膜技术)是一种可有效替代Ilizarov牵张成骨技术的重建骨缺损的新方法[1-3]。研究发现诱导膜除了可以发挥机械性阻隔作用外,膜内含有丰富的微血管系统,可表达3种已知的骨生长相关因子,即血管内皮生长因子、骨形态发生蛋白2和转化生长因子β1,这些血管和生长因子对成骨细胞的增殖和骨愈合至关重要[4-7]。目前国内外学者试图通过改变植入材料的种类和形貌来改良诱导膜厚度、光滑程度等机械化学性能,促进植骨生长。GAIO等[8]认为改变间隔物表面形貌可显著影响膜的拉伸和收缩力学性能,即粗糙骨水泥产生的膜具有较低的弹性模量,而改变间隔材料的种类可以影响溶质跨膜运输,如钛诱导的膜对大分子溶质的跨膜转运提供了更好的阻隔作用。LUANGPHAKDY等[9]发现使用形貌不同的间隔物不会增加新骨形成。那么,不同表面形貌骨水泥间隔器所诱导出的生物膜的生物化学性能是否存在差别?此次实验的目的在于明确聚甲基丙烯酸甲酯抗生素骨水泥表面微观形貌改变是否对膜内血管化程度和部分成骨因子的表达有积极或消极影响。

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

文题释义:
聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥:为临床上常用的骨科植入材料,具有很大的抗压能力,抗压缩能力为97 MPa,也具有良好的生物相容性。1987年Galibert等首次报道用聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥来治疗椎体血管瘤,并将此技术称之为经皮椎体成形。1970年Buchholz首次应用载抗生素骨水泥控制关节感染,目前以聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥作为抗生素的缓释载体被广泛应用于人工全髋关节置换及骨髓炎的治疗。
转化生长因子β1:是具有多种功能的蛋白多肽,是“转化生长因子β超家族”成员之一,大量存在于骨组织与血小板中,可以刺激间充质干细胞的增殖、分化,并抑制间充质干细胞向脂肪细胞分化,也促进成骨细胞、成软骨细胞的增殖及细胞外基质的合成,诱导膜内成骨和软骨内成骨。


背景:目前国内外学者试图通过改变植入材料的种类和形貌、改良诱导膜厚度、光滑程度等机械化学性能来促进植骨生长。

目的:比较大鼠股骨骨缺损处不同表面粗糙程度聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥形成的诱导膜在膜内血管化程度和部分成骨因子表达的差异。

方法:取48只雄性SD大鼠(购自广州中医药大学实验动物中心)建立大鼠临界尺寸股骨缺损模型,按随机数字表法分为A、B、C、D组,分别在股骨骨缺损处植入表面粗糙度<1.5 µm、1.5-2.0 µm、5.0-7.0 µm、14.0-20.0 µm的聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥占位器。植入6周大鼠体内诱导膜形成后取出骨水泥周围的诱导膜,苏木精-伊红染色观察诱导膜病理组织形态结构变化,采用Western Blot印迹方法和免疫组织化学染色法对诱导膜中骨形态发生蛋白2、转化生长因子β1、血管内皮生长因子蛋白进行定量和定性分析。实验获得广州中医药大学动物实验伦理委员会批准,批准号:20181101006。

结果与结论:①苏木精-伊红染色显示,4种表面粗糙程度不同的骨水泥均可以形成较为规则的诱导膜,4组诱导膜之间血管化程度和细胞的数量大体相似;②Western Blot印迹检测显示,各组诱导膜内骨形态发生蛋2、转化生长因子β1、血管内皮生长因子蛋白平均含量基本相似(P > 0.05);③免疫组织化学染色显示,各组诱导膜内骨形态发生蛋2、转化生长因子β1、血管内皮生长因子蛋白阳性表达基本相似(P > 0.05);④结果表明,骨水泥表面粗糙程度改变对诱导膜的组织形态结构和骨形态发生蛋2、转化生长因子β1、血管内皮生长因子表达在6周时无明显影响。

ORCID: 0000-0003-1405-0765(李树源)

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2020 Vol. 24 (10): 1502-1507 [摘要] ( 6 ) [HTML 9KB] [ PDF 25224KB] ( 0 )
1508 罗旭江, 鲜 海, 彭礼庆, 沈 师, 张 彬, 高 超, 王振勇, 眭 翔, 黄靖香, 韩 刚, 刘舒云, 郭全义, 鲁晓波
超临界二氧化碳萃取的猪松质骨

文章导读:

创伤、感染、肿瘤等病因导致的骨缺损日益增多,据不完全统计,中国每年有超过300万骨缺损患者,骨缺损的修复和治疗是临床难题之一。近年来随着组织工程技术的快速发展,骨组织工程受到越来越多骨科医师重视。临床上应用的工程骨种类较多,主要有:①高分子材料:包括生物高分子材料与合成高分子材料,生物高分子材料如藻酸盐[1]、胶原蛋白[2]、动物明胶等,合成高分子材料如聚乙烯醇、聚乙醇酸交酯等;②生物陶瓷[3]:如羟基磷灰石、磷酸三钙等;③经加工的生物衍生骨:如自体骨[4]、同种异体骨、异种骨。生物高分子材料具有良好的生物活性,但存在力学强度差、降解速率快等不足,生物力学的降低及移植物降解速率与成骨速率的不匹配将影响植骨效果;合成高分子材料降解产物可引起局部排异[5];生物陶瓷脆性大、易碎,仅用于非承重区骨缺损的修复。目前临床上骨缺损患者的手术金标准是自体骨移植[6],但自体骨移植存在取骨量有限、二次手术创伤等问题,易出现术后疼痛、出血等并发症[7]

经加工的生物衍生骨具有来源广泛、生物力学特性和结构与自体骨相似等特点,是目前可用于替代自体骨的良好的骨缺损修复材料[8]。但经加工的生物衍生骨如同种异体骨,仍面临着免疫排斥反应、传播疾病的困扰[9]。在传统的处理方法中,一般使用有机溶剂(氯仿或丙酮)浸泡去除软组织,但由于化学试剂在骨的孔隙中扩散较差,深部骨组织清洗效果欠佳,同时使用有机溶剂也会导致有毒物质残留。此外,有机溶剂清洗过程可能导致骨组织原有的骨诱导活性及其生物力学性能下降。目前使用较多的深低温冷冻和冻干技术可消除活细胞、降低免疫原性。但随着对深低温冷冻和冻干骨的深入研究,不少学者发现深低温冷冻骨和冻干骨并不能完全满足临床的需求[10]。这让不少学者再次将目光投向生物衍生骨的处理技术。

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。二氧化碳因性质稳定、无毒、易分离、临界条件容易达到等优点受到研究者的关注。超临界二氧化碳具有液体相似的溶解能力及气体相似的扩散能力[11],能够深入渗透细胞基质[12],在相对温和的条件下对生物材料完成处理,其作为溶剂已被广泛应用[1113]

实验选取猪股骨松质骨作为研究对象,旨在通过超临界二氧化碳清洗技术处理骨移植物并对材料生物学性能进行检测,为超临界二氧化碳在骨组织清洗方面提供依据,为骨组织的处理提供更多的选择,尤其是为同种异体骨的处理提供更多的经验,进一步地为临床提供性能优异的骨移植材料。

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

文题释义:
超临界二氧化碳:任何一种物质都存在3种相态,即气相、液相、固相,其中液、气两相相界面消失的点叫超临界点。二氧化碳(CO2)因性质稳定、无毒,临界点容易达到而被广泛应用。
松质骨:主要分布于长骨的两端、短骨、扁骨及不规则骨的内部,由骨小梁互相交织构成,其骨密度低于皮质骨,富有弹性,松质骨结构有助于维持骨骼形态,抵抗压力。松质骨高度多孔,可以促进气体交换、营养和代谢废物扩散,能够引导自体干细胞爬行进入缺损区域,加快血管长入,促进骨重建。

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。

ORCID: 0000-0003-4451-4815(罗旭江)

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2020 Vol. 24 (10): 1508-1514 [摘要] ( 3 ) [HTML 8KB] [ PDF 29753KB] ( 0 )
组织工程口腔材料 tissue-engineered oral materials
1491 陈俊良, 李明霞, 吕冬梅, 何 芸
迷你种植体支持的下颌覆盖义齿三维有限元分析

文章导读:

随着社会老龄化进程不断加剧和生活水平的逐步提高,老年缺牙患者数量不断增加。据报道在中国65-74岁年龄段中,牙列缺失(全口无牙)患者达到了6.8%[1]。牙列缺失严重影响患者的咀嚼、美观、语音等功能,给患者带来生理性和心理性的双重伤害。由于失牙后牙槽骨的不断吸收,特别是下颌,传统的全口活动义齿固位和稳定性能常常不足,导致义齿脱落、患者咀嚼效率低下、妨碍口腔组织健康等不良反应[2]。种植修复的引入较为有效解决了义齿的固位和稳定性问题。在下颌骨颏孔间区域植入2-4枚种植体行种植体覆盖义齿,已被广泛应用于下颌牙列缺失的修复,且取得了满意的治疗效果[3]。但对于下颌骨吸收严重的患者,传统尺寸种植体植入会受到限制,如果配合附加手术,如牙槽嵴增高术、骨劈开、植骨、下牙槽神经移位术等,无疑会增加手术时间、风险和治疗费用,因此,植入小直径的种植体如迷你种植体是一种较好的选择。但是,迷你种植体的应用需要严密设计,因为相对于常规种植体而言其初期稳定性较低,折断的可能性相对较大[4]

为增加种植体支持式覆盖义齿的固位及支持,保证义齿的美观和舒适性,通常在种植体上部设计附着体与覆盖义齿相连。附着体由阴性和阳性两部分主要连接结构组成,它的阳性部分可与基牙或种植体连接,其阴性部分则与义齿结合,两个部分连接后可为修复义齿提供良好的固位、稳定作用。其中,球帽附着体是常用于覆盖义齿的一种附着体[5]

实验选取拟行种植体支持式下颌覆盖义齿患者的影像学资料,建立4种不同数目和直径的(常规和迷你)种植体联合球帽附着体支持的下颌覆盖义齿模型,对比分析其生物力学特征,揭示不同种植修复方式对种植体以及周围组织的影响,为种植体支持式覆盖全口义齿的应用奠定坚实的理论基础,以指导临床选择最佳修复治疗方案。

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

文题释义:
迷你种植体:通常是指直径在1.8-2.9 mm的小直径种植体。它从1990年开始被引入口腔治疗,最开始迷你种植体主要用于正畸治疗和临时修复体,结果发现这些种植体与骨形成了良好的骨整合,很难将其移除。2012年FDA认可了迷你种植体可以作为临时和永久的修复治疗方式。
三维有限元法:是一种利用计算机软件和三维数据对真实物理系统进行模拟,建立三维模型进行数值计算的方法。三维有限元法计算精度高,并且能仿真模拟各种复杂形状和物理性能,因而逐渐成为应用广泛的力学和工程分析手段。当前,三维有限元法在口腔医学研究特别是种植修复治疗中的应用已越来越多。

背景:在下颌骨颏孔间区域植入2-4枚种植体行种植体覆盖义齿,已被广泛应用于下颌牙列缺失修复中。但对于下颌骨吸收严重的患者,传统尺寸种植体植入受限,因此植入迷你种植体是一种较好的选择。

目的:对比分析常规和迷你种植体支持下颌全口覆盖义齿的生物力学特征,揭示不同种植修复方式对种植体及其周围组织的影响。

方法:获取1例身体健康全口无牙拟行种植体支持式覆盖义齿患者的锥形束CT资料,利用其影像学资料和种植体、附着体三维数据建立4个不同修复方式的模型:2枚常规种植体、4枚常规种植体、4 枚迷你种植体、5枚迷你种植体分别联合球帽附着体支持的下颌全口覆盖义齿。在双侧后牙区分别施加垂直向150 N的垂直向载荷,比较分析各模型的骨组织应力、种植体位移及种植体应力等生物力学性能。

结果与结论:①4枚常规种植体模型的骨组织最大应力值最小,为2.71 MPa;4枚迷你种植体模型的骨组织最大应力值最大,为7.93 MPa;4枚常规种植体模型的种植体最大位移值最小,仅为1.37 µm,2枚常规种植体模型的种植体最大位移值最大,为1.57 µm;4枚常规种植体模型的种植体最大应力值最小,为12.90 MPa;4枚迷你种植体模型的种植体最大应力值最大,为22.17 MPa;虽然4枚迷你种植体模型的骨组织应力、种植体位移与种植体应力均略大于4枚常规种植体模型,但其数值在可接受的范围内;②在相同直径的种植体模型中,随着种植体数目的增加,骨组织应力、种植体位移和种植体应力值均减小,这些指标的分布更加均匀;③三维有限元分析结果提示,迷你种植体(4枚或5枚)联合球帽附着体支持下颌全口覆盖义齿是一种可接受的修复方式。

ORCID: 0000-0003-3997-5668(陈俊良)

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2020 Vol. 24 (10): 1491-1495 [摘要] ( 9 ) [HTML 6KB] [ PDF 23965KB] ( 2 )
1515 尹 颖, 王家齐, 戴小寒, 李毅萍, 张学慧
两种引导组织再生膜骨修复效果的比较

文章导读:

引导组织再生是口腔临床广泛使用的一种治疗牙周缺损的最有效方法[1]。引导组织再生膜材料是修复治疗的核心,其作为物理屏障在缺损组织上方形成并维持再生间隙,促进细胞迁移与生长以形成新的组织,同时阻止结缔组织细胞和上皮细胞长入[2]。目前临床广泛采用的引导组织再生膜材料主要为可吸收膜和不可吸收膜,可吸收膜最常见的有Bio-Gide®、Biomend®等,主要成分为胶原;不可吸收膜如聚四氟乙烯,虽然均具有良好的细胞相容性,但是现有引导组织再生膜材料由于性能不足仍不能满足临床修复需求,主要表现为:对于可吸收引导组织再生膜材料,由于其力学强度低缺乏足够的力学支撑,容易发生塌陷,导致牙周修复空间受限;对于不可吸收引导组织再生膜材料,由于生物诱导活性差,直接影响牙周缺损的有效再生[2-3]。因此设计研发具有骨诱导活性、满足一定力学支撑的引导组织再生膜材料,是改善目前临床修复效果的重要途径。

天然骨的“压电效应”对骨修复及功能维持有重要作用[4-6]。受此启发,近年来国内外研究者针对电活性人工修复材料开展了大量研究,例如钛酸钡[7-8]、铌酸钾钠[9]、铌酸锂等压电陶瓷与聚偏氟乙烯及其共聚物聚偏氟乙烯三氟乙烯等压电聚合物[10-14],因其良好的生物相容性和骨诱导性能而被广泛用作骨植入材料。课题组前期研究中将钛酸钡纳米颗粒与聚合物基质聚(1-乳酸)复合并经过静电纺丝技术制备出电活性纤维复合膜材料,具有良好的生物相容性,可促进骨髓间充质干细胞的成骨分化性能[15]。此外,课题组还将钛酸钡与聚偏氟乙烯三氟乙烯进行复合形成电活性纳米复合膜材料,并对其理化性能和生物学性能进行了系统研究,经优化后确定为含体积分数5%钛酸钡纳米颗粒含量的钛酸钡/聚偏氟乙烯三氟乙烯纳米复合膜,经过极化处理后可具备生理电位量级的电学性能,明显促进骨髓间充质干细胞的黏附、生长、成骨分化及骨缺损修复[16]。此次实验通过比较钛酸钡/聚偏氟乙烯三氟乙烯压电纳米复合膜与临床常用聚四氟乙烯膜在修复临界尺寸骨缺损的效果差异,旨在进一步验证和稳定仿生电位纳米复合膜材料作为引导组织再生膜的可行性和有效性。

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

文题释义:
压电效应:指晶体材料受到压力作用时会在两端面间出现电压。1880年,法国物理学家P.居里和J.居里兄弟发现,把重物放在石英晶体上后晶体某些表面会产生电荷,电荷量与压力呈比例。
压电常数:是压电体将机械能与电能相互转变的转换系数,主要反映了压电材料弹性(机械)性能与介电性能之间的耦合关系。


背景:课题组前期研究证实,含体积分数5%钛酸钡纳米颗粒的钛酸钡/聚偏氟乙烯三氟乙烯压电纳米复合膜可明显促进骨髓间充质干细胞的黏附、生长、成骨分化及骨缺损修复,然而针对临床应用,该材料作为引导组织再生膜与现有临床上不可降解膜产品的骨修复效果有何差异尚不清楚。

目的:对比考察钛酸钡/聚偏氟乙烯三氟乙烯压电纳米复合膜材料与商用聚四氟乙烯膜修复大鼠颅骨临界尺寸缺损的效果。

方法:采用溶液浇铸法制备出含体积分数5%钛酸钡纳米颗粒的钛酸钡/聚偏氟乙烯三氟乙烯压电纳米复合膜,经过电晕极化处理后使其表面带电。通过扫描电镜、原子力显微镜和水接触角测量仪检测钛酸钡/聚偏氟乙烯三氟乙烯压电纳米复合膜与聚四氟乙烯膜的表面形貌、表面粗糙度及表面亲疏水性。在SD大鼠(购自北京大学口腔医学院实验动物中心)颅骨矢状缝两侧制作直径为5 mm的全厚骨缺损,左侧覆盖聚四氟乙烯膜(对照组),右侧覆盖钛酸钡/聚偏氟乙烯三氟乙烯压电纳米复合膜(实验组),术后4,12周,利用Micro-CT和组织学方法评价材料覆盖大鼠颅骨缺损的骨修复情况。实验已经通过北京大学口腔医学院实验动物伦理委员会讨论批准。

结果与结论:①钛酸钡/聚偏氟乙烯三氟乙烯压电纳米复合膜表面平整致密,钛酸钡纳米颗粒均匀分布在基体内;聚四氟乙烯膜由疏松的粗大纤维组成;钛酸钡/聚偏氟乙烯三氟乙烯压电纳米复合膜的表面粗糙度低于聚四氟乙烯膜(P < 0.001),亲水性优于聚四氟乙烯膜(P < 0.001);②Micro-CT和组织学检测显示,术后4周时,两组缺损处均有新骨生成,但实验组缺损中央有明显的新骨生成;术后12周时,两组缺损均已愈合,但实验组新骨成熟程度高于对照组;③结果表明,钛酸钡/聚偏氟乙烯三氟乙烯压电纳米复合膜可能作为引导组织再生膜。

ORCID: 0000-0002-6993-5627(尹颖)

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

2020 Vol. 24 (10): 1515-1520 [摘要] ( 4 ) [HTML 7KB] [ PDF 26471KB] ( 4 )
1521 庞国宝, 赵 凝, 安美文
种植义齿相对位置对食物嵌塞影响的有限元分析

文章导读:

种植义齿是一种固位、支持、稳定功能都很出色的牙修复体[1-2],其修复后的食物嵌塞现象是困扰广大牙列缺损患者的一个普遍现象。近期国内外对自然牙及种植义齿模型建立主要分为实体重建及绘制建模[3-9]。2017年SHAHMIRI  等[10]对整个下颌牙列进行建模,并与设计的可摘局部义齿金属支架进行组合,随后对该模型施加表面压力进行有限元分析。在国内外研究中,单颗牙齿及其牙周组织的组合模型最为常见。2016年王洪宁等[11]建立切牙及其牙周膜模型并对其进行有限元分析。2017年LEE等[12]建成更加精细的单颗牙齿及其牙周组织模型,随后对其进行网格划分及有限元分析。绘制建模,如2016年江鹭鹭等[13]使用PRO/E WILDFIRE软件绘制不同冠根比的种植义齿三维有限元模型,随后在ANSYS WORKBENCH软件中进行有限元分析,比较义齿不同部位的受力情况。2012年张站柱等[14]将复杂的牙齿模型简化为二维简单模型,使用ABAQUS软件研究种植义齿替换自然牙后的食物嵌塞情况及义齿高度对食物嵌塞的影响,研究发现嵌塞物受力在0-5.5 N范围之内时种植义齿后更易发生塞牙。该研究是国内外首篇采取有限元分析方法定量分析种植义齿的高度对塞牙影响的研究[15-16],但该研究也有其缺陷:一是牙齿受力时变化很大,不如三维模型能够更加确切地模拟牙齿的受力情况;二是仅在牙齿模型上方施加水平力来代替牙齿间作用力,没有考虑到牙齿与邻牙接触面积较大。

研究在张站柱的基础上进行改进,构建4颗牙齿模型,对牙齿接触面设置相应接触,更好地模拟牙齿间相互作用力,并引入牙槽骨设置更接近于实际情况的边界条件;在施加垂直于牙齿楔状隙表面的垂直力来模拟垂直型食物嵌塞的同时[17],对牙齿间牙龈乳头退化处的楔状隙施加平行于楔状隙表面的水平力来模拟水平型食物嵌塞,并在该研究的基础上,全面分析种植义齿的相对位置对食物嵌塞的影响。

实验设置了种植义齿的不同相对宽度、相对高度、相对角度,建立了15组局部牙列模型及相同的局部自然牙列模型作为对照组,对所有30组局部牙列模型进行数值模拟,使用ABAQUS软件中测量工具测量受力前后牙间隙M点与N点水平距离,讨论分析种植义齿的相对位置对食物嵌塞的影响。简化局部牙列模型见1所示。

文题释义:
食物嵌塞:是指在咀嚼过程中咬合压力将食物碎片楔入两颗相邻牙齿牙间隙的现象。食物嵌塞可分为垂直型和水平型,垂直型食物嵌塞是指食物碎片从𬌗面的垂直方向上嵌入牙间隙内,水平型食物嵌塞是指食物碎片被唇、舌的压力挤入牙间隙内。
种植义齿:是指经手术方法在口腔牙齿缺失区域牙槽骨内植入采用金属、陶瓷等人工材料制成的类似于牙根形态的种植体,即人工牙根,待其成活且形成骨结合后再在上端制作修复体完成种植义齿的修复。

背景:种植义齿是一种固位、支持、稳定功能都很出色的牙修复体,但其种植后的塞牙现象是困扰广大牙列缺损患者的一个普遍现象。

目的:应用有限元分析法针对食物嵌塞这一问题进行生物力学数值模拟分析,给出种植义齿的相对宽度、相对高度、相对角度对食物嵌塞影响的定量关系。

方法:为研究种植义齿相对牙齿在不同宽度、高度、角度情况下对食物嵌塞的影响,设计了义齿上部结构不同宽度组(分5个亚组:5.6,5.7,5.8,5.9,6.0 mm)、义齿上部结构不同高度组(分5个亚组:6.6,6.8,7.0,7.2,7.4 mm)、义齿不同种植角度组(分5个亚组:92°、91°、90°、89°、88°)、自然牙牙冠不同宽度组(分5个亚组:5.6,5.7,5.8,5.9,6.0 mm)、自然牙牙冠不同高度组(分5个亚组:6.6,6.8,7.0,7.2,7.4 mm)、自然牙不同生长角度组(分5个亚组:92°、91°、90°、89°、88°)4颗牙齿局部牙列模型,每个亚组通过改变第3个牙齿部件的相对位置来设计,其余条件相同。对所有牙列模型进行食物嵌塞数值模拟,并分析牙齿受力形变情况,比较各组间受力前后牙间隙宽度曲线。

结果与结论:①随着种植义齿上部结构宽度的增加,义齿受力后水平总位移缓慢减少;当上部结构宽度为5.9-6.0 mm间时,自然牙受力变形后牙间隙迅速减小,此时种植义齿对食物嵌塞的影响趋近于自然牙情况下的食物嵌塞状况;②当义齿上部结构高度低于邻牙时,随着该义齿上部结构高度的增加,受力后牙间隙先增大后减小;当义齿低于邻牙且高度在6.8-7.0 mm之间时,受力后牙间隙迅速减小;③义齿受力前后水平总位移随着种植角度的增加缓慢减小;④结果表明为减小食物嵌塞现象,种植义齿与邻牙间隙应小于0.05 mm,种植义齿上部结构高度应低于邻牙0.2 mm左右,种植角度应约等于90°。

ORCID: 0000-0001-6562-4699(庞国宝)

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


2020 Vol. 24 (10): 1521-1527 [摘要] ( 2 ) [HTML 7KB] [ PDF 27168KB] ( 2 )
纳米生物材料 nanobiomaterials
1496 余和东, 张 丽, 夏凌云, 毛 敏, 倪小兵, 冷卫东, 罗 杰
3D打印成型纳米羟基磷灰石/壳聚糖/聚己内酯三元复合支架材料的构建及表征

文章导读:

肿瘤、创伤及感染等因素均会导致不同程度和不同类型的骨缺损。据研究报道,中国每年骨缺损患者至少500万,骨修复材料年市场规模已达4 000亿人民币,2012年骨修复方面的花费可能占到发展中国家总体医疗开支的25%[1],这一数据随着社会发展可能会进一步升高。因此寻找更好的骨组织再生修复材料,为患者再造功能和美学,是再生医学研究的前沿和热点问题。自体骨、异体骨、异种骨移植由于存在供体来源有限、疾病相互传播、免疫排斥等问题,难以完全满足患者和临床医生的需要,研发具有自主知识产权的生物材料是解决骨缺损修复材料短缺的根本途径。尽管目前临床上已有多种骨缺损修复材料,但其均无法良好模拟天然骨组织优良的组分构成及多级分层结构。此外大量研究结果表明,体外构建的组织工程骨在临床应用受到限制,如大尺寸组织工程骨的血管化问题、体内外环境的巨大差异导致体外培养的细胞在植入体内后存活率较低、临床应用时限要求及活体器件的保存运输  等[2-4],这些问题截止目前尚无完善的解决方案。

组织工程技术的发展为骨缺损修复提供了新的思维方式和方法,是将体外培养的功能相关种子细胞种植于天然的或人工合成的支架材料内,体外培养一段时间后将他们移植到体内,再造或者修复器官与组织的技术[5-6]。那么组织工程技术最为关键的技术就是支架材料的构建,支架材料的构建是采用人工合成的支架材料为新生细胞(比如成骨细胞)、调控因子提供生长空间并引导其生长,它不仅要有一定的机械强度,还要有生物降解性、合适的降解速度等优越的生物力学性能。据国内外研究报道,目前常用的修复骨缺损所用支架材料有3大类:无机的生物陶瓷材料、人工合成的可降解聚合物、天然的或者合成的高分子可降解物等。这3类材料都有其缺陷,生物陶瓷虽然骨结合生物活性高但强度低;可降解聚合物强度高,但没有细胞识别标识,亲水性差;高分子可降解物降解速度太快,抗力性差。所以单一类型材料一般难以满足骨组织工程支架材料的要求,通过合适的方法将几种单一材料组合,综合考虑各种材料优缺点,互相取长补短,形成复合型材料,是近年来学者们的研究重点。

羟基磷灰石在组织和结构上与颌骨和颅骨的无机成分相似,具有良好的生物相容性,并能诱导成骨,缺点是羟基磷灰石过载发生时会出现断裂,限制了其在承载部位的应用。壳聚糖是一种线性的天然高分子聚糖基化合物,生物相容性、可降解性、亲水性和细胞亲和力、黏附力均比较优越。聚己内酯是一种线性聚合物,是利用己内酯单体聚合而得来的脂肪族聚酯,机械强度较高,易于加工,同时降解产物可以通过体内三羧酸循环或者肾小管的代谢清除,已用于骨修复多年。研究拟利用纳米羟基磷灰石、壳聚糖和聚己内酯这3种材料各自的优点来克服他们的缺点,通过3D打印成型技术制备出纳米羟基磷灰石/壳聚糖/聚己内酯多孔复合支架材料,以改善其生物学性能和力学性能,而支架材料的表征如支架吸水率、抗压强度、降解性能、支架孔径等性能决定了其是否能为种子细胞提供物理和生物学稳定性,故拟阐述纳米羟基磷灰石/壳聚糖/聚己内酯三元复合支架材料的构建技术,并对其做表征分析,为复合支架材料修复骨缺损提供理论依据。

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  

文题释义:
组织工程骨:将体外培养的功能相关的种子细胞种植于天然的或人工合成的支架材料内,加入生长因子体外培养一段时间,将他们移植到体内,促进组织修复和骨再生的人工骨。组织工程骨形成的3要素为:支架材料、成骨细胞、生长因子。
生物陶瓷:生物表面活性陶瓷通常含有羟基,还可做成多孔性,生物组织可长入并同其表面发生牢固的键合;生物吸收性陶瓷的特点是能部分吸收或者全部吸收,在生物体内能诱发新生骨的生长。生物活性陶瓷具有骨传导性,它作为一个支架,成骨在其表面进行;还可作为多种物质的外壳或填充骨缺损。生物陶瓷有羟基磷灰石陶瓷、磷酸三钙陶瓷等。 

背景:目前常用的骨缺损修复支架材料种类较多,但单一类型材料难以满足骨组织工程支架材料的要求,通过合适的方法将几种单一材料组合形成复合型材料,综合考虑各种材料优缺点,是近年来学者们的研究重点。

目的:构建纳米羟基磷灰石/壳聚糖/聚己内酯三元复合支架材料,并作表征分析研究。

方法:采用3D打印成型技术制备纳米羟基磷灰石/壳聚糖/聚己内酯多孔三元复合支架材料,从X射线衍射分析、吸水率、抗压强度、体外降解性能、孔径分析、扫描电镜分析等多个维度对支架材料进行表征研究。

结果与结论:①X射线衍射分析显示,纳米羟基磷灰石/壳聚糖/聚己内酯多孔三元复合支架的晶型峰图与羟基磷灰石粉末衍射标准卡片类似,表明该三元复合支架是通过物理作用相互结合的,不影响羟基磷灰石的生物学功能;②三元复合支架的吸水率为18.28%,亲水性好,支架可承受的最大压力为1 415 N,其体外降解速率与成骨速率相当;③显微镜下可见三元复合支架的内孔为方形,孔径250 µm,孔径大小均匀、分布有致;④扫描电镜下三元复合支架可见,壳聚糖和聚己内酯组成的纤维排列整齐有序,成网格状, 羟基磷灰石呈颗粒状在纤维表面均匀分布,三元复合材料呈现均匀、疏松的微孔结构;⑤结果表明,通过3D打印成型技术可成功制备纳米羟基磷灰石/壳聚糖/聚己内酯三元复合支架材料,其具有适度的抗压强度、一定的孔隙率、适宜的降解速度和吸水率,能为修复骨缺损的奠定基础。

ORCID: 0000-0002-6321-9160(余和东)

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  


2020 Vol. 24 (10): 1496-1501 [摘要] ( 4 ) [HTML 7KB] [ PDF 23416KB] ( 1 )
1528 牛月月, 王春燕, 舒静媛, 崔颖颖, 刘 贞, 高 艳, 王 倩, 王青山
氧化锆基纳米羟基磷灰石功能梯度材料的制备及力学检测

文章导读:

氧化锆陶瓷硬度和强度大[1],不易被氧化,具有良好的生物相容性和美观效果[2-3]。人工合成的纳米羟基磷灰石在成分、形态、结构上与骨和牙组织的纳米羟基磷灰石相似,具有优良的生物活性和化学稳定性,能与骨组织形成紧密的生物学和化学结合[4],但纳米羟基磷灰石陶瓷的机械强度远不及氧化锆。因此,既充分发挥2种材料的性能优势又使两者之间产生牢固的结合,成为近年来学者们研究的方向。研究表明在氧化锆基体表面结合羟基磷灰石,充分综合了2种材料各自的优点[5],既具有较高的强度和韧性又具有良好的生物相容性,能诱导骨组成形成并与骨组织形成化学键结合,是较为理想的硬组织替代材料,但羟基磷灰石易从氧化锆表面脱落成为其致命缺陷[6]

生物功能梯度材料是在生物领域应用的一类功能梯度材料[7],是一种新型的性能渐变的非均质复合材料,通常由2种或2种以上性能不同的材料复合而成,通过连续改变2种或2种以上材料的组分、体积含量的分布,使其内部界面减少乃至消失,以达到优化材料内部应力、性能分布的目的,从而满足不同部位对材料使用性能的要求[8-9]。生物功能梯度材料可应用于种植修复、骨组织替代等领域。实验应用梯度复合技术,采用粉末冶金方法高温烧结制备氧化锆基纳米羟基磷灰石功能梯度材料,通过对其初步机械强度的检测,筛选出力学性能最佳的梯度设计和烧结温度,为该新型生物功能梯度材料的设计、制备和进一步的力学和生物学研究提供理论和实验依据。

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文题释义:
功能梯度材料:将2种或2种以上的材料采用梯度复合技术,使其组成和结构由一侧向另一侧呈连续梯度变化,以减小及克服结合部位的性能不匹配现象,达到内部界面消失,材料的性能相应于组成和结构的变化也呈现梯度变化。
氧化锆陶瓷:目前被认为是硬度最大、耐磨性能最好的陶瓷材料之一,具有良好的生物活性、力学性能以及良好的抗热传导性和抗腐蚀性,近年来关于该生物性陶瓷的研究越来越多,该材料广泛应用于医疗、保健、纺织、耐火材料等领域。

背景:研究表明在氧化锆基体表面涂覆纳米羟基磷灰石涂层,既具有较高的强度和韧性又具有良好的生物相容性,是较为理想的硬组织替代材料,但涂层易从氧化锆表面脱落成为其致命缺陷。

目的:应用梯度复合技术制备以纯氧化锆为基体、中间为梯度层、表面为纯纳米羟基磷灰石的功能梯度生物陶瓷,并筛选其最佳力学性能的设计方案及烧结温度。

方法:以氧化锆和纳米羟基磷灰石粉末为原料,应用粉末冶金法中的叠层法制备陶瓷生坯试件,根据基体氧化锆层厚度的不同分为 A组(40 mm)、B组(30 mm)、C组(20 mm),每组又根据氧化锆/纳米羟基磷灰石复合材料梯度层数的不同分为1组(3层)、2组(5层)、3组(7层),9组共162个陶瓷生坯试件,分别将坯体以不同温度烧结(1 300,1 350,1 400,1 450,1 500,1 550 ℃)为陶瓷试件,将其加工成矩形试样进行力学性能检测。

结果与结论:①采用10 MPa单面垂直加压可形成氧化锆基纳米羟基磷灰石梯度功能材料生坯试件;②随着梯度层数及烧结温度的增加,各组功能梯度生物陶瓷的力学性能随之增强,当烧结温度为1 550 ℃时,梯度层数为7、基体厚度为40 mm的功能梯度生物陶瓷力学性能最优,与其他8组比较差异有显著性意义(P < 0.05);③按最佳梯度设计方案,采用高温烧结技术制备的氧化锆基纳米羟基磷灰石功能梯度材料陶瓷试件具有较高的力学性能。

ORCID: 0000-0001-6925-4998(牛月月)

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2020 Vol. 24 (10): 1528-1533 [摘要] ( 4 ) [HTML 9KB] [ PDF 27165KB] ( 6 )
1534 张雪梅, 马 征, 吴宓勋, 方厂云
纳米羟基磷灰石前体与胶原自组装成类骨质复合材料的表征

文章导读:

下颌骨解剖位置特殊,是人体牙齿和舌等重要组织的支持结构,但是肿瘤切除、炎症、创伤或发育畸形等均容易造成下颌骨缺损,不仅会影响患者面部的外观及功能,还会严重影响患者的心理健康[1-2]。目前临床上骨缺损修复材料主要是自体骨、同种异体骨、异种骨、脱钙骨基质、生物陶瓷、金属材料或组织工程骨等。但自体骨的骨量有限,其他材料存在免疫排斥和生物活性较低等缺点,因此人造骨生物材料应运而生。传统人工材料与天然骨存在较大差异,同受体的亲和性低,因而制备更加仿生化的材料成为人们研究的目标。

在人工骨修复材料中研究最广泛的是羟基磷灰石[3-4]。羟基磷灰石具有良好生物相容性、骨传导性、骨诱导性。有学者在牙周病患者骨缺损处充填羟基磷灰石,比较手术前后的牙周袋、附着丧失和骨高度,观察到了明显的牙周组织修复[5]。但由于羟基磷灰石脆性较大,在体内几乎不被吸收,导致它的临床应用受限。因此很多学者通过模仿自然骨的成分和结构研发制备了一系列羟基磷灰石和聚合物复合的骨修复材料,充分结合了2种材料的优异性能。 原位共沉淀-冷却干燥方法制备的羟基磷灰石/壳聚糖/海藻酸钠复合组织支架[6],通过模仿生物学原理制备的纳米羟基磷灰石/壳聚糖/半水硫酸钙可注射性复合材料[7],采用粒子沥滤法制备的纳米羟基磷灰石/壳聚糖/聚丙交酯的三元复合材料等均显示了良好的生物相容性[8]、骨诱导性及很好的降解性能。通过溶液共混方式[9]、射频放电等离子体方法[10]、3D打印技术等方法得到的羟基磷灰石和聚乳酸形成的复合材料[11],中和了聚乳酸的酸性,减缓了聚乳酸的降解速率,而且具有良好的生物相容性。随着研究的深入,人们开始研究骨修复材料与药物的结合,将骨修复材料作为一种药物的缓释载体,通过靶向释放的作用来提高骨修复效果,采用的药物主要是抗生素和生物活性因子。             

胶原是细胞外基质的蛋白质,具有参与纤维组织代谢、对成纤维细胞有引导作用的特性,一直被用作引导组织再生术的屏障膜[12]。MOMOSE等[13]用胶原水凝胶搭载成纤维细胞植入犬的根分叉骨缺损处,证明了胶原可用于牙周组织工程。但胶原的吸收速率不易控制、机械强度不佳[14]。自然骨是一种纳米羟基磷灰石增强的胶原纤维复合材料,将2种材料组装在一起可以结合两者优点,同时其缺点也可得到改善,又模仿了骨的组成结构,此种方法获得的复合材料用于骨缺损修复将会取得良好的效果。因而诸多学者进行研究,韩长菊等[15]通过共滴定方法制备了纳米羟基磷灰石/胶原复合材料,类似于天然骨的结构特点。PEK等[16]通过溶液混合方式制备了多孔纳米羟基磷灰石/胶原复合骨修复材料,与自然骨组织中的骨小梁具有接近的纳米和微米孔分布,具有良好的促成骨性。杨春蓉等[17]采用冷冻干燥方法制备出了纳米羟基磷灰石/胶原/磷酸丝氨酸骨修复材料,具备多孔的三维结构,同样具有良好的促成骨性。

实验将胶原浸泡于纳米羟基磷灰石前体中制备纳米羟基磷灰石/胶原复合物,模仿了骨的组成结构,采用纳米羟基磷灰石前体可对复合物晶体的纳米尺寸要求有一定的保障;胶原本为多孔结构,具有极佳的生物相容性,适于细胞黏附及成骨,可为骨缺损修复材料提供一种新的制备方法。

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

文题释义:
纳米羟基磷灰石前体:纳米羟基磷灰石的悬浮液,制备方程为10Ca(NO3)2+6(NH4)2HPO4+8NH3•H2O=Ca10(PO4)6(OH)2+ 20NH4NO3+6H2O,反应时pH值10左右,反应完成后静置、洗涤,得到pH值8.0-9.0的纳米羟基磷灰石悬浮液。
自组装:是指基本的结构单元(分子、纳米材料、微米或更大尺度的物质)自发形成有序结构的一种技术。自组装过程中,基本结构单元在非共价键的相互作用下自发的成为一个稳定、外观具有一定规则的结构。

背景:制作类似于天然骨的材料来修复骨缺损,或者作为组织工程支架材料是研究的热点。

目的:探讨以纳米羟基磷灰石的前体及胶原为材料自组装成类骨质复合材料的可行性。

方法:将胶原材料分别浸泡于0.25%戊二醛溶液中0.5 h(A组),24 h(B组),72 h(C组)进行交联反应,D组将胶原浸泡于碳化二亚胺中交联4 h,将交联后的各组胶原浸泡于纳米羟基磷灰石前体溶液中7 d,制备类骨质复合材料。分析各组复合材料与天然骨的矿化物物相分析、组成成分及微观结构。

结果与结论:①X射线衍射分析:复合材料的非晶象衍射峰稍高于天然骨,各组复合物中非晶象变化不明显;随戊二醛交联时间的延长,材料晶体峰值有增高趋势;碳化二亚胺交联后材料的晶体衍射峰值较戊二醛交联材料稍低;②傅里叶转换红外光谱分析:复合材料的化学组成与天然骨的组成相似,都是由胶原和羟基磷灰石组成,其中羟基磷灰石中部分PO43-被CO32-离子取代;不同交联方法对材料无机相改变的影响差别不明显;③扫描电镜:胶原的不同交联方法对所形成晶体的形貌影响不明显:胶原纤维互相缠绕,其上有大量的细针样晶体沉积,聚成团,晶体分布均匀,晶体尺寸是纳米量级;④结果表明,以纳米羟基磷灰石前体及胶原为材料可制作自组装成类骨质复合材料。

ORCID: 0000-0003-1620-3673(张雪梅)

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

2020 Vol. 24 (10): 1534-1539 [摘要] ( 2 ) [HTML 5KB] [ PDF 24718KB] ( 5 )
1540 贺云飞, 王 爽, 马 俊, 俞 磊, 温剑坤, 叶晓健
P38/AKT通路调控骨髓间充质干细胞在不同空间结构纳米纤维环支架中的定向分化

文章导读:

脊柱椎间盘的退变可表现为纤维环撕裂,进而出现髓核突出、椎间隙高度下降等情况[1-3],如此一系列解剖结构的变化会导致神经根受压、相应节段椎管狭窄等异常,并引起颈、腰腿痛及对应部位神经功能的变化[4]。一部分椎间盘病变的患者行保守治疗不能获得理想的缓解,或病情逐渐演进,最终需行手术治疗,手术目的是摘除病变的椎间盘以完成神经根减压,现有的手术技术已可实现理想的减压,但椎间盘的修复仍不能实现。近年来随着微创技术的进步,内镜等手术方式已可通过微创方法摘除突出髓核,减压效果完全可满足临床需要,但椎间盘尤其是纤维环的修复仍无理想方法,也在一定程度上制约了微创技术的效果。

近来的研究表明,组织工程技术可构建符合纤维环力学特性的支架[5-7],以其为载体可以搭载种子细胞,经体外培养后再植入体内。此种方法可在纤维环缺损部位形成物理屏障,再借助种子细胞的增殖、生长与周围组织紧密连接,最终实现纤维环的生物学修复。纤维环细胞所处的生物学环境有其自身特点,如血供少、受力情况复杂等,因此其细胞表型在不同部位呈不同特点,纤维环外层的细胞类似于成纤维细胞,而内层细胞则近似于软骨细胞,两者间逐渐过渡,并无明显分界,因此在支架上搭载具有各向分化潜能的干细胞,使其在体内感受周围环境的理化性质并根据受力特点发生差异分化,形成符合所处区域结构特点的细胞,成为较为理想的修复方式。以往研究表明多种材料可用于组织工程支架的构建,支架表面拓扑结构特征对干细胞的增殖、分化等生物学行为有调节作用,但其具体机制尚不明确[8-10]

实验将骨髓间充质干细胞接种至3种不同结构的纳米支架中,在成软骨条件下诱导培养,通过检测相关指标证实3种支架中的干细胞确实呈现出分化差异,进一步检测Integrin-FAK信号通路下游关键分子如ERK1/2、JNK、P38、AKT等,为支架表面形貌对干细胞差异分化的调节机制提供了证据,为今后通过干预分子通路引导干细胞定向分化提供了参考依据。

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

文题释义:
拓扑结构:泛指组织工程支架的一系列细微的结构差异,涵盖多方面因素,如支架质地、硬度等材料特性相关的属性;支架表面的光滑程度、支架内部的孔隙率等结构特性等;实验主要指静电纺丝纤维环支架中纤维排列方式。
差异分化:实验中用于描述骨髓间充质干细胞在不同条件下(主要指支架拓扑结构的不同),接受外界信息后发生一系列变化,通过细胞通路等机制的调节分化为不同细胞的现象,如实验中骨髓间充质干细胞在不同支架中分别向成纤维细胞或成软骨细胞分化。对差异分化的机制进行研究,有助于今后通过改变条件诱导细胞向所需方向分化、发挥组织工程技术的优势更好修复组织的目的。

背景:以往研究表明多种材料可用于组织工程支架的构建,支架表面的拓扑结构特征对干细胞增殖、分化等生物学行为有调节作用,但其具体机制尚不明确。

目的:研究骨髓间充质干细胞在纳米结构支架中定向分化过程中P38、AKT通路的作用。

方法:构建3种结构不同的纳米纤维支架,即取向纳米纤维支架AFS、取向纳米纱支架AYS、三维多孔纳米纤维支架3-DPS;将大鼠骨髓间充质干细胞分别接种于3种纳米纤维支架表面,成软骨诱导培养后,分别进行细胞形态、黏附、增殖检测,利用qRT-PCR检测细胞关键表型分子(Ⅱ型胶原α1、Ⅰ型胶原α1、蛋白聚糖、Sox-9)mRNA的表达水平,Western blot测定细胞内P38、AKT、ERK1/2、JNK的蛋白表达水平。

结果与结论:①3-DPS支架组培养4,8 h的细胞黏附率高于其余两组支架(P < 0.05),培养7 d的细胞增殖快于其余两组支架(P < 0.05);②骨髓间充质干细胞在3种材料表面均贴附牢固,生长状态良好,其中在AFS、AYS支架上呈类成纤维细胞样生长,在3-DPS支架上呈类软骨细胞样生长;③成软骨诱导3周后,3-DPS支架组Ⅱ型胶原α1、蛋白聚糖、Sox9 mRNA表达高于其余两组支架(P < 0.05),Ⅰ型胶原α1 mRNA表达低于其余两组支架(P < 0.05);AFS支架组、AYS支架组中Ⅱ型胶原α1、蛋白聚糖、Sox9 mRNA表达无明显差异(P > 0.05);④成软骨诱导3周后,3-DPS支架组p-AKT、p-P38蛋白相对表达量高于其余两组支架(P < 0.05),3组间AKT总蛋白表达量及ERK1/2、JNK、P38、p-ERK1/2、p-JNK、p-P38蛋白表达量比较均无显著性意义;⑤结果表明,不同结构支架形貌可通过Integrin-FAK信号通路下游的P38、AKT通路诱导骨髓间充质干细胞的的定向分化。

ORCID: 0000-0003-3571-8840(王爽)

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

2020 Vol. 24 (10): 1540-1546 [摘要] ( 3 ) [HTML 9KB] [ PDF 32700KB] ( 2 )
1547 樊世锋, 郄 会, 张文轩, 侯晓薇, 王俐杰, 郑 宇
局部应用唑来膦酸与纳米银对即刻种植骨结合影响的比较

文章导读:

近年来,口腔种植成为了牙列缺损甚至牙列缺失患者首选的修复治疗方式,即刻种植病例迅速增加,即刻种植同期行骨增量,骨替代材料与种植体的骨结合问题成为研究热点。即刻种植后种植体与其周围骨替代材料的骨结合是决定即刻种植成败的重要因素。一方面,许多学者开始关注并试图寻找一种合适的材料具有抑制种植体表面细菌定植的能力[1-2],国内外大量研究已证实纳米银具有较强的抗菌性[3],在适当剂量下未观察到其细胞毒性[4-5]。纳米羟基磷灰石作为临床商品化的骨组织工程支架材料[6],具有良好生物活性及优越机械性能,与骨组织结合良好[7]。另一方面,双膦酸盐会阻止松质骨在骨折的修复过程中短暂的化生骨吸收,加速骨折的愈合[8];双膦酸盐也被证实能在骨折早期减少骨吸收以增加骨痂体积和骨密度[9-10],唑来膦酸为第3代双膦酸盐类药物,其在双膦酸盐类中具有最强的抑制骨吸收能力[11]。近年来,越来越多的学者将纳米银和唑来膦酸运用到口腔种植研究领域,并证明两者都具有明显的促进种植体周围代骨材料成骨的作用。但纳米银与唑来膦酸两者比较,哪种对即刻种植骨结合的作用效果好,目前还没有相关研究的报道。

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

文题释义:
纳米银的特征:纳米银是建立在纳米技术基础上的新一代的抗菌材料,由于纳米技术的独特性,使得纳米银具有比其他传统的含银抗菌材料更加良好的特性,其物理和化学性能更加稳定,抗菌能力效果极其显著,不但安全性较其他制剂更高,其长效性、快速性和不耐药性等性能也非常优越。
唑来膦酸的药理作用:唑来膦酸通过抑制破骨细胞的甲羟戊酸途径,特别是作用于法尼基焦磷酸合成酶,破坏了维持破骨细胞功能的小G蛋白异戊二烯化的过程,从而阻止破骨细胞分化和生长,导致其凋亡,最终抑制骨吸收,另外唑来膦酸还能通过调节成骨细胞间接作用于破骨细胞。

背景:有研究表明局部应用唑来膦酸和局部应用纳米银都可促进骨形成,但两者效果的差异尚未见研究报道。

目的:观察局部应用唑来膦酸和局部应用纳米银对兔拔牙窝即刻种植钛螺纹钉骨结合的影响差异。

方法:将24只新西兰大白兔随机分为唑来膦酸和纳米银组,每组12只,在拔除兔上下颌4个切牙后,分别在2组的拔牙窝内填唑来膦酸-纳米羟基磷灰石复合物和纳米银-纳米羟基磷灰石混合物,并均同期植入钛螺纹钉。术后4,8,12周取兔上、下颌骨离体标本,通过一般形态观察、扭矩测试、骨密度检测及组织形态学观察。实验于2015年12月经河北医科大学第三医院医学伦理委员会批准(批准号:Z2015-021-1)。

结果与结论:①扭矩力学实验测试结果显示,两组钛钉扭矩峰值的平均值随着时间延长而增加(扭矩峰值平均值数值),均在12周时达到最大(扭矩峰值平均值数值),术后4,8,12周,唑来膦酸组钛螺纹钉扭矩峰值平均值均略高于同期纳米银组,唑来膦酸组钛螺纹钉稳定性略优于纳米银组,但差异无显著性意义(P > 0.05);②一般形态和组织学观察发现,术后4,8,12周唑来膦酸组种植体周围骨硬度和结构均明显优于同期纳米银组;③骨密度分析结果显示,术后4,8,12周,唑来膦酸组钛螺纹钉周围骨组织灰度值略高于同期纳米银组,但差异无显著性意义(P > 0.05);④结果证实,从植入材料对影响种植体周围骨替代材料成骨的效果来看,用唑来膦酸纳米羟基磷灰石复合物进行即刻种植骨结合的效果略优于纳米银与纳米羟基磷灰石混合植骨。

ORCID: 0000-0003-0634-5766(樊世锋)

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2020 Vol. 24 (10): 1547-1552 [摘要] ( 3 ) [HTML 7KB] [ PDF 25153KB] ( 10 )
细胞外基质材料 extracellular matrix materials
1553 李淑华, 李美兰
制备表面图案化的聚丙烯酰胺-丙烯酸水凝胶

文章导读:

组织缺损或损伤是常见临床病症,目前临床上治疗主要采用传统的自体组织进行修复,但是供移植用的自体组织来源有限成本很高、移植后容易产生新的创伤、组织结构或尺寸不能匹配等原因,导致自体移植在实际应用中有很大的局限性[1-4]。融合了工程学和生命科学原理的组织工程产品,不仅能够有效改善患者治疗效果,而且能够降低护理成本[5-8]。近年来用于组织工程修复的生物材料的研究不断增加,比如壳聚糖、碳纳米管、胶原蛋白等。

近年来水凝胶材料因其良好的生物相容性而备受瞩目,这种材料的结构稳定类似于人体组织[9-13],被逐渐应用于生物材料领域。水凝胶由于其独特的自身性质常被用来制作组织再生的支架,也可用作细胞运载的工具,因此被广泛应用于医疗和药学领域[14-18]。水凝胶可分为天然水凝胶和合成水凝胶2种类型,天然的亲水性高分子包括多糖类(淀粉、纤维素、海藻酸、透明质酸、壳聚糖等)和多肽类(胶原、聚L-赖氨酸、聚L-谷胺酸等)2种类型。合成的亲水高分子包括聚乙烯醇、丙烯酸及其衍生物类(聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚N-聚代丙烯酰胺等)[19-22],其中丙烯酰胺是较早应用于生物材料的水凝胶,具有生物相容性好、易于制备等优点,但是聚丙烯酰胺水凝胶的力学性能较差,影响了其在生物材料领域的应用[23-26]。实验拟通过加入丙烯酸来改变聚丙烯酰胺水凝胶力学性能,提高其抗拉抗压的性能。

生物材料的表面性能影响着组织再生的效果。研究者为制备出更加适合临床应用的生物材料而做出了许多努力,比如多种物质的复合是否能制作出更有利于组织再生的生物材料[27-29],或是研究生物材料的表面性能是否会对组织再生有影响[30-31]。BENOIT等[32-33]通过改变材料表面的物理和表面性质实现了间充质干细胞向骨、软骨和脂肪的不同分化;REHMANN等[34-35]利用多肽修饰改变水凝胶基质材料的化学与物理性能,也能够改变在其中培养间充质干细胞的分化状态。实验拟通过微模塑图形化压印制备具有特殊尺寸的聚丙烯酰胺-聚丙烯酸水凝胶。

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

文题释义:
水凝胶图案化:将印章带有图案的一面朝上,另一面用双面胶紧贴多孔板单孔的中心,用手指压紧以防止在加热过程中印章漂浮,这样水凝胶可以很好地将印章覆盖,不会出现水凝胶中间产生空洞的现象,使水凝胶很好图案化。
聚丙烯酰胺-丙烯酸水凝胶:聚丙烯酰胺水凝胶具备良好的生物相容性,但力学性能较差。通过微模塑图形化压印制备具有特殊尺寸的聚丙烯酰胺-丙烯酸水凝胶,依次将不同体积的聚丙烯酰胺溶液、丙烯酸与过硫酸铵溶液混合进行了6组实验研究。随着丙烯酸比例的不断增加,水凝胶的力学性能逐渐增强,当丙烯酸含量最多时即聚丙烯酰胺体积为0.9 mL时应力为30 MPa,应变最大为0.023%。

背景:聚丙烯酰胺水凝胶具备良好的生物相容性,但力学性能较差,影响了其在生物材料领域的应用。

目的:通过微模塑图形化压印制备具有特殊尺寸的聚丙烯酰胺-丙烯酸水凝胶。

方法:依次将不同体积的聚丙烯酰胺溶液、丙烯酸与过硫酸铵溶液混合,加入含有微模塑图形化印章的孔板中,制备聚丙烯酰胺-丙烯酸水凝胶:A组聚丙烯酰胺溶液1.4 mL,丙烯酸0.1 mL;B组聚丙烯酰胺溶液1.3 mL,丙烯酸0.2 mL;C组聚丙烯酰胺溶液1.2 mL,丙烯酸0.3 mL;D组聚丙烯酰胺溶液1.1 mL,丙烯酸0.4 mL;E组聚丙烯酰胺溶液1.0 mL,丙烯酸0.5 mL;F组聚丙烯酰胺溶液0.9 mL,丙烯酸0.6 mL。6组过硫酸铵溶液均为50 µL。光镜下观察水凝胶的图案化结构,电子万能试验机检测水凝胶的力学性能。

结果与结论:光镜显示各组水凝胶表面的条纹清晰可见;丙烯酸的加入有效改良了水凝胶的力学性能,随着丙烯酸比例的不断增加,水凝胶的力学性能逐渐增强。结果表明,聚丙烯酸-丙烯酰胺水凝胶具有良好的力学性能,有望在组织工程损伤修复领域具有良好的应用前景。

ORCID: 0000-0001-7773-7930(李淑华)

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2020 Vol. 24 (10): 1553-1556 [摘要] ( 1 ) [HTML 4KB] [ PDF 18168KB] ( 0 )
1557 聂 卫, 刘伟伟, 刘大卫, 崔晓雪, 刘山海, 李 旭, 肖光礼, 王世炜, 牛换云, 李睿智
不同交联透明质酸复合凝胶在体内的宿主反应及基质金属蛋白酶9表达

文章导读:

透明质酸又名玻尿酸,是由N-乙酰葡糖胺和葡萄糖醛酸双糖单位构成的线性多糖,分子质量大,具有一定黏弹性特质[1]。透明质酸可经过一定处理制成医疗器械产品,用于组织工程、面部注射以除皱或丰唇、隆鼻等。与非交联相比,通过交联的透明质酸具有较强的机械属性且较难被酶降解,在组织中维持的时间更长,并且具有更接近于软组织的黏弹性[2],但交联剂、交联方式和交联度的不同将直接影响材料的理化性质及植入体内后的生物学反应。羟丙基甲基纤维素是天然纤维素分子上部分羟基甲基化和羟丙基化后生成的纤维素醚,具有较强的抗敏性和代谢惰性,是常用的药用辅料,可作为美容填充辅料使用。利用羟丙基甲基纤维素分子内的羟基与透明质酸中的羟基、羧基发生相互作用,可降低透明质酸的酶解,提高其作为皮肤填充材料的可使用性[3-4]。但植入物在体内降解速度、产物及碎片的不同,均有可能导致炎症细胞聚集、异物巨细胞形成、巨噬细胞活化及纤维化形成等反应[5-6]。基质金属蛋白酶可以降解细胞外基质和细胞表面的结构成分,参与伤口愈合、异物反应、炎症、血管生成和组织重塑。生物材料植入中,黏附巨噬细胞和多核异物巨细胞主动分泌基质金属蛋白酶调节伤口愈合、异物反应、血管生成和生物材料植入物周围的纤维包裹[7]。其中金属基质蛋白酶9属于基质金属蛋白酶家族中的明胶酶,多种细胞因子及其受体,Ⅳ、Ⅴ、Ⅶ、Ⅹ、Ⅺ型胶原,明胶,纤维粘连蛋白等均可作为其底物,其可在炎症早期阶段上调表达,促进可降解材料宿主组织的整合和修复[8]。实验旨在通过观察交联透明质酸-(交联)羟丙基甲基纤维素两种不同交联方式复合凝胶体内植入后不同时间的宿主反应及基质金属蛋白酶9表达变化,探讨其生物相容性及基质金属蛋白酶9在透明质酸复合凝胶植入后炎症反应和组织重塑中的意义。

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

文题释义:
宿主反应:指生物材料或组织工程产品植入体内后引起的机体反应,包括植入部位的局部反应和全身反应。宿主反应是一把双刃剑,可引起全身毒性、过敏、致畸、致癌、溶血、凝血,炎症、过度纤维化等;但也可提供一种环境或支撑,适当的纤维组织增生促进组织的修复或重构。如何调控机体宿主反应向组织修复方向发展,是生物材料发展的方向,也是研究的热点。
基质金属蛋白酶9:属基质金属蛋白酶家族的明胶酶,可降解和重塑细胞外基质的动态平衡,参与伤口愈合、异物反应、炎症、血管生成和组织重塑,可在炎症早期阶段上调表达,促进可降解材料宿主组织的整合和修复。其在生物材料表面巨噬细胞内高表达,而且参与巨噬细胞融合、异物巨细胞形成和异物反应,还可以调节细胞外基质组分和各种因子,从而引起细胞外环境及纤维包囊和血管生成的改变,对于研究生物材料体内组织修复过程有重要意义。

背景:利用羟丙基甲基纤维素分子内的羟基与透明质酸中的羟基、羧基发生相互作用,可降低透明质酸的酶解,提高其作为皮肤填充材料的可使用性。

目的:观察不同交联方式透明质酸复合凝胶体内植入后的宿主反应及基质金属蛋白酶9表达变化。

方法:取新西兰大耳白兔(购自北京隆安实验动物养殖中心)12只,在其脊柱两侧皮下共注射10个点,左侧4点注射化学交联透明质酸钠-羟丙基甲基纤维素凝胶(化学交联组),右侧4点注射物理混合透明质酸钠-羟丙基甲基纤维素凝胶(物理交联组),左右侧各一点注射已上市注射用修饰透明质酸钠凝胶(对照组)。注射后1,4,12周分别切取包括植入材料在内的皮下组织,苏木精-伊红染色观察炎症反应和纤维化程度,Masson染色观察胶原纤维形成状况,免疫组织化学染色观察基质金属蛋白酶9表达变化。实验经天津市医药科学研究所动物伦理委员会批准(批准号:IMPS-EAEP-H-2017030)。

结果与结论:①苏木精-伊红染色:化学交联组注射后1,4周时的炎症反应较对照组明显,囊壁及微囊壁较对照组增厚,注射后12周时炎症反应及纤维化程度与对照组类似;物理交联组注射后1周时可见少量炎细胞浸润,纤维包裹及微囊壁形成较对照组稍明显,注射后4周时纤维包裹及微囊壁较对照组增厚,注射后12周时炎症反应及纤维化程度与对照组类似;②Masson染色:化学交联组与物理交联组注射后1,4周时的胶原纤维较对照组增多,12周时胶原纤维进一步增加,与对照组无差异;③免疫组织化学染色:化学交联组注射后1周的基质金属蛋白酶9阳性表达低于对照组,其余时间点与对照组无差异;物理交联组注射后1周的基质金属蛋白酶9阳性表达低于对照组,注射后4周的阳性表达高于对照组,注射后12周与对照组无差异;④结果表明:两种交联透明质酸钠复合凝胶皮下植入后12周内的生物相容性良好,胶原纤维生成和基质金属蛋白酶9表达逐步增加,有利于组织重塑的进行,并且物理交联的样品植入早期组织反应更小,中期基质金属蛋白酶9表达明显增多,更利于组织修复和重塑。

ORCID: 0000-0002-1774-6808(聂卫)

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2020 Vol. 24 (10): 1557-1562 [摘要] ( 3 ) [HTML 7KB] [ PDF 29211KB] ( 3 )
膜生物材料 membrane biomaterials
1563 刘志玲, 高明宏, 陈颖欣
生物工程角膜与人供体角膜治疗真菌性角膜溃疡的比较

文章导读:

真菌性角膜溃疡是一种致盲率极高的感染性角膜病变。角膜组织的损伤机制除真菌本身及毒素外,还有大量中性粒细胞浸润,中性粒细胞内含有许多酶如胶原酶及蛋白溶解酶等,可使角膜胶原纤维溶解,形成角膜溃疡[1]。20世纪后由于诊断水平的提高、广谱抗生素、激素的滥用及角膜接触镜的出现,导致真菌性角膜溃疡患病率逐年升高[2]。目前临床应用及报道较多的是角膜移植,角膜移植不仅可以有效控制感染,在一定条件下可以恢复患者视力。传统真菌性角膜溃疡以穿透性角膜移植为主,近年来随着显微手术器械的更新、手术技巧不断的进步,板层角膜移植逐渐成为首选的手术方式。角膜供体材料的缺乏是限制角膜移植开展的主要问题。当务之急是寻求可以代替人供体角膜的材料,挽救严重真菌性角膜溃疡患者的眼球及视力。为此,试验对北部战区总医院行生物工程角膜治疗真菌性角膜溃疡的临床观察结果进行报道。

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文题释义:
生物工程角膜:又称脱细胞猪角膜基质,是取材于猪眼角膜经病毒灭活与脱细胞等工艺制备而成,由前弹力层和部分基质层构成的纤维支架组织。所有的脱细胞猪角膜基质均通过细胞毒性测试和组织相容性测试。
板层角膜移植:是一种部分厚度的角膜移植,通常是切除病变的角膜组织,将相应厚度的植片移植到角膜植床上。


背景:寻找替代角膜供体的材料是临床上治疗真菌性角膜溃疡的研究热点。

目的:观察生物工程角膜和人供体角膜治疗真菌性角膜溃疡的临床疗效。

方法:选择2016年10月至2017年2月北部战区总医院收治的真菌性角膜溃疡患者44例(44眼),随机分2组:生物工程角膜组(n=22)采用脱细胞猪角膜基质材料进行板层角膜移植治疗,人供体角膜组(n=22)采用人供体角膜材料进行板层角膜移植治疗。随访12个月,观察两组感染控制率、视力、角膜植片透明度、角膜上皮化时间、并发症等情况。试验已通过北部战区总医院医学伦理委员会批准[K(2018)05号]。

结果与结论:①两组感染控制率比较差异无显著性意义(91%,91%,P > 0.05);②两组术后视力随时间延长逐渐改善,人供体角膜组术后12个月的矫正视力视力优于生物工程角膜组(P < 0.05);③人供体角膜组术后1,3,6个月的角膜植片透明度优于生物工程角膜组(P < 0.05),两组术后12个月的角膜植片透明度无差异(P > 0.05);④两组角膜植片上皮愈合时间比较差异无显著性意义[(6.6±2.0),(6.7±1.9) d,P > 0.05];⑤两组角膜上皮愈合延迟、角膜植片排斥反应、新血管长入、原病复发等并发症发生率比较差异无显著性意义,生物工程角膜组角膜植片溶解发生率高于人供体角膜组(32%,8%,P < 0.05);⑥结果表明,采用生物工程角膜行板层角膜移植治疗真菌性角膜溃疡的临床效果显著、安全性高、预后较好。因此在无人供体角膜的情况下,生物角膜可作为板层角膜移植的材料用于治疗真菌性角膜溃。

ORCID: 0000-0002-1297-4684(刘志玲)


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2020 Vol. 24 (10): 1563-1569 [摘要] ( 2 ) [HTML 7KB] [ PDF 25484KB] ( 0 )
材料生物相容性 material biocompatibility
1570 李 导, 肖观清, 张 豫, 谢 超, 叶佩仪, 黎晓磊, 何汉昌, 陈囿元, 孔耀中
Palindrome H新型肝素涂层带隧道带涤纶套导管对凝血系统的影响

文章导读:

安全可靠的血管通路是顺利进行血液透析和保障透析充分性的前提条件。国内外指南均推荐自体动静脉内瘘为血管通路的首选,当无法建立自体动静脉内瘘时,移植物内瘘应该为次选,中心静脉留置导管应作为最后的选择[1]。目前对于那些无法建立内瘘又无法进行腹膜透析的患者,带隧道带涤纶套导管是一种较理想的选择[2]。然而以前带隧道带涤纶套导管存在导管相关性感染率高,容易出现导管功能不良等不足[3]。Palindrome H肝素涂层带隧道带涤纶套导管是近年来面世的新型导管,特殊的涂层设计旨在降低导管相关感染率和减少导管功能不良的发生。该研究通过对比使用Palindrome非肝素涂层导管与Palindrome H肝素涂层导管血液透析患者的血小板计数(PLC)、凝血酶原时间(PT)、国际标准化比值(INR)、活化部分凝血活酶时间(APTT)、凝血酶时间(TT)、纤维蛋白原降解产物(FIB)等指标,评估临床应用中Palindrome H肝素涂层带隧道带涤纶套导管对维持性血液透析患者凝血系统的影响。

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文题释义:
带隧道带涤纶套导管(tunneled cuffed catheter,TCC):俗称长期导管,是一种主要用于血液净化带有涤纶套的中心静脉导管。置管时需要建立皮下隧道,将涤纶套埋入皮下与皮下组织粘连愈合,起到固定置管和防止细菌从皮肤开口侵入的作用。
肝素涂层:在人工医学材料表面通过物理或化学方法涂覆肝素,从而改善人工材料的血液、生物相容性,减轻术后的全身炎性反应。

背景:Palindrome H 肝素涂层带隧道带涤纶套导管(简称Palindrome H 肝素涂层导管)有望降低导管相关感染率和减少导管功能不良的发生,目前缺乏该导管对凝血系统影响的研究。

目的:评估Palindrome H 肝素涂层导管的对血液透析患者凝血系统的影响。

方法:选取2014年1月至2016年6月在佛山市第一人民医院血液净化中心需维持性血液透析,而无法建立内瘘的患者,分为Palindrome H 肝素涂层导管组和非肝素涂层Palindrome导管组2组,分别置管。所有患者每3个月检测血小板计数、凝血酶原时间、国际标准化比值(INR)、活化部分凝血活酶时间、凝血酶时间、纤维蛋白原降解产物等指标,进行组间对比。试验方案通过了广东省佛山市第一人民医院医学伦理委员会的讨论审核,批准号:L[2014]第5号。

结果与结论:最终纳入患者60例(Palindrome H 肝素涂层导管组28例,Palindrome导管组32例),进行了为期30个月的随访,结果数据为置管后第0,3,6,9,12,15,18,21,24,27,30个月检测的平均值。结果显示两组患者的血小板计数、凝血酶原时间、国际标准化比值(INR)、活化部分凝血活酶时间、凝血酶时间、纤维蛋白原降解产物等指标比较均无统计学差异(P > 0.05),没有实验室检查表明发生了肝素诱导的血小板减少症。说明在临床应用中,Palindrome H肝素涂层导管与非肝素涂层Palindrome导管相比较,对患者凝血系统无明显影响。

ORCID: 0000-0002-9027-4827(李导)

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


2020 Vol. 24 (10): 1570-1573 [摘要] ( 2 ) [HTML 6KB] [ PDF 17873KB] ( 0 )
1574 龙登燕, 纪爱敏, 赵仲航, 方润心, 陈长胜
基于正交试验接骨螺钉参数的生物相容性评价

文章导读:

接骨螺钉是骨科手术过程中常用的骨折固定装置之一,但临床上螺钉断裂、松动脱出等情况也时有发生[1]。螺钉的断裂或松动将破坏骨-螺钉组成的内固定系统的整体稳定性,进而导致内固定手术失败,因而对于螺钉的生物力学稳定性研究具有重要意义。ZHANG等[3-4]采用有限元仿真与实验相结合方法研究了脊柱螺钉的大径、螺距、长度、材料对拉拔强度和稳定性的影响。SCHLIEMANN[5]在对骨质疏松性骨折研究中发现,大直径、低螺距的螺钉稳定性更好。ERASLAN等[6]建立了4种不用形态的螺纹,运用有限元方法研究了螺纹设计对应力分布的影响。肖玲等[7]对3种不同螺纹形态(30°,45°,60°)的种植体进行即刻力学研究。周绍波[8]通过螺钉拔出力测试研究了骨螺钉的齿型及结构参数对螺钉即刻稳定性的影响。祝联等[9]对不同牙形角骨制松质骨螺钉的抗拔力、抗扭转力、界面应力进行了实验研究。张其美[10]对不同类型的螺钉进行弯曲性能、扭转性能及轴向拔出性能研究。上述对接骨螺钉的研究揭示了部分螺钉设计参数与固定强度及稳定性之间的关系,但研究主要集中于在轴向拔出力及扭转力学性能,缺少对骨钉生物相容性性能的评估。

骨科螺钉的相容性可以由螺钉附近骨组织中形成的力学激励分布情况来表征[11]。由于骨钉的植入改变了局部骨组织力学环境,通常会产生所谓的“应力遮挡”效应;在应力遮挡作用下局部骨组织所受到的力学激励降低, 可能会导致骨钉附近的骨过度吸收进而引起骨钉松动脱出[12-15]。为方便评估骨科螺钉设计的生物相容性,GEFEN等[16]用骨钉附近骨组织的应力与骨钉螺纹上的应力值之比定义了一个无量纲应力传递参数STP,来量化了螺钉与松质骨之间的力的传递关系,即应力遮挡程度。HAASE等[1117]运用应力传递参数与应变能密度传递参数评估了螺钉刚度及螺钉几何形状对应力遮挡的影响规律。这些研究提供了一种量化应力遮挡程度的方法,并用控制变量法分析了不同参数对应力屏蔽遮挡的影响,但并未得出这些因素的影响主次顺序及最佳组合形式。为探究螺钉参数对生物相容性的影响规律,探求最佳组合形式,试验参考GEFEN等的研究方法,以STP作为试验指标对接骨螺钉展开多因素多水平研究,考虑单因素轮换法只能得到局部范围的最佳方案,具有一定局限性;全面试验虽然能全面把握各因素及水平对于结果的影响,但是对于文中5因素3水平研究的试验次数太大;而正交试验能用较小的试验次数找到较优的试验方案,极大减少了试验次数,提高了工作效率[18]。因此,提出应用正交试验方法对接骨螺钉几何参数及材料属性进行研究,找出影响显著因素并探求各因素水平的最佳组合,以期望通过设计提高接骨螺钉的生物相容性。

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

文题释义:
应力遮挡:金属接骨螺钉作为内固定器械常用于临床骨折治疗。由于金属接骨螺钉的弹性模量比骨的弹性模量要高很多,接骨螺钉植入骨折骨后承担了大部分载荷,骨钉附近的骨组织在骨钉的保护下承受的载荷较少,这样的现象称为应力遮挡。
应力传递参数STP:一个用于评估应力遮挡程度的无量纲常数,定义为接骨螺钉附近骨组织的应力值与接骨螺钉螺纹的应力值之比。此参数表明接骨螺钉与附近骨组织之间的应力传递情况,数值越大、越接近1表明两者之间的应力差异越小,应力分布更均匀;数值越小,结果反之。

背景:当前骨科螺钉参数研究多集中于力学性能方面,缺少对其生物相容性的评估。

目的:探究接骨螺钉材料属性及几何参数对生物相容性的影响规律,探求各因素及水平的最佳组合,为接骨螺钉的设计提供理论参考。

方法:针对接骨螺钉5个因素的3个水平进行正交试验方案设计,因素A为螺钉直径(4.5,5.5,6.5 mm),因素B为螺纹牙型(矩形、梯形、三角形),因素C为螺钉螺距(1.75,2.25,2.75 mm),因素D为螺纹深度(0.5,1.0,1.5 mm),因素E为弹性模量(45,110,200 GPa),分别对18组不同螺钉参数下的骨-钉三维模型进行生物力学有限元分析,得出各组试验方案下的应力分布情况及2个试验指标值:皮质骨-螺钉之间的应力传递参数STPα,松质骨-螺钉之间的应力传递参数STPβ。利用权矩阵分析方法对正交试验数据进行分析进而得出影响规律及最佳组合。

结果与结论:不同因素的不同水平对于生物相容性影响程度不同,其中螺钉材料属性为最主要影响因素,其次是螺纹牙型、螺距和螺纹直径并且三者影响程度相近,而螺纹深度影响最小。正交试验所得最佳组合方案为大径为6.5 mm、梯形螺纹、螺距为2.75 mm、螺纹深度为0.5 mm、弹性模量为45 GPa的接骨螺钉。

ORCID: 0000-0001-9645-6077(龙登燕)

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2020 Vol. 24 (10): 1574-1579 [摘要] ( 3 ) [HTML 6KB] [ PDF 25698KB] ( 2 )
生物材料临床实践 clinical practice of biomaterials
1580 梁昌卫, 潘惟昕, 蔡志康, 王 忠
长效抗菌材料对留置导尿管患者感染病原菌及血清炎症因子的影响

文章导读:

留置导尿管是临床上用于排尿困难、危重患者及麻醉术后患者,是有效解决尿潴留的主要手段[1-2],但留置导尿管带来方便的同时也会造成膀胱及尿道黏膜的损伤,为病原菌的侵入和感染创造了条件[3-4]。留置导尿管伴尿路感染是常见的院内感染,给患者带来极大的不利影响[5]。长效抗菌材料“洁悠神”为有机硅季铵盐新型高分子活化剂,在抗感染方面具有明显的优势[6]。试验分析长效抗菌材料“洁悠神”对留置导尿管患者感染病原菌及血清炎症因子水平的影响,为临床治疗及护理提供参考。

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

文题释义:
留置导尿管:留置导尿管是有效解决尿潴留的主要手段,临床上用于排尿困难、危重患者及麻醉术后患者。但留置导尿管带来方便的同时也会造成膀胱及尿道黏膜的损伤,为病原菌的侵入和感染创造了条件。留置导尿管伴尿路感染是常见的院内感染,给患者带来极大不利影响。
炎症因子及炎症反应:炎症反应是机体内最常见的病理或生理过程,参与调控及机体内几乎所有的过程。炎症因子是细胞内炎症反应的主要参与和调控蛋白,为一系列蛋白组成的一个或多个家族,如白细胞介素类、C-反应蛋白、同型半胱氨酸、降钙素等。异常炎症因子的恢复可能是临床治疗效果的重要表现。

背景:长效抗菌材料为有机硅季铵盐新型高分子活化剂,在抗感染方面具有明显的优势。

目的:分析长效抗菌材料对留置导尿管患者感染病原菌及血清炎症因子水平的影响。

方法:纳入2014年1月至2018年1月海南西部中心医院诊治的留置导尿管男性患者100例,年龄35-55岁,按随机数字表法分为2组,每组100例:对照组给予常规的尿道口护理,观察组在常规尿道口护理的基础上使用长效抗菌材料喷洒尿道口、导尿管及集尿袋接口。检测置入导尿管后1,3,5,7 d的感染率,以及置入导尿管后7 d的感染病原菌类型与血清炎症因子水平变化情况。试验获得海南西部中心医院伦理委员会批准(批准号:2013120602)。

结果与结论:①与对照组相比,观察组置入导尿管后1,3,5,7 d的感染率均明显降低(P < 0.05);②对照组共分离病原菌20株,其中革兰阳性菌13株(占65.0%),革兰阴性菌7株(占35.0%);观察组患者共分离病原菌7株,其中革兰阳性菌5株(占71.4%),革兰阴性菌2株(占28.6%);③与置入导尿管前比较,对照组和观察组置入导尿管后的血清炎症因子白细胞介素1β、白细胞介素2、同型半胱氨酸、降钙素原水平均明显升高(P < 0.05);对照组置入导尿管后的上述因子水平均高于观察组(P < 0.05);④结果表明,长效抗菌材料能有效降低留置导尿管患者的病原菌感染率,降低患者血清中炎症因子水平。

ORCID: 0000-0002-9565-0166(梁昌卫)

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2020 Vol. 24 (10): 1580-1584 [摘要] ( 3 ) [HTML 4KB] [ PDF 21448KB] ( 5 )
1585 孙 旗, 杨迎霞, 王 冬, 陈 江, 李晋玉, 郑晨颖, 白春晓, 张 帆, 贾育松
免打结倒刺缝线在腰椎后路短节段减压融合术中缝合深筋膜的随机对照试验

文章导读:

腰椎后路减压融合已被广泛应用于临床,并成为治疗脊柱退行性病变的金标准[1]。良好的伤口闭合技术是预防手术切口并发症、促进患者快速康复、提高该手术效果的关键步骤。由于缝线材料和缝合技术的局限,以往伤口深部组织关闭材料以传统丝线为主,这种传统缝合材料存在着一些潜在的问题,例如异物反应、局部组织缺血、顽固性疼痛和延长手术时间等。随着技术的进步及外科缝合材料的不断改进,缝合材料已从传统丝线发展到人工合成可吸收缝线[2],此后可吸收缝合材料中又发展出免打结倒刺缝线,这种新型的缝线材料已被应用于关节外科[3-4]、妇科[5]、胃肠外科[6]、肝胆外科等领域[7]。有研究显示,在关节外科应用倒刺缝线缝合可以提高效率、节约手术时间、降低并发症的发生率[8]。免打结倒刺缝线能否在脊柱外科手术中发挥相同的作用,减少手术时间降低切口并发症?这一临床问题亟待解决。目前有关免打结倒刺缝线在脊柱外科中应用的国内外报道很少。试验对北京中医药大学东直门医院行腰椎后路短节段减压融合的患者进行分组干预,比较免打结倒刺缝线与可吸收线在缝合速度、切口并发症和术后功能方面的差异,以明确免打结倒刺缝线在脊柱外科应用的可行性。

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文题释义:

免打结倒刺缝线:为一种新型的可吸收性外科缝线,采用带倒刺的缝合材料制成,一端连有手术缝针,其主要成分为聚对二氧环己酮,其分子式为(C4H6O3)X。聚对二氧环己酮经证实不具有抗原性、致热性,且在吸收期间只引起轻微的组织反应。由于该缝线带倒刺,故无需打结即可缝合组织,适用于可使用可吸收缝线的软组织缝合。

腰椎融合:随着脊柱生物力学的发展,在椎间盘结构应力分析等理论的支持下,腰椎融合在重建腰椎稳定性的治疗中具有重要地位,其适应证包括腰椎间盘突出症、腰椎管狭窄症、腰椎滑脱症、腰椎不稳、腰椎结核、腰椎肿瘤、腰椎骨折及腰椎翻修手术。在内固定技术进步的支持下,使得腰椎融合手术取得了前所未有的成功,是目前脊柱外科临床广泛采用的手术方式,堪称为腰椎手术的金标准。

背景:免打结倒刺缝线应用于腰椎后路融合术,能否缩短缝合时间,降低切口并发症,临床尚无明确结论。

目的:探索免打结倒刺缝线用于腰椎后路短节段融合术中在缩短缝合时间、降低切口并发症方面是否存在优势。

方法:选择2018年1至12月北京中医药大学东直门医院收治的腰椎退行性疾病患者62例,均进行腰椎后路短节段开放融合手术,按随机数字表法分为试验组(n=33)与对照组(n=29),试验组采用免打结倒刺缝线缝合腰深筋膜层,对照组采用可吸收缝线缝合腰深筋膜层。比较两组切口长度、深筋膜和皮下皮肤缝合时间,利用渗漏试验分析缝合质量;定期观察手术切口愈合情况,记录相关并发症;术前及术后2周、6周、3个月,对比两组目测类比评分与 Oswestry功能障碍指数评分改善情况。试验获得北京中医药大学东直门医院伦理委员会批准,批准号:DZMEC-KY-2018-11。

结果与结论:①两组切口长度与皮下皮肤缝合时间比较差异无显著性意义(P > 0.05);试验组深筋膜缝合时间少于对照组[(8.0±0.9),(11.6±1.7) min,P < 0.05],渗漏试验阳性例数少于对照组(P < 0.05);②试验组切口并发症发生例数少于对照组(P < 0.05);③两组术后2周、6周、3个月的目测类比评分及Oswestry功能障碍指数评分均较术前逐渐下降(P < 0.05);两组间术后2周、6周、3个月的目测类比评分及Oswestry功能障碍指数评分比较差异均无显著性意义(P > 0.05);④结果表明,使用免打结倒刺缝线能够在腰椎后路短节段减压融合术后减少深筋膜缝合时间与切口并发症发生率。

ORCID: 0000-0001-8009-3996(孙旗)

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2020 Vol. 24 (10): 1585-1590 [摘要] ( 1 ) [HTML 8KB] [ PDF 26463KB] ( 3 )
1591 李广峰, 王思成, 彭 勇, 杨国庆, 吴献民, 刘祥飞, 曹中华, 尹志峰, 张 鑫, 张友忠
关节镜下Fiber Tape环形内固定治疗前交叉韧带胫骨止点撕脱性骨折

文章导读:

前交叉韧带胫骨止点撕脱性骨折是膝关节常见损伤,患者伤后膝关节功能严重受损,临床治疗中应在尽量减少膝关节创伤的同时,尽早行手术复位内固定,重建前交叉韧带完整性及张力,以达到韧带止点骨愈合、恢复膝关节稳定性及功能的目的。目前临床治疗前交叉韧带胫骨止点撕脱骨折中常用固定材料有可吸收螺钉、空心钉、钢丝、缝线等。近期研究发现缝线固定效果最佳,缝线通过胫骨隧道穿出至前交叉韧带胫骨止点两旁并形成环形固定,在骨折块上方形成张力带,符合骨折固定的张力带原则,允许患膝早期活动,加速膝关节功能恢复。该研究中应用的Fiber Tape为肩关节修复用缝线材料,其体部扁平,两端逐渐过渡至圆柱状,其体部对骨块的张力带固定避免了缝线切割效应。与传统开放手术骨折复位内固定相比,在关节镜下行前交叉韧带下止点骨折复位并应用Fiber Tape环形内固定治疗前交叉韧带胫骨止点撕脱性骨折具有微创、术野清晰、固定准确性高、并发症少、骨折复位愈合好、关节功能康复快等优点。

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

文题释义:

前交叉韧带胫骨止点撕脱骨折:为前交叉韧带胫骨髁间嵴在遭受剧烈运动或暴力作用下发生的撕脱骨折,属关节内损伤。由1875年Poncet首次描述,早期常见于儿童的儿童型前交叉韧带撕裂,近年来发病率有所增高。骨折移位较大时造成的愈合畸形或不愈合容易导致前交叉韧带松弛甚至丧失功能,最终导致膝关节功能障碍或不稳。

Fiber Tape:型号AR-7237-7,由Arthrex公司提供。为不可吸收、宽2 mm扁平超高分子量聚乙烯与聚酯编织的缝合线,中部为扁平带状,逐渐过渡到两端的圆柱状结构,具有一定柔软性及相当的韧性,常被应用到肩袖修复或肩锁关节重建。具有良好的手感和打结能力,滑结前进顺利,简化了关节镜打结程序。多个独立的科学研究证明其在断裂强度、刚度、结强度和结滑移方面更具优势,但延伸率要低得多。广泛的生物相容性、动物和临床试验结果证明其具有与标准聚酯缝合线相当的生物相容性特征。

背景:前交叉韧带胫骨止点撕脱性骨折需尽早行手术复位内固定,目前临床治疗方案中常用切开复位(可吸收螺钉、空心钉、钢丝、钛缆等)内固定,创伤较大,术后并发症多。而关节镜下行前交叉韧带下止点骨折复位弹性(缝线)内固定具有微创、术野清晰、固定准确性高、并发症少、骨折复位愈合好、符合生物力学要求、关节功能康复快等优点,但也有强度不够、骨块切割等缺点。

目的:比较关节镜下Fiber Tape环形固定与开放内固定治疗前交叉韧带下止点撕脱骨折的疗效。

方法:收集2017年1月至2018年12月上海中冶医院骨科收治的32例前交叉韧带下止点撕脱骨折患者,所有患者对治疗方案均知情同意,且得到医院伦理委员会批准。根据手术方法分成2组,微创组17例采用关节镜下Fiber Tape环形固定治疗;开放组15 例采用开放手术骨折复位(空心拉力螺钉、钛缆、钢丝等)内固定治疗。记录所有患者手术时间、出血量、术后并发症情况;于术前及术后第1,6个月记录膝关节活动范围、Lysholm评分及国际膝关节评分委员会评分,摄X射线片评价骨折复位愈合情况。

结果与结论:①所有患者获得随访,时间6-13个月;②2组患者年龄组成、骨折类型、受伤原因、术前评分差异无显著性意义;③术后X射线片复查骨折均得到满意复位,术后未出现神经、血管损伤、骨折移位情况,术后6个月骨折均愈合良好;④2组手术时间、术后并发症发生率差异无显著性意义,2组术中出血量差异有显著性意义(P=0.036);⑤膝关节活动度:2组患者术后1个月膝关节活动度显著大于术前(P < 0.05),术后6个月膝关节活动度显著大于术后1个月(P < 0.05);术后1,6个月微创组膝关节活动度显著大于开放组(P < 0.05);⑥Lysholm膝关节功能评分及国际膝关节评分委员会评分:2组患者术后1个月Lysholm 膝关节功能评分及国际膝关节评分委员会评分均显著高于术前(P < 0.05),术后6个月评分均显著高于术后1个月(P < 0.05);术后1,6个月微创组评分均显著高于开放组(P < 0.05);⑦提示2组患者经过手术干预膝关节屈伸活动大部分恢复,且随时间延长恢复程度越高。与开放内固定(空心拉力螺钉、钛缆、钢丝等)相比,关节镜下Fiber Tape环形固定治疗前交叉韧带下止点撕脱骨折的出血更少,创伤更小,关节功能恢复时间更短,恢复程度更高。

ORCID: 0000-0003-1711-8964(李广峰)

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2020 Vol. 24 (10): 1591-1596 [摘要] ( 5 ) [HTML 9KB] [ PDF 27517KB] ( 0 )
生物材料综述 biomaterial review
1597 张 林, 王 帅, 张霓霓, 黄桂林
脱细胞基质制备方法及其在涎腺组织工程中的应用

文章导读:

脱细胞基质是指组织与器官经化学、物理或其他处理方法去除组织与器官中细胞,以形成无免疫原性或低免疫原性,保留微观和宏观结构及功能性基质蛋白,实现具有生物相容性、非免疫原性并传递物理、化学和生物信号,用于细胞附着、增殖、分化和持续使用的生物支架材料[1]。 由脱细胞基质组成的生物支架被广泛应用于临床前期动物研究及临床研究,以修复和重建组织与器官。理论上,组织与器官经脱细胞处理可以得到理想的重建支架,但所有脱细胞方法都会在一定程度上破坏基质结构与功能。脱细胞基质需要在维持原有结构和去除细胞物质(如DNA、线粒体、膜脂和胞质蛋白)之间保持平衡,残留的细胞成分如没有被充分去除,会引起不良的炎症反应并抑制组织与器官的重建[2]。文章就化学、生物(酶)、物理及以上几种方法联合进行的脱细胞基质制备方法、优缺点以及其在涎腺组织工程研究中的应用进行了综述。

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

文题释义:
脱细胞基质:通过化学、物理或其他处理方法去除组织与器官中的细胞,以形成无免疫原性或低免疫原性,保留微观和宏观结构及功能性基质蛋白,实现具有生物相容性、非免疫原性并传递物理、化学和生物信号,用于细胞附着、增殖、分化和持续使用的生物支架材料。
电穿孔:也称非热不可逆电穿孔,通常使用微秒电脉冲来破坏跨膜电势,诱导质膜上微孔的形成,并最终通过改变其稳态电平衡导致细胞死亡。
组织工程:融合了工程学和生命科学的基本原理、基本理论、基本技术和基本方法,在体外构建一个有生物活性的种植体,植入体内修复组织缺损,替代器官功能;或作为一种体外装置暂时替代器官功能,达到提高生存质量,延长生命活动的目的。

背景:由脱细胞基质组成的生物支架被广泛应用于动物及临床研究,以修复和重建组织与器官,但所有的脱细胞方法都会在一定程度上破坏基质结构与功能。

目的:综述脱细胞基质制备方法、优缺点及其在涎腺组织工程研究中的应用。

方法:应用计算机检索CNKI 数据库、中国生物医学文献数据库、PubMed数据库及Elsevier数据库2008至2019年发表的相关文献,检索词为“脱细胞基质,制备方法,涎腺,组织工程,再生;decellularization,preparation  method,parotid gland tissue engineering”,共纳入74篇文献。

结果与结论:大部分组织与器官脱细胞基质制备方法需要化学、生物(酶)、物理及以上几种方法联合使用,具体方法取决于组织与器官的厚度、组成和性质。虽然不是所有脱细胞方法均可去除组织与器官中的细胞成分,但完全去除细胞的组织与器官具有重塑组织特异性的优势,为接种细胞的增殖和分化提供有利的微环境。由于涎腺结构复杂和组织工程化在临床应用中的挑战,应用于患者的临床移植进展有限,该领域的体内研究仅限于动物,而基于颌下腺脱细胞基质生物支架材料方面的应用有望为涎腺组织工程提供有利的来源。

ORCID: 0000-0002-3292-0333(张林)

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2020 Vol. 24 (10): 1597-1603 [摘要] ( 3 ) [HTML 3KB] [ PDF 43673KB] ( 0 )
1604 李 克, 许维国, 黄 超, 张治宇, 丁建勋
高分子纳米药物治疗骨肉瘤

文章导读:

MIRABELLO等[1]早在10年前研究了美国国立肿瘤研究所的监测、流行病学和最终结果(surveillance, epidemiology and end results,SEER)数据库,其中包括3 482例骨肉瘤患者,证实骨肉瘤具有双年龄分布的特征,青少年和老年人的发病率最高;其中第1个高峰在15岁左右,主要为原发性骨肉瘤;第2个高峰在75岁左右,主要为佩吉特氏病或其他骨质病变相关的继发性骨肉瘤。虽然在每个年龄组中,骨肉瘤的发病率偶尔会升高或降低,但在过去35年中,骨肉瘤的总体发病率保持稳定,其中男性的发病率略高于女性,比例为1.22∶1[1]。骨肉瘤好发于长骨的干骺端,常见的受累骨包括股骨(40%)、胫骨(20%)、肱骨(10%)和骨盆(8%),少见于体内的其他骨骼,如腓骨、桡骨、尺骨、肋骨、下颌骨等[1]。此外,也有文献报道骨外骨肉瘤,但需要与其他软组织肉瘤相鉴别[2]

骨肉瘤的病因复杂,目前尚无统一标准,其发病机制与遗传学密切关联,并极具异质性,其发病风险也与多种疾病有关[3]。报道显示骨肉瘤与遗传性视网膜母细胞瘤、Rothman-Thomas综合征、Werner综合征和Li-Fraumeni综合征密切相关[4]。其中Li-Fraumeni综合征常伴随较高的骨肉瘤发病率,是常染色体显性遗传疾病,常导致p53抑癌基因变异。研究表明,p53和p53通路的其他相关基因如MDM2,p14ART和CDK4的突变与骨肉瘤的发生发展具有密切相关性[5]。除基因突变外,研究还发现骨肉瘤的发病率与各种人口统计学之间存在相关性,如性别[6]、年龄[7-8]、身高[9]。骨肉瘤常见环境因素包括特立帕肽的使用[10],以及儿童时期饮用含氟饮用水[11-12]。然而,最新的研究结果表明水氟化状况对儿童和青少年骨肉瘤的发生率没有影响[13-15]

目前临床的常规治疗包括术前(新辅助)化疗、术中切除病灶(包括转移)和术后(辅助)化疗[16]。骨肉瘤被认为对放疗具有抵抗性[17-18],若患者身体条件允许,完整的手术切除仍是治疗关键[18]。目前的手术侧重于改善切除的范围,以保护未受累的组织,并采用新的生物和非生物骨骼和软组织重建来优化术后康复[19]。成像技术的进步和术前化疗的积极效果带来了从截肢到保肢治疗的重大转变,后者被扩展到大约80%的患者[20-21]。虽然截肢后局部复发率为2.0%-3.0%,保守性手术后局部复发率为5.0%-7.0%,但总体存活率差异无显著性意义[1822]。对于存在远处肺转移的患者,仍有必要开胸手术切除病灶,特别是对于可以切除所有肺结节并保留足够肺组织以维持足够肺功能的患者[18]

大多数应用于骨肉瘤的化疗方案基于4种药物:甲氨蝶呤、阿霉素、顺铂和异环磷酰胺[23],这些药物被整合到各种化疗方案中。最常用的剂量范围如下:阿霉素,每周期剂量60-90 mg/m2,累积剂量240-480 mg/m2;甲氨蝶呤,每周期剂量12 g/m2,累积剂量48-168 g/m2;顺铂,每周期剂量100-120 mg/m2,累积剂量480-600 mg/m2;异环磷酰胺,每周期剂量从6-14 g/m2,累积剂量   30-69 g/m2[24]。术前新辅助化疗通常在手术前8-10周给药,术后辅助化疗持续12-29周[25-27]。虽然骨肉瘤被认为是一种对放疗具有抵抗性的肿瘤,但放疗可以作为局部治疗不可切除肿瘤的一种选择,或作为缓解症状性转移的一种选择[1728]。一些化学治疗剂,如甲氨蝶呤、顺铂、异环磷酰胺,似乎能显著提高局部放疗的疗效[18]

尽管骨肉瘤的治疗策略不断改进,但其预后仍然很差。在过去的几十年中,已经应用了许多通过诱导细胞凋亡、细胞周期功能障碍、基因转录或血管生成过程抑制起作用的新型抗肿瘤化合物[29]。然而,常规的抗肿瘤治疗仍然基于手术和化疗的结合。由于抗肿瘤药物存在选择性差、毒副作用强、耐药和肿瘤易复发的问题,使得这些方法受到限制[30]。越来越多的研究证实,通过纳米粒子传输抗肿瘤药物可以突破这些限制[30-33]。现在有各种多功能纳米粒子用于纳米药物的开发,包括无机纳米粒子、脂质(脂质体,纳米切片体,固体脂质纳米粒子)和高分子纳米粒子[34-39]。这些多功能纳米药物具有血液循环时间长、肿瘤选择性高、易被肿瘤细胞摄取、对肿瘤微环境敏感、可增强肿瘤抑制效果并降低毒副作用的特点[32-33]。目前,这些“智能”纳米系统已经能够高效地传递小分子药物、蛋白和基因,它们被证明在骨肉瘤治疗中具有重大作用[32]

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

文题释义:
高分子纳米粒子:大小通常在1-1 000 nm之间,一般由天然高分子或合成高分子构成,可作为药物传递的载体,从而提高疗效、降低毒副作用。
骨肉瘤:最常见的恶性骨肿瘤之一,由间质细胞系发展而来,好发于儿童和青少年,特点是肿瘤经软骨阶段直接或间接形成肿瘤骨样组织。

背景:近年来研究者开发了各种高分子纳米粒子作为抗肿瘤药物载体,并利用纳米粒子的优势,例如血液循环时间延长、肿瘤内选择性聚集等,提高对骨肉瘤的疗效。

目的:基于最新的相关研究,对高分子纳米药物在骨肉瘤治疗方面的应用及其发展前景作以综述。

方法:作者应用计算机检索Web of Science、NCBI和PubMed生物医学数据库,检索时间为1900年至2019年6月,以“osteosarcoma;polymer;nanoparticle;controlled drug delivery;tumor therapy”为检索关键词,初检文章265篇,筛选后将107篇文章纳入高分子纳米药物治疗骨肉瘤的相关研究报道。

结果与结论:骨肉瘤是最常见的恶性骨肿瘤,主要影响儿童和青少年,早期远处肺转移和局部高侵袭性使骨肉瘤患者长期生存率降低。虽然化疗提高了骨肉瘤患者的生存率,但其应用潜力因严重不良反应和耐药性受到限制。与传统化疗相比,高分子纳米药物不仅降低了对正常组织的毒副作用,而且还能够延长体内循环时间,使化疗药物在肿瘤部位持续缓慢释放,从而提高了治疗效果。因此高分子纳米药物对于骨肉瘤的治疗具有巨大的应用前景。

ORCID: 0000-0003-2103-4747(李克);0000-0002-5232-8863(丁建勋)

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


2020 Vol. 24 (10): 1604-1614 [摘要] ( 5 ) [HTML 3KB] [ PDF 67115KB] ( 2 )
1615 魏晨旭, 何怡文, 王 聃, 侯婧霞, 谢 辉, 殷放宙, 陈志鹏, 李伟东
组织工程学中骨修复材料的研究热点与进展

文章导读:

组织工程学是指结合生物学、医学和材料工程学等学科,利用某种物质通过体外培养等方法再造或者修复器官及组织的技术[1],简单来讲,就是一种组织和器官再生的新医学概念。20世纪80年代美国的VACANTI和LANGER[2]教授在《科学》杂志上撰文发表了其组织工程研究的成果,首次提出组织工程探索。此概念最终由美国国家科学基金委员会在1987年确立,也有人称其为“再生医学”。有研究人员统计,每年约有230万人因创伤、肿瘤等原因导致骨缺损[3],组织工程技术可以形成具有复杂三维结构的组织器官,弥补修复骨缺损部位。近年来国内外研究者对此领域进行了不断研究和开拓。支架材料、种子细胞、信号是骨组织工程重要的研究内容[4],它们既可独立使用也可组合使用,理论上可通过排列组合获得众多的生物复合支架,但如何设计和制备出符合要求的生物复合支架是当前研究面临的巨大挑战。

中国是人口大国,每年有数万人因各种原因导致骨缺损使生活质量受到严重影响。而市场上骨修复材料种类繁多,良莠不齐,并且价格不菲,真正用于临床治疗的理想骨修复材料却少之又少,患者往往受到身体、心理、经济等多重因素的煎熬。因此,找到理想的骨组织修复材料,破解人体“骨密码”,是众多研究人员追求的目标。据资料显示,当前全球骨科器材市场发展迅速,中国骨修复材料市场日益扩大,市场规模已达160多亿美元,骨修复材料的研究前景十分广阔。

文章在大量查阅文献的基础上就近年来骨修复材料领域的各种骨修复材料进行综述,通过对这些文献的归纳、整理和总结,分析各不同材料的优缺点,展望该领域的未来发展,旨在为组织工程学领域从事骨缺损修复和重建研究的科研人员提供一定的参考。

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

文题释义:
组织工程学:是一门较年轻的交叉学科,是指结合生物学、医学和材料工程学等学科,利用某种物质,通过体外培养等方法,再造或者修复器官及组织的技术。
骨修复材料:指机体骨组织损伤后,应用的对骨组织损伤部位具有一定的修复和再生能力,并且具有良好的组织相容性、可降解性等优良理化特性的材料,包括天然骨和骨移植替代材料2大类。

背景:随着医疗水平的提高,临床对骨修复材料的需求逐渐增多,要求也越来越高。

目的:综述近年来骨修复材料领域的相关研究进展,分析不同材料的优缺点,展望该领域的未来发展。

方法:以“组织工程学、骨修复材料、骨缺损、天然骨材料、骨移植替代材料、中药;Tissue engineering、Bone repair material、Bone defect、Natural bone material、Bone graft replacement material、traditional Chinese medicine”等作为关键词,在CNKI、万方数据学库、PubMed、Web of Science数据库进行检索,文献的语种限定为中文和英文,检索时间为1950至2019年。共检索到文献900余篇,最终纳入68篇进行综述。

结果与结论:近年来随着组织工程学的蓬勃发展,骨组织修复材料的研究方兴未艾,除在天然骨的基础上对天然骨进行优化之外,也开发了各式各样的骨移植替代材料,如天然高分子材料、合成高分子材料、生物医用陶瓷材料、生物医用金属材料等,但这些材料性能不一,水平参差不齐,所以目前骨修复材料虽多,但理想的骨修复材料在临床的应用依然较少,因而骨缺损修复和重建仍是目前临床亟待解决的骨科难题之一。另外,将传统应用于骨修复的中药如自然铜与现代骨修复材料相结合应用,可有效规避现行各种骨修复材料的一些弊端,有效发挥治疗骨缺损疾病的作用,是骨修复领域一个值得深入研究的方向。

ORCID: 0000-0002-3833-3404(魏晨旭)

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


2020 Vol. 24 (10): 1615-1621 [摘要] ( 9 ) [HTML 3KB] [ PDF 34543KB] ( 0 )
1622 林柳兰, 周建勇
3D打印聚醚醚酮及其复合材料修复骨缺损的应用现况

文章导读:

聚醚醚酮是一种全芳香族半结晶性的热塑性特种工程塑料,具有优良的理化性质、力学和热等性能,在250 ℃高温下也能保持较高的耐磨性和较低的摩擦系数[1]。聚醚醚酮具有熔点高(334 ℃)、蠕变量低、弹性模量高、摩擦性能优异、耐高温、耐化学腐蚀等特点,越来越多地作为一种生物材料应用于骨科植入物和假体[2]。聚醚醚酮具有良好的生物相容性,相比于传统硬组织植入金属材料(不锈钢、钛合金等),其弹性模量和人类的皮质骨相当,植入后可有效减小“应力屏蔽效 应”[3]。此外,聚醚醚酮作为生物材料还具有放射线透过性及磁共振扫描不产生伪影等优点,可以更好地评估术后恢复情况,目前已被用于颅骨、颌骨、脊椎腰椎、人工关节以及口腔缺损修复等领域[4]

随着3D打印技术在骨科领域的应用增多,以及人们对医疗领域中诊断水平和治疗技术要求的提升,3D打印技术在医疗领域中的发展前景巨大。3D打印技术在医疗领域中的应用主要包括协助医患之间的沟通,精准制备出医疗模型,提高病情的诊断和规划手术方案,以及制备个性化骨科植入物[5]。为此该综述通过查阅大量的相关文献,介绍了3D打印聚醚醚酮及其复合材料在骨缺损修复中的独特优势,总结了聚醚醚酮及其复合材料应用于几种常见骨缺损修复的国内外研究进展,并对结合3D打印技术制备个性化聚醚醚酮植入物或假体的应用前景表达了自己的看法。

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

文题释义:

聚醚醚酮:是一种全芳香族半结晶性的热塑性特种工程塑料,具有优异的物理、化学、力学、热等性能。目前聚醚醚酮作为一种生物材料,相比于传统硬组织植入金属材料(不锈钢、钛及其合金等),具有良好的生物相容性、放射线透过性、植入人体后可有效降低“应力屏蔽效应”,以及磁共振扫描不产生伪影等特点,越来越多地被应用于骨科植入物和假体。

骨缺损修复:将设计制备的骨科植入物或假体植入因创伤或手术所致的骨缺损区域,经治疗后逐渐改善该区域的成骨连接状态,缓解愈合及恢复局部的功能。

背景:聚醚醚酮及其复合材料具有一系列独特的性能,而3D打印技术可以针对患者的病情定制个性化植入物,两者在骨缺损修复领域均具有明显优势。

目的:总结聚醚醚酮及其复合材料与3D 打印技术在骨缺损修复领域的应用现状,并进一步展望两者有效结合的应用前景。

方法:利用计算机检索CNKI、PubMed,Web of Science数据库,中文检索词为“聚醚醚酮,聚醚醚酮复合材料,骨缺损修复,聚醚醚酮植入物,聚醚醚酮3D打印,口腔修复”。英文检索词为“PEEK,PEEK composites,bone defect repair,PEEK implants,PEEK 3D printing,prosthodontics”。检索时限为1995年4月至2019年4月。共检索到147篇文章,根据纳入与排除标准,最终纳入51篇文献进行综述。

结果与结论:①将具有生物活性的材料及改善力学性能的颗粒或纤维引入到聚醚醚酮基体中制备成复合材料,借助3D打印技术精准定制出与患者骨缺损处高度匹配的植入物;②这种具有良好生物相容性、生物活性和力学性能的植入物在颅骨、颌骨、脊椎腰椎、人工关节以及口腔缺损修复中具有良好的治疗效果,提高了治疗后患者的满意度;③文章总结了3D打印聚醚醚酮及其复合材料在各类骨缺损修复中的应用,并对联合3D打印技术制备个性化聚醚醚酮植入物或假体的应用前景表达了自己的看法。

ORCID: 0000-0001-7850-2412(林柳兰)

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

2020 Vol. 24 (10): 1622-1628 [摘要] ( 3 ) [HTML 3KB] [ PDF 50456KB] ( 0 )
1629 侯婧霞, 王 聃, 魏晨旭, 林上阳, 陈志鹏, 李伟东
3D打印药物复合材料在生物医学中的应用

文章导读:

3D打印技术是以计算机数字模型为基础,运用各种材料来构造物体的技术,可以达到快速成型的目的,是目前临床上使用较多的药物复合材料成型方式之一,给生物医学研究领域带来了巨大的发展和创新,也促进了航空航天工业、建筑工业、组织工程、和药学等领域的发展[1]。在医学领域,3D打印技术已被应用于牙科、组织工程、器官建模等,然而其在制药领域还处于初始阶段,2015年美国食品药品监督管理局(FDA)批准了全球首款由3D打印技术制备的左乙拉西坦速溶片上市,这极大地推动了国内外科学家对3D打印药物的研究热情[2]。3D打印包括多种打印技术、数百种材料,打印时还具有不同的分辨率和打印速度。常用的打印技术工艺有熔融沉积技术、立体光固化成型技术、激光烧结快速成型技术、选择性激光熔覆技术等,其中以立体光固化成型技术最早出现并且最为成熟[3-4]。熔融沉积3D打印技术是一种通过移动打印头的喷嘴连续沉积熔融聚合物股线来创建固体物体的技术。在药剂学中,熔融沉积3D打印已被用在创建具有精细形状的剂型[5]、特定释放特征的剂型[6]、个性化植入物[7],用作其他载药释放装置的载体或底物的3D打印基质[8]

在制药领域中,3D打印需要的材料包括热塑性丝材、光敏树脂、金属粉末、碳纤维、石墨烯等。在组织工程领域中尤以骨组织工程材料应用较多,包括天然骨材料、天然高分子材料、合成高分子材料、医用生物陶瓷材料等,其中医用生物陶瓷材料是骨组织工程中应用较多的材料,包括β-磷酸三钙和羟基磷灰石等。与羟基磷灰石不同的是,β-磷酸三钙被人体吸收的速度与骨骼再生速度相似[9]。而且β-磷酸三钙具有钙和磷,与人骨成分相似,植入骨缺损部位具有良好的生物相容性、骨传导活性并能够逐渐被新生骨组织替代。在β-磷酸三钙中通过添加各种成骨药物、生物活性蛋白和生长因子,已被报道可提高骨诱导率[10]。运用3D打印技术可将药物与材料结合,实现药物联合用药,制成具有特定释放速率的剂型,从而更好的应用于临床。文章选取了临床用药疗效确切的西药、中药和金属元素及离子,通过3D打印技术制成药物复合材料,不仅可以起到局部用药、缓释长效的治疗效果,对中医药领域来说还可以实现“个性化给药”,可控制药物剂量,符合中医因人因病施治的原则,促进了药物产业技术和应用领域的发展。

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

文题释义:
药物复合材料:指将临床上普遍使用的治疗相关疾病的药物或与具有良好生物相容性与降解特性的生物材料相结合,制成支架或其他剂型。
熔融沉积3D打印技术:是一种通过移动打印头的喷嘴连续沉积熔融聚合物股线来创建固体物体的技术。在药剂学中,熔融沉积3D打印已经被用在创建具有精细形状的剂型及特定释放特征的剂型,个性化植入物和用作其他载药释放装置的载体或底物的3D打印基质。
生物医学:是指综合生命科学与医学等学科理论知识,运用生物学及工程技术等方法解决医学中相关问题的一门前沿学科。

背景:运用3D打印技术可将药物与材料结合实现药物联合用药,制成具有特定释放速率的剂型,从而更好的应用于临床。

目的:综述临床常用西药、中药、金属元素及离子等与相关材料制成药物复合材料的制备工艺、优点及适应证等。

方法:由第一作者以“药物;中药或金属;复合材料;3D打印”作为关键词,以“并含”的逻辑组合关系在CNKI、万方数据库进行检索;以“Drug;Chinese medicine;Metal;Composite materials;3D printing”作为关键词,以 “and”的逻辑组合关系在PubMed、Web of Science数据库进行检索,检索时间均为1950至2019年。初步检索文献339篇,筛选后对46篇文献进行分析。

结果与结论:将西药、中药、金属元素及离子等与相关材料制成药物复合材料,在制药领域和临床使用中均有一定的优越性,其不仅可提高药物的生物利用度、降低毒副作用,还可实现联合用药。近年来,药物复合材料已被运用于骨科、牙科、心血管内科、耳鼻喉科等领域,但其应用还处于初级阶段,很多方面需要提高和改进,如提高药物复合材料质量;提高力学稳定性,减少脆性;打印功能齐全,与人体大小相适应的血管和器官;更好地模仿人体真实组织的生物力学、组织结构等。

ORCID: 0000-0002-9679-5439(侯婧霞)

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


2020 Vol. 24 (10): 1629-1633 [摘要] ( 4 ) [HTML 3KB] [ PDF 26576KB] ( 2 )
1634 张 溪, 弓 磊
抗菌肽抗菌机制及研究热点

文章导读:

微生物致病菌对于目前常用的抗生素已产生了耐药性[1-3],因此,使用新型药用抗生素替代品来控制这些引起感染的病原体是必不可少的[4-5]。其中,抗菌肽作为一种可从自然来源中提取并用于对抗抗生素耐药细菌的潜在候选物,引起了科学家们的广泛关注。抗菌肽具有广谱抗细菌、抗病毒、抗真菌、抗原虫、甚至抗肿瘤细胞等活性,另外抗菌肽还表现出促进机体组织愈合及调节体内免疫系统等活性。文章综述近年来对抗菌肽抗菌机制的研究进展,并探讨了在这些过程中可能存在的细菌抵抗抗菌肽的机制,具有很强的基础和临床研究指导意义。

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

文题释义:
抗菌肽:是一类具有广谱抗菌性的宿主防御多肽,由所有形式的生命体中的不同组织、细胞中产生,具有广谱抗菌、抗病毒、抗真菌、抗肿瘤、促进机体组织愈合及调节体内免疫系统等活性,其在宿主的天然免疫防御系统中发挥着重要的防御屏障作用。
抗菌肽的抗菌机制:由于抗菌肽在组成成分、结构和功能上存在差异性,因此其具有不同的抗菌机制;而抗菌肽的结构在很大程度上影响了抗菌肽的功能,由此决定了抗菌肽多种功能和作用模式,其中最为让人认可的是膜透化机制和非膜靶向机制。

背景:抗菌肽作为一种可从自然来源提取并用于对抗抗生素耐药细菌的潜在候选物,引起了科学家们的广泛关注,熟悉抗菌肽的抗菌机制有利于将抗菌肽的临床应用。

目的:综述近年来对抗菌肽抗菌机制的研究进展。

方法:由第一作者应用计算机检索PubMed、Springerlink、Web of Science、ScienceDirect等数据库2013年1 月至2019年3月发表的文献,选择与抗菌肽抗菌机制及其研究进展相关的文献。

结果与结论:抗菌肽是一类特殊的分子,为具有广谱抗菌性的宿主防御多肽,在一些生物体中其被认为是先天免疫系统的重要组成部分。抗菌肽的抗菌机制从作用模式上可以分为直接致死和免疫调节2类主要的模式,直接致死作用机制可进一步分为膜靶向和非膜靶向。与此同时基于抗菌肽的广泛应用,预计在葡萄球菌、口腔细菌(包括链球菌)和肠道细菌(包括沙门氏菌)等微生物环境中已发展出许多抵抗策略,主要分为被动抵抗和诱导或适应性抵抗机制。在未来的研究和应用中,阳离子肽是解决多重耐药性日益增多的一个有效选择,除了应设计新的方法来对抗细菌对抗菌肽的耐药性外,也应该预防由常规抗生素产生的耐药性。

ORCID: 0000-0002-7481-2832(张溪)

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

2020 Vol. 24 (10): 1634-1640 [摘要] ( 9 ) [HTML 2KB] [ PDF 46425KB] ( 0 )