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骨组织工程中研究水凝胶微球的特征

中国组织工程研究 2024年第3期28卷 472-478页

作者：龙智睿黄雷肖放王琳王晓蓓华中科技大学同济医学院附属协和医院组织工程与再生医学研究中心湖北省武汉市430022 华中科技大学同济医学院附属协和医院检验科湖北省武汉市430022

背景:水凝胶微球由于其多孔性和可注射性等在递送细胞和生物活性因子/药物、构建组织修复支架等生物医学领域展现独特优势,具有广阔的应用前景。目的:综述基于水凝胶微球的骨组织工程最新研究进展,讨论基于水凝胶微球的骨组织工程研究... 详细信息

背景:水凝胶微球由于其多孔性和可注射性等在递送细胞和生物活性因子/药物、构建组织修复支架等生物医学领域展现独特优势,具有广阔的应用前景。目的:综述基于水凝胶微球的骨组织工程最新研究进展,讨论基于水凝胶微球的骨组织工程研究面临的关键问题和挑战。方法:应用计算机检索PubMed和中国知网数据库收录的相关文献。英文检索词为“hydrogels,microparticles,microspheres,microcarriers,bone,bone defect,bone repair,bone healing,bone tissue engineering”,中文检索词为“水凝胶,微球,微粒,骨组织工程,骨缺损,骨修复,骨再生”。检索文献时限为2002-2022年,最终纳入127篇文献进行综述。结果与结论:①目前,不同的水凝胶微球材料已被开发用于骨组织工程策略并取得了较好的效果,如搭载细胞或生物活性因子/药物的水凝胶微球、作为生物支架的水凝胶微球、刺激响应性水凝胶微球、生物矿化水凝胶微球、与其他生物材料结合的水凝胶微球等。②基于水凝胶微球的骨组织工程修复策略主要通过促进干细胞的招募与成骨分化、调节损伤局部炎症微环境以及促进损伤部位血管生成等机制来调控骨修复。但目前的研究没有深入探索基于水凝胶微球的骨组织工程诱导内源性干细胞招募与分化,以及水凝胶微球的理化性质对炎症微环境的调控,且水凝胶微球的体内长期不良反应尚未探明,批量生产存在困难,因此,未来的研究需要在机制探索和技术路线上加强深入,从而为开发能够用于临床转化的水凝胶微球材料提供合理参考。

关键词：水凝胶微球球形水凝胶骨缺损骨修复骨再生骨组织工程

细菌纤维素复合材料在骨组织工程领域的应用新进展

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四川大学学报（医学版） 2024年第2期55卷 243-248页

作者：罗川张莉冉力瑜尤炫合黄石书四川大学华西医院骨科成都610041 四川大学华西第二医院康复医学科成都610041

细菌纤维素是一种微生物生长过程中分泌的胞外高分子纳米材料,因其具有独特的三维纤维网状结构、良好的生物相容性、生物可降解性以及出色的机械性能而在骨组织工程领域备受关注。但细菌纤维素仍有不足,如低成骨活性、缺乏抗菌性能、孔... 详细信息

细菌纤维素是一种微生物生长过程中分泌的胞外高分子纳米材料,因其具有独特的三维纤维网状结构、良好的生物相容性、生物可降解性以及出色的机械性能而在骨组织工程领域备受关注。但细菌纤维素仍有不足,如低成骨活性、缺乏抗菌性能、孔径过小、降解速率和骨组织再生不匹配等问题,限制了其在骨组织工程领域的单独使用。因此,通过改性细菌纤维素并制备细菌纤维素复合材料成为近年来的研究热点。本综述总结了细菌纤维素的生产-改性-骨修复应用的相互关系,介绍了细菌纤维素的制备及其改性的方法,还详细阐述了细菌纤维素复合材料在骨组织工程领域的应用新进展,同时也指出了细菌纤维素复合材料目前面临的挑战与展望。

关键词：细菌纤维素生物基复合材料骨组织工程生物医用材料综述

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骨组织工程中促血管支架应用的可视化分析

中国组织工程研究 2024年第17期28卷 2708-2715页

作者：方源康志杰王海燕李筱贺张凯内蒙古医科大学基础医学院内蒙古自治区呼和浩特市010000 内蒙古医科大学基础医学院人体解剖教研室内蒙古自治区呼和浩特市010000 乌兰察布市第二医院骨科内蒙古自治区乌兰察布市012000

背景:对于支架物理性质的研究始终是组织工程研究领域的热点,但对于促血管支架来说,除了要满足支架的基本性能外,还需要通过其他方法来促进血管在支架内的再生过程,以达到修复骨组织的最终目的。目的:对国内外发表的骨组织工程下促血管... 详细信息

背景:对于支架物理性质的研究始终是组织工程研究领域的热点,但对于促血管支架来说,除了要满足支架的基本性能外,还需要通过其他方法来促进血管在支架内的再生过程,以达到修复骨组织的最终目的。目的:对国内外发表的骨组织工程下促血管支架的文献进行可视化分析,探究该领域的研究热点及研究现状,为后续研究提供参考。方法:以中国知网及Web of Science核心集数据库为检索库,检索骨组织工程下促血管支架的相关文献,去除不符合纳入标准的文献,随后导入CiteSpace 6.1.R2软件,对研究领域的作者、国家机构及关键词进行可视化分析。结果与结论:①骨组织工程下促血管支架应用的研究中,发文量最多的前3个国家分别为中国、美国和德国。②中国知网数据库机构该领域研究发文量排名前3位分别为南方医科大学、华中科技大学、东华大学;Web of Science核心集数据库中机构发文量排名前3位分别为上海交通大学、四川大学、中国科学院。③中国知网数据库关键词频次排名前3位为“组织工程、血管化、血管生成”,Web of Science核心集数据库关键词频次排名前3位为“mesenchymal stem cell(间充质干细胞),scaffold(支架),vascularization(血管化)”。④参考文献共被引情况和高被引文献分析显示,该领域的血管化策略研究热点为支架设计、血管生成因子的输送、体外共培养和体内预血管化;技术方面研究热点为3D打印、静电纺丝、血管移植及血管融合;机制方面研究热点为免疫调节和巨噬细胞、药物/生长因子输送、内皮细胞和成骨细胞之间的关系、骨细胞和内皮细胞之间旁分泌关系及信号分子通路、血管生成和抗血管生成分子。⑤国内外骨组织工程下促血管支架应用研究均十分重视干细胞和3D打印技术的运用,而目前的研究热点主要为生物3D打印技术、支架改性修饰的方法以及基于骨修复机制智能生物材料的开发应用。

关键词：骨组织工程血管生成支架修饰 3D打印生物材料干细胞复合支架智能生物材料可视化分析

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改性HA纳米粒子在骨组织工程中的研究进展

精细化工 2024年第3期41卷 479-490页

作者：杜婧羽占晓徐余欢杨人元张加奎张道海贵州民族大学化学工程学院贵州贵阳550025

随着中国老龄化社会进程加快,以及疾病和交通事故等因素的影响,骨损伤病例呈逐年增加趋势,使骨替代材料的市场需求不断扩大。羟基磷灰石(HA)具有优异的生物活性和生物相容性,是人类和动物骨骼的主要组成成分,在生物体内可降解、参与代谢... 详细信息

随着中国老龄化社会进程加快,以及疾病和交通事故等因素的影响,骨损伤病例呈逐年增加趋势,使骨替代材料的市场需求不断扩大。羟基磷灰石(HA)具有优异的生物活性和生物相容性,是人类和动物骨骼的主要组成成分,在生物体内可降解、参与代谢,释放出的离子对机体无害,被广泛应用于骨修复、再生和置换等骨组织工程,但HA纳米粒子分散性差、强度低、高分子相容性差等缺点,限制了其应用。为了克服这些缺点,探索改性或复合HA的方法,以改善其分散性、亲水性、抗菌性及机械强度等,来满足临床应用的要求。该文重点总结了当前主流的HA纳米粒子的改性方法,包括离子掺杂、表面改性、材料复合。详细介绍了目前HA复合材料的研究热点,以期为HA复合材料相关基础研究提供有益的借鉴与启示。

关键词：羟基磷灰石骨组织工程离子掺杂表面改性材料复合

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骨组织工程研究中的二维黑磷材料

中国组织工程研究 2024年

作者：陈家瀚奉超黄晓夏牛明慧王鑫滕勇新疆医科大学研究生学院新疆医科大学第四临床医学院新疆石河子大学药学院新疆医科大学第一附属医院创伤骨科中国人民解放军新疆军区总医院

背景：黑磷与人体骨有高度的同源性，近年来在骨组织工程领域被广泛研究。自2014年以来，二维黑磷材料因具有优异的理化性能和生物性能备受生物医学领域广泛关注。目的：综述黑磷基纳米材料在骨组织工程中的研究进展，着重介绍了二维黑... 详细信息

背景：黑磷与人体骨有高度的同源性，近年来在骨组织工程领域被广泛研究。自2014年以来，二维黑磷材料因具有优异的理化性能和生物性能备受生物医学领域广泛关注。目的：综述黑磷基纳米材料在骨组织工程中的研究进展，着重介绍了二维黑磷纳米材料的合成方法、成骨特性和在生物材料中的应用。方法：以“黑磷，骨组织工程，骨缺损，骨再生，成骨性；black phosphorus,Bone tissue engineering,Bone defect,Bone Regeneration,Osteogenesis”为关键词，检索2014年1月至2023年12月期间PubMed、中国知网数据库中的相关文献。经过排除和筛选后对96篇文章进行分析。结果与结论：黑磷纳米材料因良好的生物相容性、生物降解性、光热作用、抗菌能力、载药性能和特殊成骨效应在骨组织工程中发挥着重要作用，是促进骨再生的理想候选材料。黑磷纳米材料的制备主要为自上而下的顶层剥离方法，主要原理是通过物理或者化学手段削弱黑磷层间的范德华力，得到单层或者少层的磷烯，即黑磷纳米片或量子点。黑磷基纳米复合材料主要分为水凝胶、3D打印支架、复合材料支架、静电纺丝、仿生骨膜、微球和仿生涂层。纳米黑磷研究在骨组织工程中处于起步阶段，仍面临多个挑战：黑磷在体内的行为以及与各种生物分子的相互作用机制有待进一步研究；黑磷的长期潜在毒性尚不清楚；黑磷的制造过程难以控制。因此，如何开发尺寸均一、安全、可靠、高效的纳米黑磷并转化为临床应用，需要对现代生物医学技术、物理化学技术和精密制造技术进行跨学科研究。

关键词：二维材料黑磷纳米黑磷纳米片骨组织工程骨再生

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骨组织工程中传统与仿生支架结构设计的差异

中国组织工程研究 2024年

作者：赵越许燕周建平张旭婧陈宇彤靳正阳印治涛新疆大学机械工程学院新疆大学机械工程学院

背景：多孔支架作为新骨生长的临时基质在骨修复过程中起着关键作用，其中多孔支架的结构设计是骨修复过程中的研究重点。目的：综述传统支架(规则、均匀的支架)和仿生支架(不规则、不均匀的支架)在骨组织工程研究领域的应用。方法：检... 详细信息

背景：多孔支架作为新骨生长的临时基质在骨修复过程中起着关键作用，其中多孔支架的结构设计是骨修复过程中的研究重点。目的：综述传统支架(规则、均匀的支架)和仿生支架(不规则、不均匀的支架)在骨组织工程研究领域的应用。方法：检索中国知网(CNKI)、维普、万方、Web of Science、Science Direct、PubMed、EI等数据库，选取2008年1月至2024年3月发表的文献，中文检索词为“骨组织工程，仿生支架，骨小梁，传统支架，骨修复，三周期极小曲面”，英文检索词为“bone tissue engineering,bionic scaffolds,bone trabeculae,traditional scaffolds, bone repair,TPMS”。最终纳入81篇文献进行综述。结果与结论：骨支架的结构设计是实现骨修复和骨再生的关键，骨组织工程中的支架技术已取得显著进展。传统的规则多孔支架因简单的制造流程和良好的机械性能被广泛应用，然而这类支架往往缺乏生物活性，难以模拟自然骨组织的复杂微环境，限制了其在促进细胞增殖和骨再生方面的能力。相反，仿生支架通过模拟自然骨组织的结构特征，提供了更适宜的生理微环境，促进了成骨细胞的增殖、分化及新骨的形成，为骨缺损有效治疗提供了新的思路。尽管仿生支架在理论上具有巨大的潜力，但在实际应用中仍面临诸多挑战，支架的生物相容性、生物活性及长期稳定性等因素仍需通过临床试验进行进一步验证。

关键词：骨组织工程仿生支架骨小梁传统支架骨修复三周期极小曲面拓扑优化结构设计单胞阵列

金属离子促血管生成机制及在骨组织工程中的应用

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中国组织工程研究 2024年第5期28卷 804-812页

作者：王嘉旎陈俊宇口腔疾病研究国家重点实验室国家口腔疾病临床医学中心四川大学华西口腔医院修复科四川省成都市610041

背景:多种金属离子因具有良好的血管生成活性,并参与成骨中血管新生等生理过程,在骨组织工程领域的研究和应用正日益深入。目的:系统性阐释铜(Cu2+)、镁(Mg2+)、锶(Sr2+)、锌(Zn2+)、钴(Co2+)离子的促血管生成机制及其在骨组织工程的应... 详细信息

背景:多种金属离子因具有良好的血管生成活性,并参与成骨中血管新生等生理过程,在骨组织工程领域的研究和应用正日益深入。目的:系统性阐释铜(Cu2+)、镁(Mg2+)、锶(Sr2+)、锌(Zn2+)、钴(Co2+)离子的促血管生成机制及其在骨组织工程的应用现状和主要治疗的疾病类型。方法:2位作者利用Pub Med和中国知网数据库检索2017-2022年间发表的文献,中文检索词为“铜离子,镁离子,锶离子,锌离子,钴离子,骨,血管生成”;英文检索词为“copper,cuprum,Cu,magnesium,Mg,strontium,Sr,zinc,Zn,cobalt,Co,metal ion,angiogenesis,bone”。通过阅读标题、摘要对所得文献进行初筛,排除不相关文献后,最终纳入114篇文献进行综述。结果与结论:(1)金属离子可以通过作用于血管内皮生长因子、缺氧诱导因子、血管生成相关基因、内皮细胞以及对巨噬细胞进行免疫调节等途径调控血管生成。(2)铜、镁、锶、锌、钴等金属离子因具有显著的血管生成效应,常用于组织工程支架的性能改善,其中水凝胶、生物陶瓷和合成聚合物材料目前应用较为广泛,镁及其合金也因其优良的承重能力颇具优势,但这些材料均存在一些缺陷,目前暂时没有一种理想的骨替代材料。(3)不同的离子作用特点如下:铜具有抗菌、成血管和成骨等性能,主要用于感染及肿瘤等引起的骨缺损;镁、锌具有较强的生物降解性,需要对降解速率进行控制;镁具有腐蚀性,主要以合金形式应用;锌的成血管机制涉及较少;镁、锶用于治疗骨质疏松性骨缺损效果显著。(4)以上5种金属离子(铜、镁、锶、锌、钴)具有显著的促血管生成作用,也通过成血管来促进成骨,个别离子如铜离子具有杀菌作用,这些金属离子可以作为治疗肿瘤、骨质疏松症、感染和创伤等引起的骨缺损的新策略,但是目前的临床试验和产品的应用性研究相对不足。

关键词：金属离子铜镁锶锌钴血管生成骨再生骨科植入物骨组织工程

小檗碱促进骨再生的机制、安全性及在骨组织工程中的应用

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中国组织工程研究 2024年第35期28卷 5702-5708页

作者：李昱林俞海鹏唐华菁张梓桐林兴南浙江中医药大学口腔医学院浙江省杭州市310000 长沙医学院临床医学院湖南省长沙市410000

背景:小檗碱具有诱导各种间充质干细胞在正常状态和高糖、感染及炎症等特殊状态下成骨分化的潜力,可替代生长因子诱导种子细胞成骨,是一种具有骨诱导潜力的天然小分子药物,在骨组织工程领域有着巨大的应用前景。目的:回顾和总结小檗碱... 详细信息

背景:小檗碱具有诱导各种间充质干细胞在正常状态和高糖、感染及炎症等特殊状态下成骨分化的潜力,可替代生长因子诱导种子细胞成骨,是一种具有骨诱导潜力的天然小分子药物,在骨组织工程领域有着巨大的应用前景。目的:回顾和总结小檗碱成骨机制及效能,尤其是在高糖、感染及炎症环境下的成骨潜力,以及小檗碱生物安全性方面的研究进展,为其在骨组织工程中的发展应用提供理论依据。方法:在PubMed、万方及中国知网数据库,以英文检索词“berberine,bone defects,bone repair,bone regeneration,osteoinductive,osteoporosis,osteoblast,osteoclast,bone tissue engineering,bone,high glucose,diabetes,inflam*,infect*”,中文检索词“黄连素,小檗碱,骨缺损,骨修复,骨再生,骨诱导,骨质疏松,成骨细胞,破骨细胞,骨组织工程,骨,高糖,糖尿病,炎症,感染”进行文献检索,最终筛选后纳入105篇文献进行综述。结果与结论:(1)小檗碱能用于治疗包括骨病在内的多种疾病,其具有促进骨再生作用,文章系统综述了小檗碱对骨再生作用机制及体内外研究。(2)研究表明小檗碱能够通过促骨生成、抑制破骨细胞形成及其活性、抗骨质疏松等方面发挥骨修复作用,主要通过参与Wnt/β-catenin,PI3K/AKT,EGFR/MEK/p38MAPK,cAMP/PKA/CREB和ERK等信号通路,表现出优异的成骨诱导分化潜力。(3)小檗碱还可以解除因高糖、感染及炎症引起的细胞成骨分化抑制,这为治疗患有糖尿病的骨缺损患者或骨缺损部位有感染及炎症的患者提供了更多可能。(4)小檗碱还具有毒性小、价格低廉和易于获取(目前已经能够人工合成)等优点,是较为理想的骨诱导潜力药物。(5)近年来应用小檗碱治疗骨缺损趋于局部使用,主要通过与骨组织工程技术结合改善生物利用度,在动物实验中表现出良好的骨修复作用和生物安全性,而且临床前实验表明,小檗碱在糖尿病、局部感染及炎症状态下仍然表现出优秀的骨再生潜力。(6)未来还需要更多的研究完整地揭示小檗碱的成骨机制和生物安全性等问题,并寻求最合适的控释载体制作出机械强度、疗效及生物安全性均佳的人工骨替代材料。

关键词：小檗碱中药有效成分骨缺损骨再生支架材料骨组织工程糖尿病感染炎症

甲基丙烯酰明胶水凝胶作为细胞三维培养支架在骨组织工程中的应用

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中国组织工程研究 2024年第22期28卷 3576-3582页

作者：王赛楠王晓菲张莉滨州医学院山东省滨州市256600 滨州医学院附属医院口腔科山东省滨州市256600

背景:骨缺损的治疗一直是临床医生亟待解决的临床难题,用甲基丙烯酰明胶进行细胞体外3D培养,可以为大面积骨缺损的治疗提供新的方向。目的:文章综述了甲基丙烯酰明胶作为3D细胞培养支架在骨组织工程中的研究进展,以期为临床骨缺损修复... 详细信息

背景:骨缺损的治疗一直是临床医生亟待解决的临床难题,用甲基丙烯酰明胶进行细胞体外3D培养,可以为大面积骨缺损的治疗提供新的方向。目的:文章综述了甲基丙烯酰明胶作为3D细胞培养支架在骨组织工程中的研究进展,以期为临床骨缺损修复提供进一步的参考。方法:应用计算机检索中国知网及PubMed数据库1986年1月至2023年8月收录的文献,中英文检索词分别为“骨缺损,骨组织工程,生物支架材料,水凝胶,光交联水凝胶,甲基丙烯酰明胶,三维培养,细胞培养”和“Bone defect,Bone tissue engineering,Biomaterial scaffold,Hydrogel,Methylacrylyl photocrosslinked hydrogel,Three-dimensional culture;Cell culture”,最终纳入68篇文献进行综述分析。结果与结论:①同二维培养相比,3D培养可以在无菌条件下,构建立体三维空间,更好地模拟体内环境,为细胞提供合适的温度、酸碱度及足够的营养,使细胞能够在体外正常生长增殖并保持其正常结构与功能,具有独特优势。②在骨组织工程生物支架材料的选择中,水凝胶因其良好的生物相容性、可降解性及具有立体三维网络结构等优点,已被广泛应用于骨再生的研究。③甲基丙烯酰明胶的物理及生物性能受到浓度、光照时间及光引发剂种类以及反应体系等因素的影响,而这些性能均能对细胞的黏附、生长及增殖,甚至细胞形态及功能产生一定的影响。④甲基丙烯酰明胶因具有良好的生物相容性、物理可调节性、可注射性及光敏性能,已被广泛应用于3D细胞封装、3D生物打印及基于数字光处理的立体光刻技术等细胞3D培养体系中。⑤应用各类复合甲基丙烯酰明胶进行细胞的3D培养,可以更好地促进血管形成及骨再生,为临床骨缺损的治疗提供更多可能。⑥目前甲基丙烯酰明胶的来源、合成的方法以及安全性尚没有健全的标准,需要进一步加强研究,对甲基丙烯酰明胶在3D细胞培养领域的应用进行更深入的完善。

关键词：骨缺损骨组织工程生物支架材料水凝胶光交联水凝胶甲基丙烯酰明胶二维培养三维培养细胞培养