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双层支架材料构建组织工程骨软骨修复关节软骨缺损

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中华创伤杂志 2012年第2期28卷 189-192页

作者：段平国董健复旦大学附属中山医院骨科上海200032

随着对关节软骨及软骨下骨修复机制的进一步认识，人们日益重视将软骨和软骨下骨作为一个整体（即骨软骨单位）来指导关节软骨缺损的修复方案，而不是把焦点只放在关节表面的软骨上。如果忽略了修复支撑软骨再生的软骨下骨。

关键词：关节软骨缺损骨软骨修复构建组织工程支架材料软骨下骨修复机制关节表面软骨再生

可注射自修复的双层水凝胶及其在骨软骨修复中的应用

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可注射自修复的双层水凝胶及其在骨软骨修复中的应用

作者：胡云平福建师范大学

学位级别：硕士

骨关节炎(osteoarthritis,OA)是基于多种因素致使关节软骨纤维化、皲裂、溃疡、脱失的关节疾病,在临床上主要表现为早期的关节软骨磨损及随后中晚期的软骨下骨异常改变。目前临床上对骨关节炎中严重的软骨及软骨下骨缺损的治疗手段主要... 详细信息

骨关节炎(osteoarthritis,OA)是基于多种因素致使关节软骨纤维化、皲裂、溃疡、脱失的关节疾病,在临床上主要表现为早期的关节软骨磨损及随后中晚期的软骨下骨异常改变。目前临床上对骨关节炎中严重的软骨及软骨下骨缺损的治疗手段主要为关节置换手术,但人工关节的使用寿命具有限制且价格昂贵,并非最为理想的治疗手段。因此,研究和开发新型生物材料以永久修复骨关节炎疾病中关节处的软骨及软骨下骨损伤具有极其重要的临床意义。组织工程是一种使用负载种子细胞和各类刺激因子的支架材料来修复甚至替代病变组织的治疗手段。可注射支架比组织工程的预制支架方法具有优越性,因为可注射支架具有微创性,能够进入深部区域和高可塑性等优势,因此与受损区域的几何形状高度兼容。天然生物材料中的糖基多糖生物聚合物和基于蛋白质的多肽在创造新的可生物降解和生物相容性水凝胶化合物方面都有显着用途。由于关节液的自然生物代谢能迅速消除药物分子,所以关节内注射药物在注射后保留时间较短。而将小分子药物参与到构建水凝胶支架网络中能够达到意想不到的缓释效果。在本文中,我们开发了具有可注射及可自愈性质的双层天然高分子水凝胶用于骨软骨一体化修复。以明胶为基础材料,并对小分子药物β-环糊精和阿仑膦酸钠分别进行丙烯酰化改性,得到AC-β-环糊精(AC-β-CD)和AC-阿仑膦酸钠(AC-ALN)。掺杂钙镁离子后基于主客体交联、紫外光双键交联以及离子络合作用在10 min内成胶。同时由于存在动态的主客体相互作用和离子络合作用,水凝胶表现出良好的可自愈性、适宜速率的钙镁离子缓释以及强大的力学性能。接下来对此水凝胶进行体外生物相容性、体内修复颅骨缺损以及新骨再生的评价,采用的表征方法有免疫荧光染色、组织学、组织学定量分析以及组织免疫组化等,这些表征证明了GCA水凝胶卓越的生物相容性,也验证确认了其应用组织工程骨缺损修复实现的可能性。继续调配明胶和AC-β-环糊精的浓度比例,利用二者制备上层水凝胶联合上述颅骨修复水凝胶后形成双层水凝胶。采用流变性能表征确定了上层水凝胶的最佳浓度比。并对上层水凝胶进行表征,而双层水凝胶中上下层均采用明胶和AC-β-环糊精,能推进加强界面处的结合。钙镁离子呈现出梯度化浓度变化,这样有助于上下层各自出现明显的软骨分化和成骨分化。为促进应用于组织工程中骨软骨一体修复的发展大有益处。

关键词：明胶水凝胶组织工程可自愈一体化骨软骨修复

压电复合水凝胶的制备及压电效应增强骨软骨修复的研究

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压电复合水凝胶的制备及压电效应增强骨软骨修复的研究

作者：吴佳杭西南交通大学

学位级别：硕士

关节软骨疾病是一种常见的临床疾病。由于天然软骨是无血管组织,导致其再生能力十分有限,而目前的治疗方案尚无法提供一个完全彻底的解决方法。水凝胶因为具有和天然软骨相似的三维结构,因此将其和外加刺激结合起来运用于组织工程的方... 详细信息

关节软骨疾病是一种常见的临床疾病。由于天然软骨是无血管组织,导致其再生能力十分有限,而目前的治疗方案尚无法提供一个完全彻底的解决方法。水凝胶因为具有和天然软骨相似的三维结构,因此将其和外加刺激结合起来运用于组织工程的方法在骨软骨修复中得到了良好表现。但是借助外场刺激的方法有一定的实施难度,限制了它们的应用,那些具有自发刺激细胞活性的水凝胶因此受到了广泛关注。鉴于软骨组织中的胶原蛋白具有压电效应,本文工作致力于设计一种复合水凝胶,通过引入压电材料,赋予水凝胶压电性能,从而通过自身应力场产生电信号,达到主动刺激细胞生长繁殖,增强组织再生的目的。为了更好的验证压电修复骨软骨这一机制,我们的策略是,希望材料本身的修复效果并不突出,否则就会掩盖压电机制带来的修复效果。因此,我们选择了传统骨软骨修复材料聚乙烯醇,但是单纯的聚乙烯醇水凝胶因为自身生物降解性和生物活性较差,修复效果并不突出,我们利用这一点,通过加入压电材料聚偏氟乙烯（PVDF）赋予聚乙烯醇水凝胶压电性能,引入纳米银线增加材料的压电性能和赋予水凝胶抗菌性能,通过乙醇去除有机溶剂,同时调控材料的溶胀率和压缩性能。此外,为了得到更好地模拟骨软骨结构,我们将PVA/PVDF水凝胶设计成了双层结构,最终通过兔骨软骨缺损模型来进行验证。本研究内容及结果如下:***/PVDF压电水凝胶制备及其表征:采用溶液共混法制备得到压电水凝胶,红外表征结果显示PVA和PVDF未发生化学键合,复合以后仍然有β相的压电特征峰。压电测试进一步结果证实了材料具有压电特性。当PVA和PVDF浓度都为15%时,压电电压的数值为0.15V。溶胀实验结果表明PVA15/PVDF15复合材料具有相当低的溶胀率,约为60%,比纯PVA水凝胶低约120倍。鉴于此,本研究选择PVA15%/PVDF15%的水凝胶进行后续实验。***/PVDF/Ag NWs压电水凝胶制备及其表征:XRD、红外和压电测试的结果表明Ag NWs的加入,诱导了PVDF中压电β相的形成,输出电压达到了0.3V以上。通过进一步乙醇去除残留的有机溶剂,并同时调节材料的溶胀性能和力学性能,再通过系列表征手段对其理化性能进行分析。其结果显示,当乙醇浓度为70%时,水凝胶的溶胀率约为40%,压缩模量达到了0.42MPa,接近天然关节软骨的水平,且在循环加载测试中表现出良好的力学稳定性。DMA和扫描结果表明,该水凝胶具有三维网络孔径结果,孔径约为50mm左右,PVA和PVDF呈明显的两相分离状态。并在此基础上引入纳米羟基磷灰石（HA）制备了双层水凝胶。通过能谱检测发现纳米银线和羟基磷灰石在材料内部中是均匀分布的。3.压电水凝胶的生物学学评价:该材料与细胞共培养7天后,细胞的增殖活性无明显变化,细胞形态正常;在体外溶血实验中压电组材料溶血率仅为2%,无溶血反应发生;在体外降解实验中,30天后压电水凝胶的降解率为25%;在抗菌实验中压电复合材料对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌都显示出极好的生长抑制作用,抑制率达98%。4.采用兔骨软骨缺损模型来评价压电水凝胶的修复效果。结果表明压电水凝胶相比PVA/HA水凝胶和空白组有效地促进了骨软骨缺损的再生,缺损处已经无明显凹陷面,表面平整,界限基本消失,与周围组织结合良好且新生组织颜色和宿主组织差异较小。术后12周的组织学结果显示压电组的修复组织已经具有完整的天然软骨生理结构。

关键词：水凝胶软骨压电双层材料骨软骨修复

3D冷冻打印CS-CS/BG生物梯度支架的制备及其骨软骨修复应用

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3D冷冻打印CS-CS/BG生物梯度支架的制备及其骨软骨修复应用

作者：鞠茂华南昌大学

学位级别：硕士

由于软骨愈合能力差,骨软骨(OC)缺损自修复能力有限,现在临床上并没有显著有效的药物促进骨软骨缺损愈合,因此OC修复需要手术,组织工程支架被认为是骨软骨再生手术中有前途的材料。由于OC缺损通常涉及对软骨和下方软骨下骨的损害,因此... 详细信息

由于软骨愈合能力差,骨软骨(OC)缺损自修复能力有限,现在临床上并没有显著有效的药物促进骨软骨缺损愈合,因此OC修复需要手术,组织工程支架被认为是骨软骨再生手术中有前途的材料。由于OC缺损通常涉及对软骨和下方软骨下骨的损害,因此组织支架在细胞组成、生长因子、材料组成、结构、力学性能和稳定性方面必须具有离散梯度或连续梯度。为了满足OC修复支架的要求,本课题采用冷冻3D打印气动挤出技术成功制备了CS生物支架、CS/BG生物复合支架和CS-CS/BG生物梯度支架。探究了支架的较佳打印参数,表征了支架的宏观、微观形貌,测量了支架的吸水率、孔隙率,研究了支架的力学性能以及生物相容性。本课题制备的CS生物支架、CS/BG生物复合支架和CS-CS/BG生物梯度支架都具有相互连通的规则的空隙结构,孔径在300～500nm之间,同时在支架的丝上都有形状不规则的小孔(孔径从几nm到几十nm),有利于细胞、组织生长和营养物质的运输。BG颗粒使支架表面更加粗糙,有利于细胞黏附。所有支架材料都有良好的亲水性、高吸水率(最大为1482.31%)、高孔隙率(最大为96.29%),生物支架中BG比例越高,相应的亲水性越差,吸水率、孔隙率越小,但所有生物支架均能达到组织工程支架吸水率、孔隙率的要求。所有支架都具有良好的拉伸强度(最大为0.76MPa),都有促进BMSC增殖的作用,具有良好的生物相容性。BG在降解过程中会释放生物活性因子,促进BMSC增殖效果更佳。本课题制备的CS生物支架、CS/BG生物复合支架和CS-CS/BG生物梯度支架中,CS-CS/BG生物梯度支架由于其具有生物梯度、可模拟自然骨软骨结构的独特优势,在骨软骨修复领域更加具有巨大潜力和应用前景。

关键词：骨软骨修复 3D打印梯度支架壳聚糖生物玻璃

双肽负载的甲基丙烯酰化明胶/羟基磷灰石/壳聚糖双层材料的制备及在骨软骨修复中的应用

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双肽负载的甲基丙烯酰化明胶/羟基磷灰石/壳聚糖双层材料的制备及...

作者：李孟娜上海师范大学

学位级别：硕士

骨软骨损伤(OL)是骨科常见的临床问题,如果不及时干预,经常会导致关节的部分甚至全部功能丧失。不同于软骨损伤,它们常常涉及到软骨下骨和软骨表面,使其处理比软骨损伤更复杂。骨软骨损伤的治疗策略必须同时针对软骨以及软骨下骨。本文... 详细信息

骨软骨损伤(OL)是骨科常见的临床问题,如果不及时干预,经常会导致关节的部分甚至全部功能丧失。不同于软骨损伤,它们常常涉及到软骨下骨和软骨表面,使其处理比软骨损伤更复杂。骨软骨损伤的治疗策略必须同时针对软骨以及软骨下骨。本文设计了一种由甲基丙烯酰化明胶(GelMA)水凝胶和羟基磷灰石/壳聚糖(HA/CS)层状支架相复合的双层材料。为了在骨软骨缺损修复过程中获得更好的治疗效果,将多肽CK2.1负载进水凝胶中,将P物质(SP)负载进HA/CS层状支架。重点分析了材料的形貌,物相结构,力学性能等。采用骨髓间充质干细胞(MSCs)体外培养实验表征材料的生物相容性。同时根据动物体内实验结果分析材料的骨诱导性能。利用甲基丙烯酸酐对明胶进行改性,获得具有光响应性能的GelMA。采用紫外光交联法制备出GelMA水凝胶。该水凝胶具有多孔结构,且具有一定的韧性和弹性,可用于软骨修复。负载CK2.1后,药物被包裹在水凝胶内部,水凝胶的物相结构没有发生改变。体外实验表明,GelMA-CK2.1水凝胶具有良好的生物相容性,促进MSCs分化为软骨细胞,并显着上调成软骨相关基因SOX 9,COL II和ACAN的表达,可用于软骨缺损的修复。采用冷冻干燥法制备出层状的碳酸钙/壳聚糖(Ca CO/CS)支架,利用仿生矿化法使Ca CO转化为HA,获得HA/CS支架。HA/CS支架具有层状结构,HA呈现片状结构,均匀的附着在每一层的表面。将HA/CS支架经过明胶和戊二醛的处理,能显著增加支架的力学性能。负载SP后,支架的形貌,物相结构没有发生变化。体外实验表明,HA/CS-SP支架具有良好的生物相容性,促进MSCs向成骨细胞的分化,并显着上调了成骨相关基因COL I,OCN和Osterix的表达,可用于软骨下骨缺损的修复。大兔的骨软骨缺损模型进一步揭示,将GelMA-CK2.1水凝胶和HA/CS-SP支架复合后,可同时促进软骨和软骨下骨缺损的修复,12周时,新生的骨组织填满缺损部位。因此GelMA-CK2.1/HA/CS-SP复合材料为骨软骨缺损的修复提供了新的治疗策略,具有重要的应用价值。

关键词：水凝胶层状支架壳聚糖羟基磷灰石骨软骨修复

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组织工程支架在骨软骨修复中的应用进展

医学综述 2019年第3期25卷 453-458页

作者：马钢肖云峰刘晓民丁良甲刘长路高博内蒙古医科大学第二附属医院关节外科呼和浩特010030 内蒙古医科大学新药安全评价研究中心呼和浩特010100

因运动损伤、事故创伤所导致的骨软骨损伤逐渐增加,骨软骨损伤的修复也越来越受到重视。基于目前的研究,骨软骨组织工程支架在充分利用材料、信号分子的多种途径方面表现出巨大的潜能。支架设计需要考虑的基本要素是具有适当孔隙的双相... 详细信息

因运动损伤、事故创伤所导致的骨软骨损伤逐渐增加,骨软骨损伤的修复也越来越受到重视。基于目前的研究,骨软骨组织工程支架在充分利用材料、信号分子的多种途径方面表现出巨大的潜能。支架设计需要考虑的基本要素是具有适当孔隙的双相结构和界面整合能力,组成物质的梯度分布和相适应的机械性能。支架的表面修饰技术可以改善细胞调节和信号分子递送。功能性支架可调控多信号转导分子递送的功能,被认为是有希望的治疗方法。

关键词：骨软骨修复界面组织组织工程支架设计机械性能

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基因治疗在骨软骨修复中的应用

国外医学（骨科学分册） 2002年第1期23卷 28-30页

作者：易诚青郑启新华中科技大学同济医学院附属协和医院骨科430022

基因治疗在骨软骨修复领域有着广阔的应用前景。如何获得理想的转染效率,诱导充分的骨软骨发生与重建,并使基因治疗逐步从动物实验走向临床应用,是骨软骨修复中亟待解决的课题。新近资料表明,骨软骨修复的基础研究在深度与广度上都取得... 详细信息

基因治疗在骨软骨修复领域有着广阔的应用前景。如何获得理想的转染效率,诱导充分的骨软骨发生与重建,并使基因治疗逐步从动物实验走向临床应用,是骨软骨修复中亟待解决的课题。新近资料表明,骨软骨修复的基础研究在深度与广度上都取得了长足进步,为该领域基因治疗的发展提供了良好的契机。本文就其研究进展、现存问题及发展前景作一综述。

关键词：骨软骨修复基因治疗基因转移研究进展前景目的基因芭巴细胞

缓释双生长因子三层支架体内长期促骨软骨缺损再生的研究

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天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2023年第6期56卷 588-594页

作者：董云生黄佳星肖慧王雅菁王茜霖王淑芳南开大学生命科学学院天津300071 南开大学生物活性材料教育部重点实验室天津300071

外伤或关节使用过度或重度关节炎都会导致关节表面的软骨以及软骨下骨形成难以恢复的损伤.尽管目前临床上的治疗技术在某些方面取得成功,但仍存在治疗的局限性,如自体移植存在供区并发症、移植的组织不完全整合和易降解、骨髓刺激会产... 详细信息

外伤或关节使用过度或重度关节炎都会导致关节表面的软骨以及软骨下骨形成难以恢复的损伤.尽管目前临床上的治疗技术在某些方面取得成功,但仍存在治疗的局限性,如自体移植存在供区并发症、移植的组织不完全整合和易降解、骨髓刺激会产生纤维软骨、质量不佳等.为提高骨软骨缺损的治疗效果,前期研究制备了局部缓释生长因子rhBMP-2和rhTGF-β3的丝素蛋白/脱软骨细胞外基质/纳米羟基磷灰石复合三层支架,并在兔子体内短期植入后获得良好的骨软骨修复效果,但并未进行长期体内研究.本研究在兔子双膝滑车沟处建立直径5mm、深度3mm的缺损,并将具有局部缓释生长因子rhBMP-2和rhTGF-β3的复合三层支架进行缺损区植入,且以天然膝关节滑车沟处骨软骨为对照组,修复34周后通过大体观察、组织学染色、免疫组织化学染色、Micro-CT扫描以及力学测定,评价支架对骨软骨缺损长期的修复情况.大体观察、组织学染色、免疫组织学染色扫描结果表明,支架组再生软骨具有与天然组相似的表面平整度和完整度、细胞排列形态以及黏多糖含量;但Ⅱ型胶原染色和软骨纳米压痕结果表明,支架组再生软骨Ⅱ型胶原含量以及力学性能明显低于天然软骨.Micro-CT扫描以及力学结果表明,支架组再生软骨下骨具有与天然软骨下骨相似的结构以及力学强度((48.98±12.7091)MPa).因此,具有局部缓释生长因子rhBMP-2和rhTGF-β3的丝素蛋白复合三层支架在体内长期促进骨软骨再生方面具有显著的优势.

关键词：缓释支架生长因子骨软骨修复体内研究组织工程

同种异体骨软骨移植修复关节软骨缺损的实验与应用

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中国临床康复 2005年第26期9卷 202-204页

作者：宋洪强亓建洪泰山医学院附属医院骨科山东省泰安市271000

目的:关节软骨多处于人体骨骼的重要功能部位,在临床上由于各种原因所导致的关节软骨缺损或变性坏死很常见。目前,使损伤的骨软骨修复至正常骨软骨,许多学者进行了有益的探索。将国内外同种异体骨软骨移植的研究和应用进展,从关节软骨... 详细信息

目的:关节软骨多处于人体骨骼的重要功能部位,在临床上由于各种原因所导致的关节软骨缺损或变性坏死很常见。目前,使损伤的骨软骨修复至正常骨软骨,许多学者进行了有益的探索。将国内外同种异体骨软骨移植的研究和应用进展,从关节软骨的基础研究、同种异体骨软骨移植的发展概况、取材制备、保存、免疫原性、临床应用等方面做以分析。资料来源:应用计算机检索Medline1980-01/2004-05关于同种异体骨软骨移植的文章,检索词为“Osteochondralallograft”,限定文章语言种类为“English”;同时计算机检索CNKI1994-01/2004-05关于异体骨软骨移植的文章,检索词为“骨软骨,移植,软骨缺损”,限定文章语言种类为中文。资料选择:对资料进行初审,纳入标准:①有关骨软骨保存方法的实验研究。②有关同种异体骨软骨移植的基础及临床研究。排除标准:文献中重复研究。未排除非随机、对照、盲法文章。资料提炼:共收集到59篇相关文献,追朔法查找文献12篇,29篇符合纳入标准,排除30篇文献,其中8篇重复研究,22篇为异体骨软骨移植在口腔颌面部整容中的应用。资料综合:29篇文章中6篇通过实验方法进行异体骨软骨保存方法的比较研究。10篇通过动物实验或临床研究,以对照研究方法证实同种异体骨软骨移植修复关节软骨缺损的可行性,与自体骨软骨移植相比较的优越性。13篇通过基础或临床研究,证实软骨自身修复能力有限,异体骨软骨移植后的免疫排斥反映对移植的影响。结论:在探索应用何种材料能更有效地治疗关节软骨缺损的过程中,人们一直把希望寄托在比自体骨软骨更理想的替代材料上,在众多的替代材料中,同种异体骨软骨有其独特的优势和应用价值,尤其对大块及特定形态结构部位缺损的替代作用。随着同种异体骨软骨移植的免疫排斥、软骨保存、软骨退变等问题的进一步解决,必将使关节软骨缺损的治疗学产生革命性的发展。

关键词：移植,异种骨软骨软骨/损伤综述文献同种异体骨软骨移植关节软骨缺损骨软骨修复移植修复实验研