检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：查瑶华中科技大学

学位级别：博士

天然骨组织本身是一个高度血管化的组织,具备一定的自我修复能力,然而,当骨损伤超过其临界缺损尺寸后则无法自愈。因此,临界骨缺损是目前临床亟待解决的痛点问题之一。临界骨修复材料往往因其修复体积较大而材料内部新生骨组织血管化不... 详细信息

天然骨组织本身是一个高度血管化的组织,具备一定的自我修复能力,然而,当骨损伤超过其临界缺损尺寸后则无法自愈。因此,临界骨缺损是目前临床亟待解决的痛点问题之一。临界骨修复材料往往因其修复体积较大而材料内部新生骨组织血管化不足,导致移植骨修复材料内部坏死而修复失败。因此,设计和构建促血管化骨再生修复材料具有重要的研究意义和临床应用潜力。基因激活基质的本质是将组织工程与基因治疗相结合获得新材料,近年来受到越来越多的关注。用生长因子的基因形式来替代传统的重组蛋白形式,可以有效地规避重组蛋白带来的诸多问题,如蛋白因子易暴释而引起持续性短、易变性而导致效力差、因过量释放而诱发系统毒性以及因制备程序复杂而成本高等,而被广泛应用于组织工程。因此,本论文以基因激活材料为依托,用血管内皮生长因子(Vascular endothelial growth factor,VEGF)的基因形式替代传统的重组蛋白形式,然后选用生物相容性好、细胞毒性低及细胞摄取效率高的外泌体作为基因递送载体,与多孔的骨修复支架结合,设计和构建具有成血管和成骨双重功能的血管化骨再生修复材料体系,解决临界骨缺损修复材料因内部血管化不足而坏死的临床痛点问题,为发展下一代完全骨再生修复材料奠定理论基础。本论文的研究内容主要包括以下三点:(1)开发一种基于外泌体为基因载体的血管化骨再生修复材料体系,并研究其在颅骨缺损修复中的应用。首先,以软骨祖细胞系来源的外泌体作为VEGF基因的载体构建了一种工程化外泌体,这种工程化外泌体不仅可以发挥基因递送载体的功能,而且可以发挥其来源细胞的成骨分化功能。然后,以丝素蛋白(Silk fibroin,SF)和聚己内酯(Polycaprolactone,PCL)作为基材,通过静电纺丝技术制备了SF/PCL混纺膜,SF/PCL混纺膜为不仅可以模拟细胞外基质,进一步用聚多巴胺修饰电纺膜提高对工程化外泌体的粘附能力。最后,将粘附有工程化外泌体的SF/PCL电纺膜作为一种新型的血管化骨再生修复材料用于大鼠颅骨缺损的修复。体内外实验结果均表明工程化外泌体具有促进血管和新生骨形成的双重功能,该血管化骨再生修复材料有利于临界骨缺损的修复。(2)优化基于外泌体的血管化骨再生修复材料,并将其扩大应用于长段骨缺损的修复。为了解决因外泌体与材料的连接不够牢固而导致VEGF前期大量暴释的问题,进一步优化外泌体与材料的连接方式,创造性引入了外泌体亲和肽。首先,利用三维(Three-dimensional,3D)打印技术制备PCL多孔支架,进一步修饰外泌体亲和肽将工程化外泌体特异性柔性结合到PCL多孔支架上,从而发挥工程化外泌体原位细胞摄取、原位缓释VEGF的作用。该血管化骨再生修复材料用于大鼠桡骨缺损的修复,取得了良好的骨修复效果。进一步验证了基于工程化外泌体的血管化骨再生修复材料为临界骨缺损的修复提供了新的策略。(3)设计一种基于外泌体类似物(Exosome-mimetics)为基因载体的血管化骨再生修复材料,并研究其在颅骨缺损修复中的应用。为了克服外泌体提取步骤繁琐、周期长、产量低等缺陷,通过构建分子筛,采用梯度机械挤压的方法提取一种新型的外泌体类似物,该外泌体类似物具有与外泌体相似的形貌、尺寸及表面蛋白标志物,产量却是外泌体的约100倍。以壳聚糖(Chitosan,CS)和聚乳酸(Polylactic acid,PLA)作为基材,利用静电纺丝技术制备具有核壳结构的CS/PLA同轴电纺膜。另外,为了加强外泌体类似物与材料的连接,进一步优化二者的连接方式,采用介于物理吸附和共价结合之间的柔性连接方式——生物素-链霉亲和素系统。分别在外泌体类似物及材料表面修饰生物素,通过链霉亲和素作为桥梁将二者连接在一起。体内动物实验结果表明该材料具有很好的修复效果。外泌体类似物的运用更加丰富了基于基因激活的血管化骨再生修复材料体系在骨组织工程中的应用。综上所述,本论文设计和构建了一系列工程化外泌体介导的血管化骨再生修复材料,从血管再生和骨再生两个方面出发,提升临界骨缺损修复,攻克长段骨骨缺损因血管化不足而导致坏死的临床痛点问题,也为发展新一代血管化骨再生修复材料提供新材料体系。

关键词：血管化骨再生基因激活外泌体 VEGF质粒组织工程

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生物指导性微环境支架的构建及其在原位血管化骨再生中的功效和机制探索

生物指导性微环境支架的构建及其在原位血管化骨再生中的功效和机...

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作者：何奕君广州医科大学

学位级别：博士

背景和目的治疗因各种原因所致的骨缺损的“金标准”是自体骨移植。但是,自体骨和异体骨所具有一系列的不足限制了它们的大量使用。利用生物可降解的高分子聚合物骨替代物的组织工程(tissue engineering,TE)策略已成为治疗各种病因引起... 详细信息

背景和目的治疗因各种原因所致的骨缺损的“金标准”是自体骨移植。但是,自体骨和异体骨所具有一系列的不足限制了它们的大量使用。利用生物可降解的高分子聚合物骨替代物的组织工程(tissue engineering,TE)策略已成为治疗各种病因引起的骨缺损的一种有吸引力的替代方法。然而,传统TE策略需要将细胞接种在支架上,其局限性包括耗时的细胞扩增、植入后的细胞存活率降低、以及可能的免疫排斥等。随着学界对干细胞生物学和材料科学的深入研究,研究者发现,干细胞对于外源理化及生物信号能做出敏感的反应,同时生物材料也可以在制备过程中被赋予调控干细胞生物学效应的特性。利用生物材料重构机体的再生微环境,调控宿主固有的干细胞的行为并启动修复效应,这便产生了原位组织工程(in situ tissue engineering,i TE)策略。然而,骨的再生高度依赖于快速和充足的血管新生。生物惰性材料支架植入缺乏新生血管浸润,继发的缺氧会导致支架中心部位坏死或骨整合欠佳,其突出表现为支架由部分或全部的纤维肉芽组织包裹。因此,既往的原位组织工程策略利用单一因素(生长因子、小分子化合物等)促进成骨分化的方式无法重现骨再生复杂微环境。近期的研究表明,成骨细胞和内皮细胞存在偶联效应,这对研究骨再生至关重要。而内皮细胞细胞外基质(ECM)是介导偶联过程中的重要组分。既往研究提示人脐静脉内皮细胞(HUVEC)来源脱细胞外基质(HdECM)具有促进血管新生和成骨分化的双重生物效应,能够介导成骨细胞(OB)、内皮细胞(EC)间串扰,用于构建具备生物指导性微环境支架以促进植入后缺损部位的血管化骨再生。方法提取原代人脐静脉内皮细胞,经过平面培养与脱细胞后获取了HdECM。随后以组织学和免疫组织化学手段鉴定HdECM的制备效果;通过蛋白质谱检测及GO富集分析探究HdECM的潜在生理功能;利用体外细胞模型验证HdECM分别对BMSC和HUVEC的促成骨、促血管生成的功效;利用离体主动脉环模型检测HdECM/纤维蛋白凝胶对血管迁移能力的影响;制备3D打印复合支架(PFE)后,利用SEM观测支架表征;将复合支架植入皮下观察支架的促进宿主血管新生浸润的能力;用BMSC验证复合支架对细胞募集和成骨分化的影响;将复合支架作为植入的微环境植入大鼠骨缺损部位,利用micro CT、血管造影及组织学手段评价血管化骨再生的效果;利用免疫荧光手段对支架植入的微环境进行血管化骨再生及骨整合相关机制行进一步探索。结果HdECM保留了细胞外基质的成分并去除了大部分残留核酸;GO富集分析提示HdECM具有影响内皮细胞、成骨细胞功能的潜在作用;HdECM在体外能够促进BMSC和HUVEC分别成骨、成血管。HdECM/纤维蛋白凝胶是具备合适内环境的载体结构;PFE支架具备良好生物相容性,能够募集BMSC到骨缺损部位并同时促进血管生成-成骨的过程。植入大鼠体内,PFE支架实现了丰富的H型血管新生、骨再生及支架-宿主骨整合。结论PFE支架重塑了适合血管生成和骨再生的生物指导性微环境,招募了内源性细胞从而促进H型血管生成和成骨分化,实现了快速的血管化骨再生及生物惰性聚合物材料的宿主骨整合。

关键词：原位组织工程细胞来源的脱细胞基质生物指导性微环境血管化骨再生 H型血管骨整合

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通过生物材料结构/成分改性促进干细胞存活及血管化骨再生的研究

通过生物材料结构/成分改性促进干细胞存活及血管化骨再生的研究

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作者：张文杰上海交通大学

学位级别：博士

研究目的：　　肿瘤、炎症、外伤等多种原因均可造成颌骨组织缺损。干细胞在介导骨再生过程中起到了重要作用。然而，针对大块颌骨再生，一方面由于血管化问题，往往导致负载干细胞过早凋亡坏死;另一方面由于支架材料缺乏足够的成骨诱... 详细信息

研究目的：　　肿瘤、炎症、外伤等多种原因均可造成颌骨组织缺损。干细胞在介导骨再生过程中起到了重要作用。然而，针对大块颌骨再生，一方面由于血管化问题，往往导致负载干细胞过早凋亡坏死;另一方面由于支架材料缺乏足够的成骨诱导能力，导致干细胞参与成骨受限，大大降低了骨再生效果。为此，本研究尝试通过生物材料管道设计、氧化石墨烯铜纳米颗粒（GO-Cu）涂层等手段来调控干细胞体内存活以及血管化骨再生，为促进大块颌骨再生的生物材料设计提供新的思路。　　材料与方法：　　1.分离培养犬骨髓干细胞（BMSCs）和脂肪干细胞（ADSCs）;体外使用RT-PCT、免疫荧光等方法系统比较二者的成骨分化能力;GFP标记示踪观察裸鼠皮下异位成骨能力;进一步在犬上颌窦提升模型上，采用序贯荧光标记和硬组织切片等手段评估二者的快速骨再生效果。　　2.使用多孔/管道丝蛋白支架体外培养人脐静脉内皮细胞（HUVECs），检测HUVECs的生长、分泌活性及血管样结构预构情况;移植于裸鼠皮下后，采用Microfil血管灌注、激光多普勒血流检测、组织学分析等方法评估大块支架材料整体快速血管化效果。使用上述体外内皮化预构的多孔/管道丝蛋白支架负载小鼠BMSCs，移植于体内，使用活体荧光成像技术检测BMSCs体内存活情况。　　3.制备氧化石墨烯铜纳米颗粒（GO-Cu），涂层于硫酸钙骨水泥（CPC）多孔支架材料表面，ICP-AES电感耦合等离子体发射光谱仪检测铜离子缓释情况。Live/Dead细胞染色、MTT检测等方法评估GO-Cu对大鼠BMSCs的细胞毒性;免疫荧光染色、Western Blot(WB)、RT-PCR等方法检测GO-Cu调控大鼠BMSCs成骨向分化以及参与成血管诱导活性的作用机制;最后在大鼠颅骨缺损模型上评估GO-Cu涂层CPC支架材料（CPC/GO-Cu）的血管化骨再生效果。　　研究结果：　　1. BMSCs和ADSCs表面干细胞标志物表达水平相似，但BMSCs的体外成骨向分化能力明显优于ADSCs、分化速度更快，而ADSCs更易向成脂方向分化;经体外诱导后随支架材料埋植于裸鼠皮下四周时，BMSCs可以形成新骨，而ADSCs仅向成骨细胞分化、并未有骨组织形成;在犬上颌窦提升模型上，BMSCs较ADSCs同样表现出了更强、更快的骨再生能力。　　2.多孔/管道丝蛋白支架促进了HUVECs体外生长、成血管相关因子分泌以及血管样结构形成;将大块支架材料埋植于裸鼠皮下，管道结构促进了宿主组织细胞长入、加速了血管化进程;多孔/管道丝蛋白支架预植HUVECs后进一步促进了血管化进程;使用多孔/管道丝蛋白支架预植HUVECs构建的内皮化复合物来负载BMSCs，能够更好地维持移植干细胞的体内存活。　　3. GO-Cu在合适浓度范围内对BMSCs无明显细胞毒性，并且通过激活Erk1/2信号通路而促进BMSCs高表达Hif-1α，并刺激分泌BMP-2和VEGF成骨成血管蛋白因子;GO-Cu涂层于CPC支架材料后，可以长期缓慢释放铜离子，即能维持局部的铜离子浓度，又避免了爆发性、快速释放所造成的铜离子蓄积;将CPC/GO-Cu置于大鼠颅骨缺损区，明显促进了血管化骨再生。　　研究结论：　　本论文系统比较了ADSCs和BMSCs的成骨效果，优选了BMSCs作为颌面部骨组织快速再生的种子细胞。发现使用多孔/管道结构支架预植内皮细胞，可以促进大块支架材料整体快速血管化，进而促进负载的BMSCs细胞体内存活。还制备了氧化石墨烯铜纳米颗粒，GO-Cu涂层可以刺激BMSCs分泌成骨成血管生长因子，促进血管化骨再生。综上，本研究尝试了几种生物材料设计方案，能够有效地促进干细胞体内存活及血管化骨再生，可望为大块颌骨再生的材料设计提供新的思路。

关键词：颌骨再生生物材料结构成分改性干细胞存活血管化骨再生

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互穿网络多级孔气凝胶促血管化骨再生的研究

互穿网络多级孔气凝胶促血管化骨再生的研究

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作者：郑明雪山东大学

学位级别：硕士

骨组织缺损是临床中常见的组织缺损类型之一。在口腔颌面外科领域,骨组织缺损主要是由于创伤,良、恶性肿瘤及先天性疾病等引起颅面诸骨的缺损。目前关于骨组织缺损的修复方法及材料的选择方法较多但修复效果都不理想。临床常用的修复方... 详细信息

骨组织缺损是临床中常见的组织缺损类型之一。在口腔颌面外科领域,骨组织缺损主要是由于创伤,良、恶性肿瘤及先天性疾病等引起颅面诸骨的缺损。目前关于骨组织缺损的修复方法及材料的选择方法较多但修复效果都不理想。临床常用的修复方法包括自体骨移植,同种异体骨或异体骨移植,人工修复材料等方法。近年来,基于干细胞的组织工程技术及基于外泌体的无细胞骨再生技术均取得了突破性的发展,也为骨组织缺损的修复研究提供了新的方向,而上述两种方法中支架材料的设计对其最终修复效果有着举足轻重的影响。气凝胶是将各类凝胶材料中的液体成分通过各种方法(通常是二氧化碳超临界干燥和冷冻干燥)去除而保留原有空间结构的一类材料,自被发现以来广泛应用于隔热、催化、环境清洁、过滤、传感器等方面,并取得了良好的应用效果。在生物医学领域,气凝胶主要被应用于药物传递、伤口愈合敷料、疾病诊断、超声造影剂等方面,然而在骨组织再生领域的应用相对较少。因此,设计结构、性能合理的气凝胶骨缺损修复支架材料有着重要的现实意义。研究目的:本论文针对气凝胶材料在骨组织缺损修复领域的潜在应用。设计两部分实验研究:一部分是设计制备满足骨组织缺损修复需要的气凝胶支架材料并行相关表征,旨在改善目前气凝胶材料只存在小的纳米孔及机械强度相对低的缺点。另一部分是通过体外实验及体内实验共同验证设计制备的气凝胶材料促血管化骨再生的效果。研究方法:(1)互穿网络多级孔气凝胶的制备及表征。以硅酸四乙酯为二氧化硅的前驱体,采用传统的溶胶-凝胶法经酸、碱分别进行水解与缩合反应,并在此过程中向二氧化硅溶胶中加入的经京尼平交联的不同配比的丝素蛋白与微纤化纤维素混合物制备互穿聚合物网络结构(4%丝素蛋白溶液、硅酸四乙酯水解反应液、微纤化纤维素溶液体积比分别为A组1:5.54:0.5;B组1:5.54:1;C组1:5.54:2)。同时通过金属镁颗粒遇水发生置换反应产氢气制备大孔结构,最终经二氧化碳超临界干燥技术成功制备出具有互穿网络多级孔结构的三种不同组分气凝胶样品并对其进行表征。(2)互穿网络多级孔气凝胶的体外细胞学评价。主要通过活细胞/死细胞双染色实验、CCK-8实验评价各组材料的生物相容性,通过可视化细胞粘附实验观察rBMSC在气凝胶上的粘附情况,通过在气凝胶支架材料上接种rBMSC后成骨诱导培养检测碱性磷酸酶活性评价气凝胶支架对rBMSC的成骨分化影响。(3)气凝胶的体内促血管化骨再生效果评价。建立大鼠颅骨临界骨缺损模型并分别采用各组气凝胶材料修复,通过荧光序列标记硬组织切片、Micro-CT分析、组织石蜡切片的HE染色、Masson三色染色、免疫组化骨桥蛋白(osteopontin,OPN)染色、免疫荧光Osterix/CD31双染色共同评价互穿网络多级孔气凝胶的促血管化骨再生效果。结果:(1)不同组分的气凝胶形貌均展现出良好的多级孔结构,均存在30-300 μm左右的大孔以及更小的微米级小孔和纳米孔。随着微纤化纤维素含量的增加,气凝胶支架机械强度表现为先增加后减小,B组气凝胶的机械强度最高,并展现出最好的仿生矿化能力。(2)三组互穿网络多级孔气凝胶支架均表现出良好的生物相容性,可实现rBMSC的粘附以及提高碱性磷酸酶的活力。(3)互穿网络多级孔气凝胶支架材料可促进大鼠颅骨临界骨缺损区的血管化骨组织再生,且B组气凝胶修复后对血管化骨再生的促进作用最高。结论:本研究成功设计制备了三组组分不同的具有互穿网络多级孔结构的气凝胶骨组织工程支架材料,通过材料的基本表征、仿生矿化、体外细胞学、体内动物颅骨缺损修复等系列实验证实三组气凝胶均具有良好的生物相容性及促进血管化骨再生能力,并优选材料组分的最佳配比,为后续气凝胶材料在骨组织工程领域的进一步应用提供了参考价值。

关键词：气凝胶多级孔互穿网络骨组织工程无细胞骨再生血管化骨再生

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仿骨发育微环境高镁3D培养系统促血管化骨再生的研究

仿骨发育微环境高镁3D培养系统促血管化骨再生的研究

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作者：林思涵上海交通大学

学位级别：硕士

目的使用局部高镁环境模拟骨发育微环境,结合水凝胶制备干细胞3D培养系统,用于骨缺损的修复,以期达到血管化骨再生效果,为骨再生的仿生材料设计提供新思路。方法采用免疫荧光染色等技术,探究镁离子转运蛋白-1（magnesium transporter-1,... 详细信息

目的使用局部高镁环境模拟骨发育微环境,结合水凝胶制备干细胞3D培养系统,用于骨缺损的修复,以期达到血管化骨再生效果,为骨再生的仿生材料设计提供新思路。方法采用免疫荧光染色等技术,探究镁离子转运蛋白-1（magnesium transporter-1,MagT1）与骨发育的关系;以MagT1表达为指导优选镁离子(Mg2+)浓度模拟骨发育微环境,并结合Western Blot、CRISPR/Cas9技术等探究可能的分子机制;利用水凝胶构建高镁干细胞微球载体,使用PCR、EdU染色、免疫荧光等方法评估高镁环境成骨成血管诱导能力;最终在大鼠颅骨缺损模型上评估高镁微球载体促血管化骨再生效果。结果***1在胎鼠软骨内成骨区及干细胞成骨分化中皆高表达;高镁环境可上调细胞MagT1表达,亦可一致性地上调细胞成骨分化标志物。2.高镁环境可激活MAPK/ERK通路;敲除细胞MagT1后ERK蛋白磷酸化下降,细胞成骨分化抑制。3.成功制备了载干细胞高镁微球;局部高镁环境不仅可促细胞成骨向分化,还有明显的成血管效果;将高镁微球载体植入大鼠颅骨缺损,明显促进了血管化骨再生。结论MagT1与细胞成骨分化能力密切相关,高镁环境可通过促进细胞MagT1表达来模拟骨发育微环境。基于此制备的载干细胞高镁微球植入骨缺损后取得了明显的血管化骨再生效果。

关键词：骨发育微环境镁离子 3D培养血管化骨再生

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颌面部及牙周组织工程骨的血管化和成骨策略

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中国组织工程研究 2015年第42期19卷 6819-6825页

作者：张馨月李焰李晨军四川医科大学口腔医学院四川省泸州市646000 解放军成都军区总医院附属口腔医院四川省成都市610000

背景:颌面部骨缺损以及牙周组织缺损是影响人类功能和美观的重要疾病之一,组织工程骨成为了修复颌面部骨和牙周组织缺损的主要手段。目前已形成了种子细胞及细胞共培养、支架材料、微环境三者复合以构建组织工程骨的基本模式,将组织工... 详细信息

背景:颌面部骨缺损以及牙周组织缺损是影响人类功能和美观的重要疾病之一,组织工程骨成为了修复颌面部骨和牙周组织缺损的主要手段。目前已形成了种子细胞及细胞共培养、支架材料、微环境三者复合以构建组织工程骨的基本模式,将组织工程骨进行预血管化并促进其快速成骨可以减少植入物的坏死、吸收,提升骨缺损修复的成功概率。目的:归纳总结近5年内组织工程骨在口腔颌面部及牙周组织上的研究新进展。方法:对CNKI数据库和Pub Med数据库2010年至2015年文献进行检索,中文检索关键词为:颌面;组织工程骨;骨再生;血管化;基因修饰;种子细胞;支架材料;微环境,英文检索词为:oral and maxillofacial,bone tissue engineering,bone regeneration,vascularization,Genetic modification,Seed cells,Support material,Micro environment。排除无关性研究、重复性研究,保留68篇中英文文献进行归纳总结。结果与结论:组织工程骨在修复口腔颌面部及牙周缺损上的应用得到了巨大发展,在三维结构的支架材料上加载基因修饰的种子细胞可以有效的促进血管化进程,提高成骨效应,增加颌骨缺损修复术的成功概率。此外,在牙槽嵴缺损处或新鲜拔牙窝处植入组织工程骨材料,可以有效的恢复和保存牙槽嵴高度和宽度,为后续的修复治疗保证了良好的骨条件。在植入组织工程骨后,可在缺损处加载不同的外部环境刺激,可以通过调节细胞外基质成分或信号通路来改变血管化进程,而血管化是建立有效血循环,保证植入支架成功的前提条件。

关键词：组织构建骨组织工程颌面部骨缺损牙周组织缺损血管化骨再生

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生物能量活性3D支架(P34HB)介导干细胞代谢调控骨再生的作用与机制研究

生物能量活性3D支架(P34HB)介导干细胞代谢调控骨再生的作用与机...

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作者：李健中国科学院大学(中国科学院深圳先进技术研究院)

学位级别：博士

在临床上,因创伤、感染、骨坏死等原因造成的各种类型骨缺损十分常见。骨缺损尤其是大段骨缺损是严重危害人类健康和生活质量的重大疾病,其修复治疗和功能重建是临床亟需解决的棘手难题。传统的用于治疗骨缺损的方法为骨移植,包括自体... 详细信息

在临床上,因创伤、感染、骨坏死等原因造成的各种类型骨缺损十分常见。骨缺损尤其是大段骨缺损是严重危害人类健康和生活质量的重大疾病,其修复治疗和功能重建是临床亟需解决的棘手难题。传统的用于治疗骨缺损的方法为骨移植,包括自体骨移植、异体骨移植和异种骨移植等。自体骨移植由于安全性高,骨诱导性及骨传导性强,通常被认为是治疗骨缺损的“金标准”,但是因供骨来源有限,取材困难及术后并发症等问题而受到很大的应用限制。而同种异体或异种骨移植则存在着感染、免疫排斥反应、疾病传播等风险。然而,无论是自体骨移植还是异体/种骨移植都存在自身难以克服的弊端,已经不能满足临床需求。生物活性材料的发展和应用是解决大段骨缺损修复这一骨科难题切实可行的方法。因此,研发出力学性能适配,同时材料降解产物对人体安全无毒并具有骨再生促进功能的新型骨修复材料是一个很有前途但很大程度上尚未广泛探索的领域,其研究意义重大而深远。聚3-羟基丁酸-4羟基丁酸共聚酯（P34HB）是由微生物合成的具有独特生物能量活性的可降解高分子材料,其变化的化学组成比例赋予这种聚酯材料具备可调控的力学特性,能够为组织再生提供适配的机械力学性能。P34HB因具有良好的生物相容性和生物可降解性而被应用于组织再生医学研究,但研究结果大多集中在现象观察层面;而关于P34HB支架材料调控骨组织再生作用机理方面的研究仍然存在诸多空白。本研究将以生物能量活性支架P34HB介导干细胞代谢促进血管化骨再生为研究对象,从细胞能量代谢、基因活性调控以及降解活性产物3HB代谢流去向三个层面解析生物能量活性材料P34HB促进血管化骨形成的分子作用机制。其研究内容主要包括以下四个部分。第一部分:3D多孔P34HB生物能量支架的制备、理化性能表征及生物相容性分析首先,对盐单胞菌生物发酵合成的P34HB原材料利用三氯甲烷溶液进行萃取,分离纯化得到医用级别的P34HB粉末,利用核磁共振波谱（NMR）和凝胶渗透色谱（GPC）分析P34HB的结构组成及其分子量。NMR和GPC结果显示,本研究使用的P34HB是由含87 mol%3-羟基丁酸（3HB）和13 mol%4-羟基丁酸（4HB）所构成,其平均分子量（MW）为89532。采用3D熔融沉积成型技术（FDM）,制备了3D多孔P34HB生物能量支架。扫描电镜（SEM）和相差显微镜（PCM）观察发现,制备的P34HB生物能量活性支架和PLLA支架其孔径分别为382.56±56.37μm、397.8±36.89μm,乙醇抽提测定其孔隙率为58.375±5.58%和55.5±4.96%。接触角测试发现,P34HB膜的接触角约为98.74°±2.11°,PLLA膜的接触角为93.54°±7.86°两者无统计学差异。力学测试表明,在降解之前P34HB支架和PLLA支架具有相似的压缩模量,但是PLLA支架的压缩强度显著高于P34HB支架;降解12周后,P34HB支架的压缩模量和压缩强度都显著高于PLLA支架。体外模拟支架降解实验发现,P34HB生物能量支架和PLLA支架在磷酸盐缓冲液（PBS,p H=7.02）中降解12周时,其质量损失分别为16.24±3.01%,10.81±3.09%;而P34HB生物能量支架和PLLA支架在降解12周时,累积产生的3-羟基丁酸（3HB）和乳酸（LA）的含量分别达到2.1±0.09 m M和2.91±0.58 m M。P34HB生物能量支架在降解2周后的溶液p H值改变为6.17,随后p H值逐渐升高,在降解12周后其p H值为6.5±0.03,而PLLA支架在PBS中降解2周后的p H值变为6.77,降解12周后其p H值为6.65±0.14。以上研究结果表明,与PLLA支架相比,P34HB生物能量支架表现出较快的降解速率。CCK-8测试结果显示,接种于P34HB生物能量支架上的hBMSCs细胞增殖能力略高于生长在PLLA支架上的细胞,但两者并没有统计学意义上的差异。以上结果证明,P34HB生物能量支架是一种具有优异生物相容性和生物可降解性的组织再生材料。第二部分:解析P34HB支架降解产生的生物能量活性物质3-羟基丁酸（3HB）调控线粒体氧化磷酸化（Ox Phos）活性与hBMSCs成骨分化之间的关系细胞代谢状态对干细胞分化命运的影响至关重要。该部分以生物能量活性物质3-羟基丁酸（3HB）为介质,以人源骨髓间充质干细胞（hBMSCs）为体外细胞模型,阐释3HB介导线粒体Ox Phos活性与hBMSCs成骨分化之间的关系。我们首先研究了3HB对hBMSCs细胞线粒体膜势能（△Ψm）的影响。结果发现,3HB能够显著上调线粒体膜势能和提高胞内ATP的含量。其次,我们利用CCK-8实验来评估P34HB支架降解产生的生物能量活性物质3-羟基丁酸（3H

关键词：生物能量支架P34HB 3-羟基丁酸(3HB) 细胞代谢骨缺损血管化骨再生

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改良同轴3D打印具有空心管道结构的镁黄长石支架

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中国组织工程研究 2022年第34期26卷 5425-5429页

作者：刘畅徐玲上海交通大学医学院附属第九人民医院·口腔医学院口腔修复科国家口腔疾病临床医学研究中心上海市口腔医学重点实验室上海市口腔医学研究所上海市200011

背景:随着3D打印技术和骨组织工程的不断发展,越来越多的3D打印支架被运用到骨组织工程研究中,而具有中空管道结构的3D打印支架具有利于血管生长及营养物质输的优势,值得深入研究。目的:探讨镁黄长石释放的离子成分对大鼠骨髓间充质干... 详细信息

背景:随着3D打印技术和骨组织工程的不断发展,越来越多的3D打印支架被运用到骨组织工程研究中,而具有中空管道结构的3D打印支架具有利于血管生长及营养物质输的优势,值得深入研究。目的:探讨镁黄长石释放的离子成分对大鼠骨髓间充质干细胞成骨分化及人脐静脉内皮细胞迁移的影响,并采用同轴3D打印技术制备具有中空管道结构的镁黄长石支架材料。方法:采用不同浓度梯度(1/4、1/8、1/16)的镁黄长石提取液分别培养大鼠骨髓干细胞和人脐静脉内皮细胞,通过CCK-8、碱性磷酸酶染色和RT-qPCR法检测大鼠骨髓间充质干细胞的增殖及成骨分化情况,通过Transwell实验观察不同浓度的镁黄长石提取液对内皮细胞迁移能力的影响。通过具有核/壳结构的改良3D打印系统制备具有中空管道结构的镁黄长石三维支架与实心镁黄长石三维支架,将支架浸泡于去离子水中,设定时间点提取浸提液,通过电感耦合等离子体原子发射光谱法检测离子释放浓度。结果与结论:(1)CCK-8实验显示,镁黄长石提取液呈浓度与时间依赖性促进骨髓间充质干细胞的增殖;(2)碱性磷酸酶染色显示,镁黄长石提取液呈浓度依赖性提高骨髓间充质干细胞的碱性磷酸酶活性;RT-qPCR检测显示,镁黄长石提取液呈浓度依赖性提高骨髓间充质干细胞碱性磷酸酶、Ⅰ型胶原及Rnux2 mRNA的表达;(3)镁黄长石提取液呈浓度依赖性促进内皮细胞的迁移;(4)将支架浸入去离子水中30 d,钙、镁、硅离子均呈现持续释放的特征,且具有中空管道结构镁黄长石三维支架的离子释放速率更快、浓度更高;(5)结果表明,采用改良同轴3D打印技术可制备具有空心管道结构的镁黄长石支架,其释放的生物活性离子成分对大鼠骨髓干细胞有明显的成骨诱导性,并可以趋化人脐静脉内皮细胞的迁移,促进血管再生。

关键词： 3D打印镁黄长石生物陶瓷支架管道结构血管化骨再生

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