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中国生物医学工程学报 2024年第5期43卷 620-630页

作者：张飞虎李婷林智伟李严兵黄文华广东医科大学基础医学院/人体解剖与组织胚胎学教研室广东东莞523808 南方医科大学基础医学院人体解剖学国家重点学科广州510515 广东省医学生物力学重点实验室广州510515 广东省医学3D打印应用转化工程技术研究中心广州510515

骨骼肌作为机体运动系统的重要组成,对维持运动功能不可或缺。然而,体积性骨骼肌缺失(VML)所致运动功能丧失严重限制了机体的活动能力,并伴随多种并发症。当前,临床对VML的治疗主要依赖于移植手术,但其受限于供体部位发病率、供体组织... 详细信息

骨骼肌作为机体运动系统的重要组成,对维持运动功能不可或缺。然而,体积性骨骼肌缺失(VML)所致运动功能丧失严重限制了机体的活动能力,并伴随多种并发症。当前,临床对VML的治疗主要依赖于移植手术,但其受限于供体部位发病率、供体组织缺乏以及对高技能手术团队的依赖。鉴于此,生物3d打印技术凭借其高效精准的特点,为功能性肌肉的制造以及VML的再生修复开辟了新的途径。综述了生物3d打印技术在功能化骨骼肌组织构建方面的研究现状,回顾了生物3d打印的多种技术方案,探讨了生物墨水在功能性肌肉构建中的应用进展。重点讨论了该技术在构建血管化和神经化骨骼肌仿生组织方面的最新方法,总结了各种3d打印构建的功能化骨骼肌结构对骨骼肌缺损修复的作用,最后分析了现有技术的局限性,展望了生物3d打印功能化骨骼肌结构领域的发展趋势.

关键词：生物3d打印功能性骨骼肌神经化/血管化肌肉骨骼肌组织工程体积性骨骼肌损失

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力调控Talin与Rap1b相互作用的分子动力学模拟

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生物医学工程学杂志 2023年第5期40卷 645-653页

作者：余哲姬彦儒黄文华方颖吴建华华南理工大学生物科学与工程学院广州510006 南方医科大学基础医学院人体解剖学国家重点学科、广东省医学生物力学重点实验室、广东省医学3D打印应用转化工程技术研究中心广州510515

踝蛋白(Talin)的F0结构域与Ras相关蛋白1b(Rap1b)的结合对血栓形成至关重要。然而Talin作为一种力敏感蛋白,力能否调控Talin-F0/Rap1b的相互作用以及如何调控,尚不明晰。为探究力对TalinF0/Rap1b结合亲和力的影响以及相应动力学机制,采... 详细信息

踝蛋白(Talin)的F0结构域与Ras相关蛋白1b(Rap1b)的结合对血栓形成至关重要。然而Talin作为一种力敏感蛋白,力能否调控Talin-F0/Rap1b的相互作用以及如何调控,尚不明晰。为探究力对TalinF0/Rap1b结合亲和力的影响以及相应动力学机制,采用拉伸分子模拟的手段,以Talin-F0/Rap1b复合物结构为对象,观察并比较分析不同作用力下复合物功能-构象信息的变化情况。结果表明,复合物受力解离过程至少存在两种路径且两者机械强度有显著差异,决定机械强度差异的关键事件是F0结构域的β4片层是否从原先的β1-β4片层平行结构被拉出。随着力的增大,复合物的相互作用将先增强后减弱,表现出“逆锁-滑移键”的特性。ASP54-ARG41、GLN18-THR65这两对残基的相互作用受到力学信号的调控,20 pN的机械力能显著增强这些残基的作用指数,从而导致复合物结合亲和力大幅提升。本研究预报了胞内环境中力对Talin-F0/Rap1b相互作用的调控机制,为相关疾病的治疗和药物的开发提供了新的思路。

关键词：踝蛋白-1 Ras相关蛋白1b 分子动力学模拟双相力依赖

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嵌入式3d打印多孔硅胶义眼台及其表面修饰

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南方医科大学学报 2023年第5期43卷 783-792页

作者：赵宏王艺霖汪艳芳宫海环殷俊飞扬崔晓军张剑凯黄文华广东医科大学基础医学院人体解剖学教研室东莞市干细胞与再生组织工程重点实验室广东东莞523808 南方医科大学基础医学院人体解剖学国家重点学科广东省数字医学与生物力学重点实验室广东省医学3D打印应用转化工程技术研究中心广东广州510515 南方医科大学附属广东省人民医院广东省医学科学院广东广州510080

目的制备个性化多孔硅胶义眼台并探讨表面修饰对硅胶义眼台性能的影响。方法检测支撑介质的透明度、流动性及流变学性能,确定硅胶的最适打印参数。扫描电镜分析硅胶表面修饰前后的形貌变化;水接触角评估硅胶表面的亲疏水性;压缩试验测... 详细信息

目的制备个性化多孔硅胶义眼台并探讨表面修饰对硅胶义眼台性能的影响。方法检测支撑介质的透明度、流动性及流变学性能,确定硅胶的最适打印参数。扫描电镜分析硅胶表面修饰前后的形貌变化;水接触角评估硅胶表面的亲疏水性;压缩试验测试多孔硅胶的压缩模量;将猪主动脉内皮细胞(PAOEC)与多孔硅胶支架共培养1、3、5 d后测试多孔硅胶的细胞相容性;大鼠皮下植入试验评估多孔硅胶的体内局部炎症反应。结果确定多孔硅胶义眼台的最适打印参数为:支撑介质4 wt%、打印压力为1.0 bar,打印速度为6 mm/s;扫描电镜显示硅胶表面聚多巴胺、胶原蛋白修饰成功,修饰后的硅胶表面亲水性显著提升(P<0.05),且压缩模量无显著变化(P>0.05);细胞毒性及增殖实验结果显示:修饰后的多孔硅胶无明显细胞毒性且能够促进PAOEC的黏附和增殖(P<0.05);植入大鼠皮下后局部组织未见明显炎症反应。结论嵌入式3d打印技术能够制备孔隙均匀的多孔硅胶义眼台,表面修饰后的硅胶亲水性增加、生物相容性良好,为3d打印个性化义眼台的性能研究与临床应用奠定基础。

关键词：义眼台嵌入式3d打印硅胶聚多巴胺胶原蛋白

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3d打印高密度聚乙烯支架表面涂层的性能

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中国组织工程研究 2023年第16期27卷 2501-2509页

作者：王杰杰殷俊飞扬钟静宫海环王艺霖赵艳艳李严兵黄文华南方医科大学基础医学院人体解剖学国家重点学科广东省医学生物力学重点实验室广东省医学3D打印应用转化工程技术研究中心广东省广州市510515 南方医科大学第三附属医院广东省医学3D打印应用转化创新平台广东省广州市510630

背景:高密度聚乙烯常用作颅颌面骨缺损的修复材料,然其制备方式及表面活性仍需进一步改进。目的:优化高密度聚乙烯制备方法,改善高密度聚乙烯表面活性。方法:基于挤出式3d打印技术制备高密度聚乙烯支架,将支架依次浸入多巴胺溶液、模拟... 详细信息

背景:高密度聚乙烯常用作颅颌面骨缺损的修复材料,然其制备方式及表面活性仍需进一步改进。目的:优化高密度聚乙烯制备方法,改善高密度聚乙烯表面活性。方法:基于挤出式3d打印技术制备高密度聚乙烯支架,将支架依次浸入多巴胺溶液、模拟体液中进行聚多巴胺、羟基磷灰石涂层。表征涂层前后支架的微观形貌、亲水性和压缩模量。在支架表面分别接种小鼠胚胎成骨前体细胞MC3T3-E1和人脐静脉内皮细胞,评估涂层前后支架的细胞相容性、早期成骨活性和促血管活性。结果与结论:①3d打印的高密度聚乙烯支架纤维排列规则,孔隙均匀;表征结果显示,支架表面聚多巴胺、羟基磷灰石改性成功;与未改性支架相比,聚多巴胺涂层与聚多巴胺+羟基磷灰石涂层改性后的支架表面水接触角明显减小(P<0.05),压缩模量未发生明显变化;②与未改性支架相比,聚多巴胺涂层与聚多巴胺+羟基磷灰石涂层改性后的支架可促进MC3T3-E1细胞、人脐静脉内皮细胞的黏附(P<0.05),且双涂层改性组促细胞黏附优于单涂层改性组(P<0.05);与未改性支架相比,聚多巴胺涂层与聚多巴胺+羟基磷灰石涂层改性后的支架可促进MC3T3-E1细胞、人脐静脉内皮细胞的增殖(P<0.05),且双涂层改性组促细胞增殖优于单涂层改性组(P<0.05);与未改性支架相比,聚多巴胺涂层与聚多巴胺+羟基磷灰石涂层改性后的支架可促进MC3T3-E1细胞的成骨分化(P<0.05),提高人脐静脉内皮细胞血管生成因子Cd31的表达,其中以双涂层改性组效果更明显;③结果表明,经聚多巴胺、羟基磷灰石涂层后,3d打印高密度聚乙烯支架具有良好的细胞相容性、早期促成骨活性和促血管活性。

关键词： 3d打印高密度聚乙烯支架涂层聚多巴胺羟基磷灰石成骨分化人脐静脉内皮细胞

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3d打印关节软骨支架研究新进展

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中国临床解剖学杂志 2024年第3期42卷 341-346页

作者：晏紫利时雨王艺霖吴耀彬李严兵黄文华南方医科大学第三附属医院广东省医学3D打印应用转化创新平台广州510630 南方医科大学基础医学院人体解剖学国家重点学科广东省数字医学与生物力学重点实验室广东省医学3D打印应用转化工程技术研究中心广州510515

软骨是由软骨细胞与细胞外基质组成的结缔组织,其细胞终末分化程度高,难以自行再生。退行性骨关节炎是老年人致残的主要原因,临床治疗方案分为药物治疗和软骨损伤修复术。药物治疗适用于轻症患者,有改善症状与改善结构延缓发展两种药物... 详细信息

软骨是由软骨细胞与细胞外基质组成的结缔组织,其细胞终末分化程度高,难以自行再生。退行性骨关节炎是老年人致残的主要原因,临床治疗方案分为药物治疗和软骨损伤修复术。药物治疗适用于轻症患者,有改善症状与改善结构延缓发展两种药物;前者是以NSAIds为代表的消炎止痛药物,后者包括硫酸氨基葡萄糖,硫酸软骨素及双醋瑞因等。药物治疗无效的患者可考虑手术治疗,软骨损伤修复技术包括:骨髓刺激技术、全膝关节置换术、自体或异体软骨移植术以及尚处于研究阶段的软骨细胞移植技术。

关键词： 3d打印仿生支架生物材料软骨组织工程关节软骨

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谷胱甘肽过氧化物酶4介导铁死亡在膝骨关节炎滑膜炎发生发展中的作用

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中国组织工程研究 2024年第4期28卷 550-555页

作者：张亚茹陈焱君张晓东陈胜华黄文华南华大学应用解剖与生殖医学研究所衡阳医学院湖南省衡阳市421001 南方医科大学第三附属医院放射科广东省广州市510630 南方医科大学基础医学院人体解剖学国家重点学科广东省医学生物力学重点实验室广东省医学3D打印应用转化工程技术研究中心广东省广州市510515

背景:滑膜炎在膝骨关节炎早期进展中起主导作用,是潜在的早期治疗靶点,但滑膜炎发生机制尚不清楚。在动物模型中,全身铁含量增加和细胞内铁摄取升高可诱发和加剧骨关节炎,但滑膜炎与铁死亡的关系仍不清楚,因此探讨铁死亡在骨关节炎滑膜... 详细信息

背景:滑膜炎在膝骨关节炎早期进展中起主导作用,是潜在的早期治疗靶点,但滑膜炎发生机制尚不清楚。在动物模型中,全身铁含量增加和细胞内铁摄取升高可诱发和加剧骨关节炎,但滑膜炎与铁死亡的关系仍不清楚,因此探讨铁死亡在骨关节炎滑膜炎发生发展中的作用需进一步研究。目的:探讨谷胱甘肽过氧化物酶4(glutathione peroxidase4,GPX4)介导的铁死亡在膝骨关节炎滑膜炎发生发展过程中的作用。方法:入选行膝关节镜或关节置换手术的骨关节炎患者43例以及行关节镜治疗半月板损伤或韧带撕裂患者10例,根据患者术前X射线平片Kellgren-Lawrence分级分为3组:对照组(KLG 0)10例,早期膝骨关节炎组(KLG 1,2)20例和晚期膝骨关节炎组(KLG 3,4)23例。采用苏木精-伊红染色观察各组滑膜炎的严重程度,普鲁士蓝染色评估各组滑膜组织中的铁沉积情况,免疫组化法检测ACSL4、GPX4、环氧化酶2、肿瘤坏死因子α在滑膜组织中的表达,Western blot和免疫荧光分别检测ACSL4、GPX4蛋白的表达。结果与结论:①与对照组相比,骨关节炎组滑膜组织中铁含量增加,且晚期膝骨关节炎组铁沉积多于早期膝骨关节炎组;②与对照组相比,ACSL4在骨关节炎滑膜组织中高表达(P<0.01),GPX4在骨关节炎滑膜组织中低表达(P<0.01),且ACSL4表达量随着骨关节炎的进展呈现增高趋势,GPX4表达量随着骨关节炎的进展呈现降低趋势;③环氧化酶2在骨关节炎滑膜组织中的表达明显高于正常滑膜组织,其中早期骨关节炎组表达最高,与晚期骨关节炎组比较差异有显著性意义(P<0.01);④肿瘤坏死因子α在骨关节炎滑膜组织中的表达明显高于正常滑膜组织,早期骨关节炎组与晚期骨关节炎组比较差异无显著性意义(P>0.05);⑤结果表明,骨关节炎滑膜组织中有铁的沉积,铁死亡参与了膝骨关节炎滑膜炎的发生及病情进展。

关键词：骨关节炎滑膜炎磁共振 GPX4 铁死亡

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生物3d打印在器官再造中的前沿热点和研究进展

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器官移植 2022年第2期13卷 161-168页

作者：黄文华南方医科大学基础医学院人体解剖学国家重点学科广东省医学生物力学重点实验室广东省医学3D打印应用转化工程技术研究中心广州510515

生物3d打印是采用生物材料和生物活性成分制作人工组织器官的新兴制造技术,已在多个医学领域广泛应用,在器官再造领域也具有突出的优势。近年来,生物3d打印器官取得了一系列重要突破,但目前仍处在研发和探索阶段,存在较多瓶颈,尚还不能... 详细信息

生物3d打印是采用生物材料和生物活性成分制作人工组织器官的新兴制造技术,已在多个医学领域广泛应用,在器官再造领域也具有突出的优势。近年来,生物3d打印器官取得了一系列重要突破,但目前仍处在研发和探索阶段,存在较多瓶颈,尚还不能用于体内移植。本文主要就3d打印技术的医学应用,生物3d打印技术的特点,生物3d打印器官在仿生结构、功能重建、免疫反应等方面的研究热点和难点,以及生物3d打印的最新研究进展,阐述生物3d打印技术在器官再造领域的应用前景,为器官重建、人工器官构建的研究及其临床应用提供新思路,以推动器官移植和个性化医疗的发展。

关键词：生物3d打印器官再造器官移植器官芯片免疫反应功能重建仿生结构血管化

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踝关节融合术后后足关节生物力学分析

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中国临床解剖学杂志 2023年第2期41卷 212-217页

作者：林文杰孙欣黄文华魏波林涛梁振明钟环张欣欧阳汉斌广东医科大学附属医院骨科中心广东湛江524001 南方医科大学基础医学院人体解剖学国家重点学科广东省医学生物力学重点实验室广东省医学3D打印应用转化工程技术研究中心广州510515

目的探讨踝关节融合术后后足关节的生物力学特性。方法利用健康成年男性志愿者右踝关节CT图像,构建踝关节融合前的三维有限元模型,在此基础上模拟踝关节融合术后骨性融合状态,采用中立、外旋、内旋、背伸和跖屈的5种载荷工况分别对融合... 详细信息

目的探讨踝关节融合术后后足关节的生物力学特性。方法利用健康成年男性志愿者右踝关节CT图像,构建踝关节融合前的三维有限元模型,在此基础上模拟踝关节融合术后骨性融合状态,采用中立、外旋、内旋、背伸和跖屈的5种载荷工况分别对融合前、后模型组进行有限元分析,评估踝关节融合前后的整体刚度变化、距下关节和距舟关节的接触力学特性变化。结果踝关节发生骨性融合后,整体结构刚度较融合前模型显著增高;除中立位工况以外,融合后的距下关节的接触面积均有所减少,距舟关节接触面积则有所增加;而融合后的距下和距舟关节的接触应力在各工况下总体呈降低趋势。结论踝关节骨性融合术后相邻关节的接触特性改变可能是足部整体结构刚度提高后承载模式发生变化的结果,其与相邻后足关节退行性改变之间的关联尚有待进一步研究证实。

关键词：踝关节创伤性关节炎踝关节融合术后足关节有限元分析生物力学

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3d打印在脊髓损伤修复中的研究现状与展望

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中国临床解剖学杂志 2024年第4期42卷 480-483页

作者：孔玥莹王艺霖赵宏谭思杰黄文华南华大学应用解剖与生殖医学研究所湖南衡阳421001 南方医科大学基础医学院人体解剖学国家重点学科广东省数字医学与生物力学重点实验室广东省医学3D打印应用转化工程技术研究中心广州510515 广东医科大学基础医学院人体解剖与组织胚胎学教研室广东东莞523808

脊髓损伤(Spinal Cord Injuries,SCI)是一种会引起损伤平面以下感觉和运动功能障碍的疾病。脊髓作为其他周围神经的中继站,在全身感觉运动的控制中起着重要作用[1]。脊髓损伤会引起肌张力异常,致使膀胱、肾脏、肠道等诸多器官出现不同... 详细信息

脊髓损伤(Spinal Cord Injuries,SCI)是一种会引起损伤平面以下感觉和运动功能障碍的疾病。脊髓作为其他周围神经的中继站,在全身感觉运动的控制中起着重要作用[1]。脊髓损伤会引起肌张力异常,致使膀胱、肾脏、肠道等诸多器官出现不同的并发症,甚至会引发心脏和呼吸功能障碍,严重者还会产生不同程度的瘫痪[2,3]。据统计,我国因各种意外事故造成SCI的患者已超过200万人,且每年仍持续新增10~14万人[4]。

关键词：脊髓损伤 3d打印仿生支架神经组织再生

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有跌倒史老年人坐立运动过程中的肌肉协同分析

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中国临床解剖学杂志 2024年第2期42卷 196-200页

作者：刘瑞平钱蕾刘燕燕万心竹陈春艳王镱凝于宛琪欧阳钧中山大学深圳校区医学院解剖学教研室深圳528406 南方医科大学基础医学院人体解剖学国家重点学科广东省医学生物力学重点实验室广东省医学3D打印应用转化工程技术研究中心国家级医学形态学虚拟仿真实验教学中心(南方医科大学)广州510515 南方医科大学南方医院康复医学科广州510515

目的探讨有跌倒史的老年人坐立运动中肌肉募集机制是否发生变化。方法招募17名健康年轻人、17名健康老年人及9名有跌倒史的老年人,采集右下肢16块肌肉的表面肌电信号(sEMG)和足底压力中心(COP)轨迹,使用Falls Efficacy Scale-Internatio... 详细信息

目的探讨有跌倒史的老年人坐立运动中肌肉募集机制是否发生变化。方法招募17名健康年轻人、17名健康老年人及9名有跌倒史的老年人,采集右下肢16块肌肉的表面肌电信号(sEMG)和足底压力中心(COP)轨迹,使用Falls Efficacy Scale-International(FES-I)评估跌倒风险,通过非负矩阵分解(NNMF)提取肌肉协同。结果3组在肌肉协同数量上无显著差异。有跌倒史老年人坐立运动初期,提前激活腘绳肌和踝关节跖屈肌,在运动的后期,这种提前激活转变为额外的肌肉活动,与健康组形成对比。此外,COP偏移量和FES-I评分显著增加,指示运动稳定性不足。结论坐立运动中有跌倒史老年人腘绳肌和踝关节跖屈肌的异常激活可能影响下肢稳定和肌肉募集策略的改变。

关键词：跌倒坐立运动肌肉协同表面肌电

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