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胶原和壳聚糖复合材料在组织工程支架中的应用
本文综述了胶原和壳聚糖复合材料作为组织工程支架在皮肤修复、角膜修复和骨修复等方面的应用进展，表明胶原和壳聚糖复合材料已经成为上述各个组织工程领域支架材料的研究热点，但是胶原蛋白-壳聚糖复合材料不是万能的，根据不同的用途，可能要加入一些其他的材料与其共混，以更好的符合不同目标组织的需求。
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神经再生医学相关材料和成型方法研究进展
神经修复是再生医学中的难点和重点.随着人们对神经生物学和材料科学认识的深入,越来越多的研究采用组织工程的方法修复神经.本文详细叙述了在神经再生医学中使用的相关材料和神经组织工程支架的一些成型方法,评价了材料和成型方法的优缺点,并且对相关领域的发展予以展望.
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下颌骨髁突支架的个体化设计与初步构建
目的 探索运用快速成型技术与逆向工程方法个体化仿生设计和制造下颌骨髁突支架.方法 以头颅CT扫描影像资料作为数据源,利用Mimics软件重建一侧下颌支三维结构,并以stl文件格式输入到Solidworks软件中进行编辑,终获得下颌骨髁突支架的负型模具文件.应用快速成型技术制造相应的树脂模具,在此模具中填充生物材料,待其固化后,去除模具,获得多孔的三维下颌骨髁突支架模型.观察其大体形貌及用扫描电镜观察其微观结构.结果 所得下颌骨髁突支架生物模型与计算机三维重建模型一致,扫描电镜观察模型由类软骨层的胶原、类骨层的磷酸钙骨水泥(CPC)与聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)构成.结论 快速成型技术与逆向工程相结合的方法制造个体化下颌髁突支架是可行的,为骨组织工程支架的构造提供了一种可能的方法.
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胶原/纤维蛋白胶/载BSA微球复合支架的制备及体外性能研究
为改善组织工程支架材料内部营养供应不足及分布不均的问题,制备胶原/纤维蛋白胶/载BSA微球复合支架(ScFM)并研究其理化性质及其BSA释放行为.本研究中采用戊二醛交联并冷冻干燥制备多孔胶原海绵支架,纤维蛋白与载BSA的PLGA微球混合后加入凝血酶,注入胶原膜中制备复合支架,研究支架形态学、孔隙率、机械强度等理化性质；通过BCA试剂盒法测定支架内部不同部位BSA含量及释放行为,圆二色谱法检测BSA的二级结构.扫描电镜结果显示制备的胶原支架孔径分布均匀,孔径平均(130±45)μm；相对于胶原/纤维蛋白胶/BSA支架(SCFB),在体外释放48 h时累积释放率为75.20％±2.74％,随后BSA即不再显著增加；而支架SCFM中的BSA释放时间延长,持续释放144h,测定其累积释放量为72.36％±3.48％；测定支架SCFM代表性的3个部位的BSA含量均匀,在释放96h内均高于支架外BSA含量,且圆二色谱结果表明BSA二级结构未见异常.支架SCFM可长时间维持支架内部BSA含量,且持续均匀释放,是理想的组织工程支架材料.
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电纺丝法制备骨组织工程用聚羟基丁酸酯支架及性能研究
采用电纺丝法成功制备了聚羟基丁酸酯(PHB)电纺丝膜.采用SEM、XRD、力学拉伸等研究方法对其微观形态、力学性能及体外降解行为进行了研究,并讨论了小鼠成纤维细胞(L929)在支架表面的形态,为其在骨组织工程支架上的应用提供理论和实验基础.结果表明纺丝液浓度、注射泵流速以及接收距离等操作参数对PHB纤维的形态有很大的影响.与PHB浇铸膜相比,PHB支架的结晶度及体外降解速率明显大于前者,但拉伸强度和断裂伸长率较小.在支架表面,细胞的形态良好,表明支架具有良好的生物相容性.这种降解性能及生物相容性兼备的PHB骨组织工程支架材料具有潜在的应用前景.
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食管粘膜下层脱细胞基质的制备及其力学性能
脱细胞基质支架由于其良好的组织相容性和生物相容性而成为组织工程领域的研究热点之一.采用高渗盐溶液联合DNA酶法(HSD)、表面活性剂联合DNA酶法(SD)、磷脂酶联合DNA酶(PhD)等三种方法对猪食道粘膜下层的脱细胞条件进行探索,并对支架脱细咆前后的力学性能进行比较分析.实验结果显示HSD和SD二种方法去除细胞效果明显;食管粘膜下层经上述这三种方法处理后,其力学性能均受到了一定程度的影响,而其中SD法处理的脱细胞基质力学性能与正常组织的比较相近.SD法对猪食管粘膜下层脱细胞效果较好,同时较大限度地保留了食道粘膜下层组织的力学性能.
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超临界二氧化碳流体发泡技术制备组织工程支架及其泡孔形貌控制研究进展
组织工程支架作为细胞生长的载体,在组织工程再生组织的研究中具有非常重要的地位.传统方法在三维支架的理论研究与制备技术方面均已趋于成熟,但制备过程仍存在工艺复杂,有机溶剂难以去除,制备条件不利于保持生物分子活性等问题.近年来,超临界二氧化碳流体技术利用优越的传质性与环境友好性,已广泛用于制备各种三维结构的组织工程支架,其中以超临界发泡技术为经典.三维多孔支架在超临界发泡技术制备过程中,泡孔形貌受材料性质、致孔剂种类及工艺参数等方面的影响.本文就采用该技术制备的多孔支架研究进展及存在的问题进行综述,同时对该技术控制泡孔形貌的发展方向提出展望.
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取向性仿生双相磷酸钙支架的制备、结构评价和初步应用
目的利用三维凝胶叠层成型法(3D Gel-lamination)制备出取向性仿生双相磷酸钙生物陶瓷支架,并在体外对支架的结构进行三维重建和相关评价.方法 2003年11月至2005年3月,以犬股骨头的松质骨样本显微CT(Micro-CT)图像为基础,提取其中的图像信息,利用三维凝胶叠层成型法制备出具有仿骨小梁结构的双相磷酸钙(BCP)仿生生物陶瓷支架.随后对支架进行Micro-CT扫描,用三维结构参数对支架和松质骨样本进行三维评价和比较.并利用体外细胞培养技术观察细胞在支架表面的生长情况.同时将复合骨髓间充质细胞的支架植入股骨头负重区的骨缺损内,初步观察其治疗效果.结果本方法制备出的股骨头仿生支架具有良好的三维空间结构,支架小梁具有一定的方向性,呈板状模型,其轴向方向的弹性模量和强度分别达到(464.0±36.0) MPa 和(5.6±0.8)MPa.细胞在支架表面大量生长.动物实验结果表明,支架与周围骨床结合紧密,骨质沿支架小梁表面生长.结论本研究制备的BCP多孔支架的小梁具有一定的取向性,支架具有良好的生物相容性、一定的力学强度和良好的适于血管长入的空间结构.
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不同消毒方法对电纺组织工程支架性能的影响
目的 探讨三种不同消毒方法对电纺聚乳酸(PLA)支架性能和生物相容性的影响.方法 采用红外光谱、X射线衍射、热重分析、四甲基偶氮唑盐(MTT)比色法、水接触角和扫描电镜检测经三种方法消毒后电纺PLA支架理化性能及其生物相容性,同时对比分析环氧乙烷改良法灭菌后支架的生物相容性.结果 三种不同方法消毒后电纺PLA支架物理性能都有不同程度的改变,其中环氧乙烷组支架纤维融合严重,乙醇组支架亲水性改善为明显;MTT结果表明乙醇组支架上细胞增殖能力强;环氧乙烷改良法灭菌后支架材料的生物相容性有明显提高.结论 三种消毒方法均可用于电纺PLA材料的消毒,但乙醇浸泡法对电纺支架材料的组织工程学应用影响较小.
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PGA组织工程支架材料的细胞贴壁性和全身毒性研究
目的 可降解PGA材料作为一种组织工程支架材料,在组织工程产品中的应用越来越广泛.通过实验观察PGA材料的细胞相容性和是否引发动物的全身毒性反应.方法 观察PGA材料的细胞相容性是将细胞在PGA材料上进行共培养,通过扫描电子显微镜观察细胞的贴壁状态,按照GB/T 16886.11-2001规定方法,对PGA材料的生理盐水浸提液进行小鼠急性毒性试验和大鼠亚慢性毒性试验.结果与结论 L929细胞可以在可降解PGA纤维材料上正常贴壁；PGA材料的生理盐水浸提液对小鼠尾静脉注射50mL· kg-1后,未见急性毒性反应；可降解PGA纤维材料生理盐水浸提液对SD雄性大鼠尾静脉注射(10mL·kg-1),连续给药14天,结果样品各剂量组与对照组体重增长均正常,未发现临床征象等一般毒理学指标方面的异常,组织病理学检查未显示有相关的毒性靶器官或组织.
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静电纺丝纳米纤维的制备及其在生物医药方面的应用
静电纺丝是一种制备纳米纤维的简便方法,通过调节电压,流速,接收距离,溶液浓度及溶剂种类等纺丝工艺条件,可以稳定地制备连续等截面的纳米纤维,且纤维形貌,直径大小与分布及其表面织构也可以得到控制.采用特殊的喷丝口结构,运用不同种类材料, 可以制备具有"皮-芯"结构的同轴纳米纤维,并经过一定处理获得空心纤维.在组织工程支架和药物控释等生物医用材料方面有广阔的应用前景.
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组织工程弹簧圈与组织工程支架
弹簧圈和支架是脑血管病血管内介入治疗的主要材料,以弹簧圈、支架为机械栽体,以生物可降解材料或病毒为生物栽体,携带体外制备的蛋白、细胞、基因、粘附蛋白或细胞因子,借助常规导管技术引入血管内,治疗相应脑血管病,即弹簧圈和支架的组织工程技术.组织工程弹簧图和组织工程支架,有的还处在动物实验或临床前期试验阶段,有的已应用到临床,并取得了良好效果.该技术具有高度生物相容性、可生长性、可塑性及不对机本产生损定等优点,预计临床应用前景良好,将有可能逐渐取代裸弹簧围和裸支架,成为神经介入领域的材料进展新亮点.
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骨组织工程支架的设计与制备
综述了骨组织工程支架材料的设计与制造的发展现状.骨缺损的修复一直是骨组织工程不断深入研究的重要课题之一,然而迄今为止临床上对创伤、感染和肿瘤切除后所造成的大范围的骨缺损仍没有得到有效地解决.骨组织工程研究的重点是寻求用来作为细胞移植与引导新骨生长的细胞支架,作为细胞外基质的替代物.
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新型多微孔细菌纤维素组织工程支架材料的制备及表征
目的 当细菌纤维素(BC)作为组织工程支架时,动物细胞在其纳米级网络中无法很好延展和分化生长,因此无法获得完美的生物医学应用.为此,本研究开发出一种新型绿色环保方法制备出孔径分布在50～800 μm的多微孔BC材料,以期今后用作组织工程支架.方法 将BC水凝胶浸入过氧化氢溶液中,并加入不同质量的亚氯酸钠固体,氧化反应瞬间发生,产生的大量气体在BC水凝胶内部形成了50～800 μm的气孔.结果 气孔直径分布可随过氧化氢-亚氯酸钠的体积质量比不同而变化.红外光谱分析表明反应过程中无纤维素被氧化.多微孔BC水凝胶的含水率与原BC水凝胶相似,但其杨氏模量为26.1kPa,低于致孔前的69.9 kPa.噻唑蓝(MTT)实验结果初步表明多微孔BC水凝胶材料更适宜细胞成长,具有成为骨组织工程支架的潜力.结论 该制备方法不仅简单易行,实验原料安全性好,而且有较广阔的应用前景,可推广用于其他凝胶材料致孔,适合工业化大规模生产.
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几种生物材料种植人成纤维细胞的比较
目的通过人成纤维细胞种植,比较几种形式的聚酯材料,以及脱细胞生物组织基质的细胞亲和性,为组织工程血管及瓣膜研究选择支架材料.方法①聚氨酯(PU)、第3代聚烷酸酯[PHAs,分子表达式为p(3HB-co-3HH)]、PHAs/PU共混物分别涂在载波片上制成薄膜,将人成纤维细胞种植其上,培养3天.HE染色后于显微镜下每片取相同4点计数,得出平均值.②分别在PHAs/PU片、脱细胞牛心包片、脱细胞猪肺动脉瓣(简称猪瓣)种植人成纤维细胞,PHAs/PU片培养7天,后两者培养3天.用HE染色、扫描电镜分别观察细胞生长情况.结果①3组薄膜片上细胞平均数分别为(PU)196、(PHAs)124、(PHAs/PU)160.②扫描电镜显示PHAs/PU片表面约50 %有细胞覆盖,细胞聚合成粗大束带状结构,牛心包表面紧密覆盖着厚实的鳞甲状细胞结合体,猪瓣瓣叶表面覆盖紧密联结的板状细胞结合体.③HE染色显示PHAs/PU片和牛心包片、猪瓣瓣叶单侧有联结较完整的细胞层覆盖,局部有3～4层重叠而成,牛心包片和猪瓣瓣叶上细胞与基质联结紧密.结论①PHAs混入PU后细胞亲和性显著提高,适宜作血管及补片支架材料;②脱细胞牛心包组织和猪瓣细胞亲和性明显好于合成材料,适合作血管、补片及带瓣通道组织工程支架.
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壳聚糖-丝素蛋白-磷酸三钙支架的力学性能及异位成骨能力的研究
目的 对壳聚糖-丝素蛋白支架(CS-SF)与壳聚糖-丝素蛋白-磷酸三钙支架(CS-SF-TCP)的力学性能及早期体内成骨能力进行实验研究,以寻求更适合牙周组织工程的支架材料.方法 采用二次冻干技术制备2种支架,用Instron 5544拉伸实验机对该2种支架的压缩模量进行测试,并将2种支架与矿化诱导后的骨髓基质细胞(BMSCs)复合培养3d后无菌条件下移植入裸鼠背部皮下,4周时取出标本行大体观察、苏木精-伊红染色、Ⅰ型胶原免疫组织化学染色,观察2种支架的体内成骨能力.结果 力学性能检测结果显示:CS-SF组与CS-SF-TCP组的抗压强度分别为(0.44±O.15)MPa、(1.44±0.96) MPa.CS-SF-TCP组高于CS-SF组(P＜0.05).早期体内成骨能力结果:肉眼观察取出的植入物均有薄膜包绕.HE染色可见CS-SF+BMSCs与CS-SF-TCP+BMSCs组可见支架中心长入大量的细胞并有胶原样物质生成.免疫组织化学见2组均有不同程度的Ⅰ型胶原阳性表达,CS-SF-TCP+BMSCs组表达要高于CS-SF+BMSCs组(P＜0.05).结论 与CS-SF支架相比,CS-SF-TCP支架有更好的力学性能及诱导BMSCs形成新生的骨组织的能力,更适合于牙周组织工程的支架.
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平滑肌祖细胞在新型细胞外基质支架上的生长特性
背景:血管壁细胞包括内皮细胞和平滑肌细胞,平滑肌细胞合成分泌的胶原蛋白、弹力蛋白和蛋白聚糖等细胞外基质是提供血管塑形及张力的主要成分,平滑肌细胞在细胞外基质支架上生长可能更接近体内生长环境特性.目的:观察鼠骨髓来源平滑肌祖细胞在毯状细胞外基质支架上的生长特性.设计、时间及地点:细胞水平对比观察实验,于2007-07/2008-07在江苏大学临床检验实验室完成.材料:将纤维蛋白原、层粘连蛋白和纤粘连蛋白按一定比例混合后,在新鲜大鼠血浆促凝coagulation作用下,构建毯状细胞外基质支架.方法:实验组诱导培养骨髓来源的第2代平滑肌祖细胞种植在毯状细胞外基质支架表面.对照组将骨髓来源的第2代平滑肌祖细胞接种到无菌圆盖玻片上.主要观察指标:于培养1,4,7,10,14,21 d用电镜观察支架表面结构及平滑肌祖细胞生长情况;Westem Blotting法、Real-Time PCR法分别检测α-SMA蛋白及mRNA表达变化.结果:实验组平滑肌祖细胞贴壁率、增殖数明显高于对照组(P＜0.01);电镜显示细胞在支架表面形成较平整的平面,如典型"平滑肌"形状:实验组平滑肌祖细胞为多层、三维立体、更接近天然血管的结构;实验组α-SMA蛋白及基因表达明显高于对照组(P＜0.05).结论:细胞外基质支架能显著促进平滑肌祖细胞黏附、增殖和分化,可作为一种新颖的合成人造血管的生物组织工程支架.
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聚乙烯醇-海藻酸钙-透明质酸复合水凝胶材料的含水特性
背景: 聚乙烯醇和海藻酸钠均为亲水性的聚合物,互溶性好,但其单独使用在材料的弹性和含水率等性能方面不理想.目的: 制备聚乙烯醇-海藻酸钠-透明质酸组织工程支架,分析不同重均分子质量和醇解度的聚乙烯醇、不同质量分数的海藻酸钠、不同用量的透明质酸对材料含水率和膨胀率的影响.设计、时间及地点: 对比观察实验,于2006-10/2008-03在广州暨南大学生物材料省重点实验室,教育部再生医学研究中心重点实验室完成.材料: 聚乙烯醇,Mw14500, 61500,为BS Chemical Technology产品,聚乙烯醇,Mw88000, 95000,为ACROS ORGANICS产品,聚乙烯醇-124,Mw24000,为广州市医药公司产品,透明质酸为美国Sigma公司产品,NaOH、CaCl2、海藻酸钠为国产分析纯.方法: 将不同重均分子质量和醇解度的聚乙烯醇与不同质量分数的海藻酸钠、不同用量的透明质酸复合.主要观察指标: 测定其复合材料的含水率和膨胀率,用扫描电镜观察材料内部的组织形态.结果: 制备的聚乙烯醇-海藻酸钙-透明质酸复合材料平滑、柔韧,具有弹性.含水率为62.66%～86.64%,膨胀率为145.74%～324.45%.含水率和膨胀率随着聚乙烯醇重均分子质量和醇解度的增加而减小,随着海藻酸钠增加而增加,随着透明质酸的增加变化不太明显.扫描电镜结果提示材料随聚乙烯醇重均分子质量增加,材料中孔数减少.随醇解度增加,材料中孔数增多,分布均匀.随海藻酸钠增加,材料由片状结构变为蓬松的层状结构,孔洞逐渐增多.随透明质酸增加,材料孔洞数量增加,且孔径大小更均一,孔分布更均匀,材料由蓬松多孔结构转变为网状交织多孔结构.结论: 聚乙烯醇Mw14500,醇解度98%形成的孔形态结构好,含水率高,随海藻酸钠和透明质酸的加入,材料具有丰富的网状孔洞结构.
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几种组织工程支架材料生物力学性能的研究
背景:采用工程学的方法来构建人体组织及器官的替代品以及介入治疗的器械是目前生物组织工程领域的研究热点,而材料的选择是其核心.所制备的移植物,至少要能够赖受住移植过程中的各种外力而不至于破碎.故对被作为原料应用于组织工程领域的常用物质的力学性质进行评价,可以为组织工程研究中的材料选择提供依据.目的:考察9种组织工程支架材料的力学性能,为组织工程支架的设计、制作的选材提供力学依据.设计:重复测量试验.单位:重庆大学生物工程学院.材料:以聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)、胶原、海藻酸钠、脱细胞猪皮、脱细胞血管、脱细胞猪皮-PLGA的复合体、脱细胞血管-聚乳酸/聚羟乙酸共聚物的复合体以及经改性的壳聚糖和明胶作为考察材料.方法:实验于2006-04/2007-03在重庆大学生物工程学院生物流变学实验室完成.制备上述9种材料试件,同时对壳聚糖和明胶进行改性.然后用INSTRON 1011拉伸实验机对其进行拉伸试验.拉伸速度为10 mm/min,在应变范围(0.005～0.02)内计算试件的杨氏模量,并获得大应变和大应力.主要观察指标:9种材料的大应变、大应力及杨氏模量结果:①大应变:脆性依次增大的顺序是:脱细胞猪皮＞脱细胞猪皮-PLGA＞脱细胞血管＞海藻酸钠＞脱细胞血管-PLGA＞胶原＞明胶(P＜0.05);壳聚糖和PLGA的断裂伸长率比其他7种材料高出很多,分别为133%和276%,差异有显著性意义(P＜0.05).在与PLGA复合后,脱细胞血管和脱细胞猪皮的断裂伸长率均变小,即脆性增加.②大应力:脱细胞猪皮以及与PLGA共混后的大应力即断裂强度均明显高于其他材料,且与PLGA共混后的脱细胞猪皮的断裂强度也略高于脱细胞猪皮.明胶、壳聚糖和脱细胞血管的断裂强度大体相当,介于7.67～9.51 MPa.胶原和海藻酸钠的断裂强度低,介于1.16～1.40 MPa.同时,与PLGA共混后的脱细胞血管的断裂强度明显低于脱细胞血管,差异有显著性意义(P＜0.05).③杨氏模量:明胶的杨氏模量及硬度大,而且远远大于其他各种材料.脱细胞猪皮的杨氏模量及硬度低.与PLGA共混后的脱细胞血管及脱细胞猪皮的硬度均增大,差异有显著性意义(P＜0.05),并于PLGA相当.除明胶以外,其他各材料硬度由大到小的排列顺序依次是:脱细胞血管-PLGA、PLGA、脱细胞猪皮-PLGA、脱细胞血管、壳聚糖、海藻酸钠、胶原、脱细胞猪皮.结论:①脱细胞血管及脱细胞猪皮具有良好的力学性质.②与组织来源的材料即脱细胞血管及脱细胞猪皮相比,PLGA的韧性较好,强度较低,硬度偏高.③海藻酸钠、明胶、壳聚糖的力学性质有望通过与PLGA的复合而得到改善.
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基于不同溶剂静电纺再生丝素蛋白组织工程支架的研究与进展
静电纺丝可以制备出具有良好性能的再生丝素蛋白组织工程支架,细胞可以在其上很好地黏附、增殖.相对有机溶剂而言,水作为溶剂的电纺再生丝素蛋白纳米纤维能更好地应用于组织工程支架,这是由于支架中不会残留对细胞有害的有机溶剂.文章从不同溶剂的角度综述了再生丝素蛋白的静电纺丝及其用于组织工程支架的研究进展.
