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生物陶瓷及其BMP和TGF复合物修复节段性骨缺损及成骨效应的研究
目的 制备生物活性陶瓷细胞外基质复合材料,并通过动物体内骨植入研究,探讨人工骨材料对骨缺损的修复作用及相互作用机理,为骨替代材料临床应用提供依据.方法 合成TCP、CHA、HA,并将其作为BMP的载体,制备成TCP/BMP、CHA/BMP复合材料,植入兔桡骨10 mm骨缺损,同时加入TGF-β1,同时以单纯的TCP、CHA、HA材料组做对照.通过X线摄片及生物力学测定,扫描电镜及组织学染色分析等手段,观察新骨形成及材料的降解规律.结果 术后动物均无不良反应.复合材料组植入2周时,骨断端部位可见软骨细胞;4周时可见新生软骨及骨组织,并向板层骨转化;8周时材料界面可见板层骨形成,TCP、CHA材料明显降解吸收,骨形成量明显增加;16周时材料界面新生骨趋向成熟,CHA材料降解区域由大量板层骨、骨髓组织填充;24周时新骨形成进一步增加,骨组织接近正常,但HA降解不明显,复合材料组新骨形成量明显高于相应的单纯材料.骨组织标本放射学及扫描电镜检测结果与组织观察结果基本一致.16周生物力学测定大负载、弯曲及张力指标接近正常,与相应的单纯材料相比差异有显著性意义,说明细胞外基质的加入不仅有效地促进了新骨的形成,同时也加速了新骨的钙化.结论 三种生物陶瓷是细胞外基质的理想载体,生物陶瓷基质复合材料对骨缺损有较强的修复能力,其中可降解生物陶瓷将是一类较为理想人工骨替代材料.
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生物陶瓷与细胞外基质对成骨细胞生长及代谢影响
本研究采用了体外细胞培养技术,将人胚成骨细胞分别与不同生物陶瓷(HA,TCP,FHA,BGC)及复合生物陶瓷(BMP,TGF-β1)共同培养.通过相差显微镜及扫描电镜观察材料表面及周围细胞形态及附着情况,分子生物学方法测定细胞增殖率,碱性磷酸酶(ALP)、骨钙素(OC)、白细胞介素6(IL-6)及转化生长因子β1(TGF-β1)分泌水平,探讨其作用机理.结果发现复合生物陶瓷细胞增殖率,ALP、OC、IL-6及TGF-β1水平明显高于相应单一材料及空白对照.而不同的复合材料细胞增殖率及细胞基质蛋白分泌有所差异.FHA+BMP,TCP+BMP及HA+BGC+TGF-β1显示了较高水平.不同材料培养不同时间对细胞生长及代谢影响有所不同,反映了成骨细胞培养方法评价人工骨替代材料成骨活性规律是切实可行的.
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生物活性陶瓷人工骨材料生物安全性评价研究
羟磷灰石(HA)作为人体硬组织损伤后置换,修复材料是目前国内外生物材料科学领域的主要课题之一,为了提高其物理机械性能及骨引导与诱导作用.研制了HA、FHA、CHA、HA-BGC、TCP五种不同类型的生物陶瓷材料.本文参照有关标准采用了9种生物学试验方法,对材料的安全性进行了较系统的评价.细胞毒性试验(体外法)、溶血试验、急性毒性试验、皮内刺激试验、致敏试验、热原试验、植入试验(90天)和Ame's试验的结果表明符合GB/T 16886或GB/T16175相关标准要求.该研究证实了五种生物活性陶瓷材料是一类应用较安全的骨替代材料,可用于骨植入.
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可注射性磷酸钙水泥在骨折内固定治疗中的应用
长骨干骺端、跟骨和椎体骨折由于局部以松质骨为主常致压缩骨折,在骨折复位后局部造成空隙常需自体骨或异体材料填充,利用自体骨填充除了引起供骨处的并发症外,其主要的不足是不能提供即时的稳定性,关节不能早期活动,影响关节功能的恢复,尤其在骨质疏松的病人中行内固定,常引起植入物松动和骨折端的移位;异体材料种类繁多,包括同种异体骨、异种骨、骨水泥(PMMA)和各种生物活性陶瓷(玻璃陶瓷、磷酸钙陶瓷、羟基磷灰石陶瓷等),理想的填充材料除有足够的强度能提供即时稳定性外,还要求能逐渐被吸收替代,并且要求吸收的速度与新骨形成的速度同步.近年来,可注射性、具有生物活性、可生物降解的磷酸钙水泥在骨折治疗中的研究和应用较多,综述如下.
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生物活性陶瓷材料对血浆蛋白吸附及钙、磷影响的实验研究
本文研究了四种生物活性陶瓷人工骨替代材料,羟磷灰石(HA),磷酸三钙(TCP),胶原羟磷灰石(CHA)及含氟羟磷灰石(EHA)对血浆总蛋白(TP)、纤维蛋白原(FIB)及纤维粘连蛋白(FNC)细胞外基质的吸附情况,同时评价不同材料对血浆中钙、磷、镁的影响.结果发现四种材料吸附蛋白质的量有所不同,分别为TCP＞CHA＞HA＞FHA,三种蛋白质的变化规律基本一致,表明了吸附蛋白质的多少与材料的性能和蛋白种类有关.而血浆中钙、磷值有上升趋势,钙值分别为TCP＞CHA＞HA＞FHA,而磷值分别为HA＞CHA＞FHA＞TCP,这可能与不同材料在生理环境中离子释放差异有关.关于蛋白质吸附和离子的释放对骨形成的影响如何有待进一步研究.
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沉淀法制备羟基磷灰石影响产物结晶和晶粒粒度的因素
从生物陶瓷发展历史看,生物惰性陶瓷和合金一样,较早进入生物材料领域,其基础理论研究及临床应用技术都较成熟[1].与生物惰性陶瓷相比,生物活性陶瓷具有更强的优势,而且发展更快,在某些领域已逐步开始替代生物惰性材料.
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大节段生物活性陶瓷多孔支架肌内血管化:3年期3D-数字减影血管造影观察
背景 人工骨材料生物体内的活化,与自体骨生物键合,完成自体骨组织爬行替代,核心是材料的血管化.如何判断血管化发生?目的 观察大节段生物活性陶瓷多孔支架骨骼肌内植入3 年后血管化情况.方法 雄性中国自养犬10 只,于骨骼肌内植入直径1.5 cm、长4.0~4.5 cm 羟基磷灰石-聚乳酸多孔支架,饲养36 个月后行3D 数字减影血管造影检查.结果 与结论 所有动物均顺利完成材料植入及数字减影血管造影成像,且所得结果相似:营养血管由股动脉、股深动脉发出并指向羟基磷灰石-聚乳酸支架,分支后进入材料.结果 表明,3D 数字减影血管造影技术是用于监测人工骨材料体内血管化的有效手段,羟基磷灰石-聚乳酸支架骨骼肌内植入3 年后能够形成完整的动静脉血循环系统.
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不同植入材料在人工全髋关节置换临床应用中的反应
背景：早期临床工作中应用非生物型材料(骨水泥)治疗髋关节，由于固定范围较大，时间较长，且骨水泥界面的老化、破裂而引起假体松动等并发症，效果欠佳，所以置换后髋关节活动度的恢复会受到一定的影响。
目的：探讨使用生物型与非生物型植入材料进行全髋关节置换的方法和进展，评价不同材料髋关节假体的特点及临床应用。
方法：由第一作者应用计算机检索PubMed数据及CNKI数据库，在标题和中以“不同植入材料，全髋关节置换，内固定材料”或“Carpal bone，fracture ununited”为检索词，纳入与生物材料及组织工程人工髋关节相关的文章。
结果与结论：生物型内固定材料具有良好的耐磨性、耐腐蚀性及生物相容性。目前髋关节置换临床应用多的是金属关节头和超高分子量聚乙烯髋臼的组合，但金属的弹性模量与人体骨骼相差甚远，导致应力遮挡效应，容易引起假体的疏松和不稳定。生物惰性陶瓷在活体内具有很高的稳定性和很好的机械强度；生物活性陶瓷具有骨传导特点及与活骨整合的性能。复合材料假体因其可调的弹性模量和足够的力学强度，接近人体骨骼的力学性能而逐渐被重视。但目前还缺乏生物相容性好、生物力学相容性好的理想假体材料。因此应从改进人工髋关节设计和制造工艺，提高材料的耐磨性与力学性能，增强假体与宿主骨的结合性，减少应力遮挡等方面来提高植入物与宿主的生物相容性，更好地延长假体使用寿命。 -
复合性生物活性陶瓷在颌骨囊肿骨缺损修复中的应用
1资料和方法1.1材料复合生物活性陶瓷由生物活性陶瓷(HA)/磷酸三钙(TCP)-55:45组成,其中HA为倍各生美国生物材料公司生产,TCP为美国欧司海司公司销售.
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基因转染BMSC与BGC的体外生物相容性的实验研究
目的研究人骨形态发生蛋白-2(human bone morphogenetic protein-2,hBMP-2)基因转染的兔骨髓基质细胞(bone marrow stromal cells,BMSCs)与生物活性陶瓷(Bioactive glass ceramics,BGC)体外培养条件下的生物相容性.方法抽取成兔胫骨骨髓组织,置于含10%胎牛血清的高糖DMEM培养基中培养,脂质体法介导将hBMP-2基因转入培养的BMSCs,G418筛选,取阳性克隆,继续培养.分为实验组(转染的细胞与BGC复合),对照组(单纯转染的细胞),不同时间用倒置相差显微镜观察.MTT法进行细胞增殖测定,并进行细胞微量蛋白含量和碱性磷酸酶的定量检测.结果原位杂交证实基因转染成功,形态特征及生物学行为证实转染的细胞无致瘤性,转染的BMSCs体外培养时复合或不复合BGC均生长良好,BGC利于细胞的贴附、生长与增殖,并对细胞的功能无不良影响.结论基因转染的BMSCs可以作为一种新型的种子细胞,BGC是较理想的骨组织工程支架材料,基因转染的BMSCs复合BGC用于骨缺损的修复,具有广阔的临床应用前景.
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生物活性陶瓷涂层假体植入股骨初期的界面生物力学分析
目的对具有生物活性的羟基磷灰石陶瓷涂层假体植入股骨初期进行界面生物力学分析,以优化金属表面生物活性陶瓷涂层厚度.方法建立生物活性陶瓷涂层假体紧压配合植入股骨初期的生物力学模型,应用非均质层状材料弹性力学理论,定量计算不同厚度涂层钛合金假体与股骨峡部界面的紧压配合力及环向应力.结果无涂层钛合金假体与骨结合的紧压配合力大,随着涂层厚度增加,紧压配合力逐渐减小.环向应力在界面的骨皮质上有较大的拉应力,在涂层和钛合金假体柄上为压应力.结论生物活性陶瓷涂层较薄的假体与股骨结合的抗剪切强度较大.
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生物材料的界面生物效应
生物材料作为医用植入材料始于18世纪初.1808年初成功制成了镶牙陶齿.1892年Dreesman发表了第1篇关于利用熟石膏填充骨缺损的报告.1963年Smith报告发展了一种陶瓷骨替代材料,这是一种由48%多孔铝酸盐陶瓷和环氧树脂组成的陶瓷,它与骨组织的物理性能很相匹配.进入80年代以后,复合型生物材料的研究掀起了一个高潮,随着研究的深化和应用广泛化,为获得长期满意的生物效应[1],对生物材料的要求越来越高.然而,在医学上广泛重视研究和应用各种生物陶瓷材料,还是近20年来的事.由于过去医学领域中应用得广泛的生物材料是金属和有机材料,而金属长期埋植生物体内容易发生腐蚀,许多金属离子对人体有毒,金属磨屑会引起周围生物组织发生变化,另外产生金属元素向各种器官转移、组织变态反应等问题.而有机材料则强度较低,许多应用受到限制,还存在长期耐久性问题[2].目前生物材料研究中活跃的领域主要集中在具有特异性功能的活性材料、良好的力学性能且促进组织生长的功能材料、具有生物体组织结构的复合材料[3]、高抗凝血功能的医用碳素材料、以磷酸盐为基本材料的生物活性陶瓷[4].
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β-TCP的制备及研究进展
前言目前生物陶瓷的研究日益受到人们的重视,其作为骨替代材料已经得到广泛应用.生物陶瓷按照其生物学特性可以分为生物惰性陶瓷、生物降解陶瓷、生物活性陶瓷、生物活性玻璃陶瓷以及双相钙磷陶瓷等.
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生物活性陶瓷/聚合物复合材料的研究进展
1引言生物医用复合材料(biomedical composite materials)是由两种或两种以上的不同材料复合而成的生物医用材料,主要用于人体组织的修复、替换和人工器官的制造.自从有研究发现人骨组织中含有58%的钙、磷成分,许多研究者就把钙磷陶瓷作为一种潜在的移植物.
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hBMP-2基因转染的MSC与BGC的体外生物相容性研究
目的:研究人骨形态发生蛋白-2(humanbonemorphogeneticprotein-2,hBMP-2)基因转染的兔骨髓基质细胞(bone marrow stromal cells,MSC)与生物活性陶瓷(Bioactive glass ceramics,BGC)体外培养条件下的生物相容性.方法:应用脂质体介导法将携带hBMP-2基因的重组载体PcDNA3-hBMP2导入体外培养的MSC中,G418筛选获得阳性克隆,继续扩增培养.细胞分为实验组(转染的细胞与BGC复合),对照组(单纯转染的细胞),在不同时间用倒置相差显微镜观察.MTT法进行细胞增殖测定,并进行细胞蛋白含量和碱性磷酸酶的定量检测.结果:原位杂交证实基因转染成功,形态特征及生物学行为证实携带hBMP-2基因的MSC无致瘤性,转染的MSC体外培养时复合或不复合BGC均生长良好,BGC利于细胞的贴附、生长与增殖,并对细胞的功能无不良影响.结论:基因转染的MSC可以作为一种新型的种子细胞,BGC是较理想的骨组织工程支架材料,基因转染的MSC复合BGC用于骨缺损的修复,具有广阔的临床应用前景.
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骨髓基质细胞复合生物活性陶瓷修复兔颅骨缺损实验研究
目的:探讨骨髓基质细胞(Bone marrow stromal cells,BMSC)、生物活性陶瓷(Bioactive glass ceramics,BGC)和胶原膜复合材料的成骨作用.方法:将培养的BMSC与BGC及胶原膜复合后植入兔颅骨缺损区,通过形态学、组织化学和立体计量学等方法观察新骨生成情况.结果:①形态学观察:倒置显微镜显示BMSC呈星形,12 h全部贴壁,对数增殖期为2～4 d.扫描电镜显示BMSC在BGC表面排列紧密,长入BGC孔隙中.实验组术后第12周, X线显示植入材料与外周骨质之间完全被高密度影充填;光镜显示骨小梁相连成片,骨髓再生.②组织化学结果:术后第4、8、12周实验组碱性磷酸酶值分别为(246.33±32.13)、(290.67±12.86)、(375.33±5.03)u/L,高于对照组(P<0.01);钙离子值分别为(1.930±0.070)、(2.130±0.235)、(2.867±0.261)g/L,高于对照组(P<0.01) .③立体计量学测量结果:实验组第12周体密度值为(65.69±3.00)%,明显高于对照组(P<0.001).结论:复合材料具有较强的成骨作用,能够有效促进骨愈合.
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生物活性陶瓷-钛复合种植体的临床应用及护理
目前，已有多种人工种植牙，关于人工种植牙的机械性能、外形、与骨的界面结合，其基础理论和临床应用的研究方面，都已取得了令人鼓舞的进展，1999年1月至1999年7月，我科采用生物活性陶瓷钛复合种植牙于临床应用，共100例，通过临床定期观察随访，效果满意。护理上的配合直接关系到种植手术的成败，笔者将护理体会介绍如下。1 临床资料1.1 一般资料 本组病例100例，男52例，女48例，年龄20～75岁。全部病例均是我院门诊口腔科自愿接受人工种植牙患者，有良好的口腔卫生习惯，能按时就诊复查，与医生护士密切配合者。1.2 术前护理及体会
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生物活性陶瓷人骨复合材料的理化性能测试
目的 通过生物活性陶瓷人骨复合材料的理化性能的测试,以了解其生物相容性.方法 以Ca(OH)_2、H_3PO_4、无机氟、Ca、Si、Na、P等金属和非金属氧化物为原料,采用高温、熔融、烧结、结晶、析出等方法,合成5种生物活性陶瓷.以原于吸收法,发射光谱法和钼蓝比色法测定了5种材料在水中Ca、P、F的溶出;以万能实验机测定材料的抗压强度;以电镜扫描观察材料的结构.结果Ca、P、F在5种材料中的平均溶出均比空白高.羟基磷灰石的平均抗压强度明显高于其他4种材料.结论 不同材料Ca、P、F溶出物,抗压强度及结构均有所不同.
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稀土在激光涂覆生物陶瓷涂层中的行为与分布
在金属基材上利用等离子喷涂、焙烧等技术获得金属-生物活性陶瓷表面复合材料,因既具金属的强度、韧性,又具表面生物陶瓷良好的生物活性,故成为硬组织植入材料而受到极大关注[1].但众所周知,等离子喷涂生物陶瓷涂层与基体的界面结合以机械咬合为主,且组织形貌与活体硬组织相差很大,它必然影响植入材料的生物相容性及其寿命.本课题组利用稀土的掺杂,在钛合金基材上,用激光涂覆工艺成功地获得含羟基磷灰石(HA)的钙磷基生物陶瓷涂层[2],不仅使HA等的合成与涂覆同步形成,简化了工艺,且涂层与基体的结合为化学冶金结合.而稀土的掺杂,对金属表面生物陶瓷涂层的影响尚未见资料报道,我们就稀土在激光涂覆生物陶瓷涂层中的行为与分布进行了研究.
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新型生物活性陶瓷复合人工骨成骨效应的实验研究
目的探讨新型生物活性陶瓷复合材料成骨效应,为人工骨替代材料临床应用提供依据. 方法小鼠96只,随机分为4组,每组24只.采用具有诱导活性的骨形成蛋白(bone morphogenetic protein,BMP)分别与羟基磷灰石(hydroxyapatite,HA)、磷酸三钙(tricalcium phosphate,TCP)、胶原复合羟基磷灰石(collagen HA,CHA)及氟化羟基磷灰石(fluoridated HA,FHA)复合,将4种复合材料(HA/BMP,TCP/BMP,CHA/BMP及FHA/BMP)分别植入4组小鼠左侧股部肌肉内为实验侧,右侧分别植入HA、TCP、CHA及脱钙牙基质(decalcified dentin matrix,DDM)作为对照,在1、3、5及7周取材作大体观察、组织形态学、扫描电镜观察及生化测定. 结果各组实验侧及第4组对照侧植入后1周软骨形成,第1～3组对照侧为纤维结缔组织;3周时各组实验侧均有较多的成熟骨组织,组织碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)染色均为阳性.各组对照侧材料被结缔组织包囊,ALP染色阴性,未见骨组织形成.各组实验侧材料ALP活性及磷(phosphrus,P)检测水平明显高于相应的对照侧材料,实验侧与对照侧比较具有统计学意义(P＜0.05),而TCP/BMP复合材料明显高于另3种复合材料,有统计学意义(P＜0.05).5、7周各实验侧及对照侧骨形成,组织ALP反应、ALP及P检测水平与3周结果基本一致. 结论 BMP复合HA、TCP、CHA及FHA 4种材料都具有诱导成骨活性的作用,其中TCP/BMP复合材料明显,是一种较理想的人体硬组织替代材料.
