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三维骨微管结构支架构造及体外培养研究
目的:三维骨微管结构支架构造方法研究以及成骨细胞复合后的体外培养,观察这种能够为细胞生长提供三维骨微管结构的支架对细胞贴附、生长、增殖以及分化的影响.方法:应用快速成形技术制造支架负型模具,在模具中填充CPC材料,待其固化后,去除模具,形成具有内部相互连通微管的三维支架.复合成骨细胞,进行体外培养.分别于第4d和14d取出样本,用扫描电镜观察细胞生长情况.结果:利用光固化快速成形技术间接构造所得三维支架,具有很好的三维立体结构.扫描电镜下观察,成骨细胞在三维支架表面和微管内贴附生长状况良好,并分泌大量基质.结论:三维骨微管结构支架的快速成形间接构造方法应用于骨组织工程中支架的构造是可行的,所构造的CPC支架结构能够使细胞在其表面和微管内生长、增殖和分化.
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Pilon骨折快速成形模型在手术治疗中的指导作用
目的 研究在Pilon骨折手术方案制定过程中快速成形(RP)骨折模型的指导作用.方法 本组6例Pilon骨折进行了三维螺旋CT扫描,并制各出RP骨折模型,确定骨折类型(Rüedi-Allgower/AO分型),制定手术方案.结果 通过对1:1等大RP骨折模型的分析,明确了骨折类型,在模型上进行了手术方案制定,并顺利完成了手术.结论 制备的1:1等大Pi-lon骨折RP模型使骨折伤情更直观,由此制定的手术方案,有利于减少手术创伤、提高手术质量.
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CT-激光快速成形建立胫骨平台骨折模型
目的探讨CT骨扫描与快速成形机之间的数字化信息转换,应用CT-激光快速成形技术制造胫骨平台骨折纸质模型,供临床研究.方法用尸体标本和胫骨平台骨折的CT扫描的影像,通过三维重构,转换成STL格式,使快速成形机制造出实物模型.将标本与模型比较、测量,对模型做出客观评价.结果纸质模型坚固,形态与标本基本一致,矢状径与冠状径的误差在1～1.5 mm,胫骨平台骨折模型与术中探查一致.结论CT-激光快速成形制造的骨折模型能真实反映骨折的现状,利用这项技术不仅可以应用于骨折的临床研究,还可以应用于人工关节置换等领域.
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构建大段可控微结构组织工程骨的实验研究
目的 应用仿生设计和光固化快速成型间接构造方法 构建大段可控微结构组织工程骨,观察其与成骨细胞在体外培养条件下的生物相容性.方法 基于对密质骨哈佛系统的简单仿生,应用计算机辅助设计(CAD)软件设计具有微丝架结构的圆柱形支架模型.建模后输入光固化快速成型机,制成树脂模具,充填磷酸钙骨水泥(CPC),800℃下加min熔去模具,制成CPC支架.将兔颅骨成骨细胞与支架复合培养3、7、14d后,于共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)、扫描电镜下观察细胞在支架表面及微孔道内部的黏附、生长和增殖情况.结果 支架CAD模型为直径16 mm,长10 mm的圆柱体,内部由5层微丝网平行叠加形成相互连通的三维网架,微丝直径分别为200μm和500μm.制成支架的大体形态及内部三维微结构与设计模型一致,所构成的微孔道孔径范围260～580μm.CLSM下观察:特异性荧光探针标记显示细胞骨架成网状贯穿整个细胞和细胞突起;SEM下观察:培养3d时支架表面有梭型细胞铺展生长,有多个突起,大小10～30μm;7d后细胞在支架表面基本汇合,并向微孔内爬行生长;14d后大量细胞爬行人微孔内.结论 基于哈佛系统简单仿生设计和快速成型技术制备的大段组织工程骨,实现了微结构的完全精确调控,其微孔利于成骨细胞进入,具有良好的生物相容性,为大段组织工程骨的仿生制造提供了实验依据.
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小鼠胚胎干细胞-聚酯复合物在体多分化特性的初步实验观察
目的初步探讨胚胎干细胞-聚酯复合物在体多分化特性.方法取BALB/c孕鼠3.5 d的囊胚,制备内细胞团(ICM)细胞用鼠胚成纤维细胞(MEF)饲养层及条件培养液培养,挑选胚胎干细胞(ES)集落并扩增传代.应用先进快速成形技术(RP)制备聚乳酸-聚羟乙酸(PLGA)人工聚酯载体,扫描电镜(SEM)观察其超微结构,并对3 mm×3 mm×3 mm大小的粒度均匀的颗粒型聚酯载体进行Ⅰ型胶原表面修饰.取10只裸鼠,于裸鼠体部左侧皮下植入2粒Ⅰ型胶原表面修饰的颗粒型PLGA聚酯载体并同时复合ES细胞(1×107个)作为实验侧;于裸鼠体部右侧对应部位皮下仅植入2粒Ⅰ型胶原表面修饰的颗粒型PLGA聚酯载体作为对照侧,术后30 d取材组织学染色对比观察.结果制备和筛选出生长旺盛、传代稳定的ES细胞.先进RP制备的PLGA聚酯载体具有规则的空间网状支架结构、相互贯通的孔隙及材料表面微孔特征.组织学发现,实验侧植入体内30 d,能形成包含各胚层细胞成份的"畸胎瘤"样组织,并可观察到较为典型的软骨细胞、软骨基质以及新生骨,且在多分化新生组织形成的同时载体材料逐渐降解;对照侧术后30 d未见多分化新生组织形成,并仍有相对较多的聚酯载体有待降解.实验侧的多分化新生组织形成能力、生物相容性以及聚酯载体的生物可降解性均明显优于对照侧(P＜0.01).结论先进RP技术结合载体材料表面修饰的新工艺,对ES细胞全能分化特性无明显不利影响,将有望适用于以ES细胞为种子细胞的骨、软骨组织工程构建.
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三维光学扫描及快速成形技术制作面部软组织三维树脂模型的初步研究
目的 应用三维光学扫描及快速成形技术制作人面部软组织三维树脂模型,为研制颌面赝复体计算机辅助设计(computer aided design,CAD)与计算机辅助制作(computer aided manufacture,CAM)系统奠定基础.方法 采用自主研发的三维光学测量系统对志愿者左右侧面部分别进行扫描,通过Surfcaq软件对图像数据进行转换,获得完整的点云数据.以鼻尖点、颏下点、眼眶外侧点作为标定点,在Geomagic studio软件中对点云数据进行拼接、拟合,三维重建面部软组织.将三维重建图像导入Magics RP软件,进行三角化,并生成2 mm的厚度,利用快速成形设备制作面部软组织三维树脂模型.结果 获得了志愿者面部软组织的三维重建图像,并经快速成形制作出面部软组织三维树脂模型.结论 利用三维光学扫描可进行人面部软组织三维重建,利用快速成形技术制作面部软组织三维树脂模型切实可行.
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三维打印聚乳酸-羟基乙酸/磷酸三钙骨修复支架的生物学评价
目的 对可用于口腔颌面部骨缺损修复的三维打印聚乳酸-羟基乙酸/磷酸三钙(co-poly lactic acid/glycolic acid/tri-calcium phosphate,PLGA/TCP)支架进行生物学评价,为其进一步研究和临床应用提供依据.方法 采用低温快速成形技术制作PLGA/TCP支架,显微CT和扫描电镜观察形貌结构.将小鼠颅顶前骨细胞接种于支架表面,激光扫描共聚焦显微镜观察细胞状态;PLGA/TCP浸提液和完全培养基分别培养细胞l、2、3d,用细胞计数试剂盒检测细胞增殖状态;将PLGA/TCP支架复合0、30、60μg重组人骨形成蛋白2(recombinant human bone morphogenetic protein-2,rhBMP-2)(分别为空白对照组、低剂量组和高剂量组)植入大鼠背阔肌内,6周后取材观察成骨体积和形态.结果 三维打印的PLGA/TCP具有规则多孔的立体结构,孔隙率为(73±3)％.显微CT和扫描电镜测量孔径分别为(379±32)和(453±29) μm,层间距分别为(452±24)和(415±25) μm,柱状结构直径分别为(342±24)和(350±28) μm.染色显示小鼠颅顶前骨细胞在材料表面及内部黏附生长.培养l、2d,浸提液组细胞增殖A值(0.51±0.08、0.63±0.09)均显著高于空白对照组(0.39±0.05、0.53±0.05) (P＜0.05);培养3d,浸提液组A值(0.67±0.06)与空白对照组(0.68±0.04)差异无统计学意义(P＞0.05).大体观察、组织学和显微CT证实低剂量组成骨外形与植入前三维支架形状相似;而高剂量组过度成骨明显,成骨外形与植入前差异大.结论 三维打印可个性化制作PLGA/TCP支架.该支架生物相容性较好,复合rhBMP-2后异位成骨良好,其修复口腔颌面部骨缺损的效果尚需深入研究.
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计算机辅助设计与快速成形技术辅助制作全口义齿的探讨
目的 探索全口义齿计算机辅助设计(computer aided design,CAD)与快速成形技术辅助制作技术路线,并开发相关程序.方法 用三维自动切层扫描仪获取人工牙外表面三维数据并建立人工牙三维图形数据库(可用于参数化定位).用三维点激光扫描仪获取无牙颌石膏模型及(牙合)堤表面的三维数据,利用模型关系定位器记录(牙合)堤的颌间关系数据.基于Imageware 11软件探索全口义齿CAD技术路线,包括创建排牙线、人工牙定位标志点、定位坐标系以及基托构建线、控制线等,完成全口义齿包括人工牙列、基托组织面和磨光面外形以及全口义齿石膏阴模的完整三维设计,针对该路线编程,开发CAD软件平台.用快速成形技术制作全口义齿石膏阴模,手工插入人工牙并完成全口义齿的制作.结果 确立了全口义齿CAD技术路线,通过编程开发了CAD软件平台,完成1例全口义齿的制作.结论 利用自行开发的CAD软件可将教科书上的全口义齿排牙原则、基托设计原则和美学原则表达在CAD过程中,并在设计时应用(牙合)堤的三维数据,实现了全口义齿的数字化、智能化和个性化的设计制作流程.
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计算机辅助设计与快速成形技术制作上颌骨缺损模型的临床应用初探
目的 探寻利用计算机辅助设计(computer aided design,CAD)与快速成形技术制取上颌骨缺损模型的新方法,以弥补传统模型制取方法的不足.方法 将12例上颌骨缺损患者的头部CT数据输入计算机,经Mimics 8.11软件和Geomagic 7.0软件处理后,得到缺损部位的三维影像数据,利用快速成形技术,获得缺损部位的树脂模型.根据树脂模型制作阻塞器,利用缺损部位的组织倒凹固位使阻塞器独立固定在缺损腔中.再行可摘义齿修复,将阻塞器和可摘义齿用磁性附着体连接.检查临床修复效果并用鼻音计测量5例患者阻塞器戴入前后的鼻音化率值.结果 阻塞器和可摘义齿可分段戴入患者口内,两者固位、稳定等临床效果均较好.鼻音计测量结果显示,阻塞器戴入后患者的非鼻辅音语音样本的鼻音化率值降低,由戴入前的(46.53±13.86)%降为戴入后的(22.60±8.52)%,差异有统计学意义(P＜0.001).结论 利用CAD与快速成形技术制取上颌骨缺损部位模型是一种可行的方法.
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可摘局部义齿支架铸型的计算机辅助设计与制作
目的通过对Kennedy第二类第二亚类牙列缺损模型进行可摘局部义齿支架的计算机辅助设计与制作,探索可行的方案,为该课题的深入研究奠定基础.方法激光扫描获取Kennedy第二类第二亚类牙列缺损石膏模型的三维数据,在重建的牙颌三维数字模型上绘出支架的轮廓图,提取轮廓内的数据作为支架的组织面数据,通过抽壳等操作得到支架的三维模型.将数据导入快速成形设备,加工成形.结果初步实现了可摘局部义齿支架的计算机辅助设计,用快速成形机加工出支架树脂铸型.结论将激光扫描获取数据、计算机辅助设计三维构建至快速成形机制作出产品作为一整套方案,可初步实现可摘局部义齿支架的计算机辅助设计与制作.
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计算机辅助技术在下颌骨缺损修复中的应用
目的 探讨计算机辅助设计(computer aided design,CAD)和计算机辅助制作(computer aided manufactured,CAM)技术在下颌骨缺损修复中的应用.方法 7例下颌骨肿瘤切除后患者行血管化腓骨移植,16例下颌骨缺损患者行牵引成骨(distraction osteogenesis,DO)术,术前均行螺旋CT扫描,采用CAD-CAM技术制成与患者骨组织缺损完全相同的个体化实体模型,在模型上设计佳手术方案,并根据模型预制钛板和成骨牵引器.术中按术前设计切除下颌骨病灶区骨段,血管化腓骨移植的患者根据术前设计进行腓骨塑形并固定;行DO患者根据术前设计制作传送盘和安装牵引器位置.结果 实体模型病变区测量数据与术中所见病变范围完全一致,预制的下颌骨重建钛板及牵引器形态与术中下颌骨外形匹配,能显著缩短手术时间并改善术后效果.术后X线片显示23例重建的下颌骨形态对称,面部外形恢复正常.结论 CAD-CAM技术为下颌骨病变的术前手术范围设计、移植骨形态设计和牵引器的个体化制作提供了实体模型,提高了手术的精确性,缩短了手术时间,降低了术后并发症.具有良好的辅助作用.
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快速成形技术制作骨盆镜像实体模型
目的:研究快速成形技术制作骨盆镜像实体模型的可行性和准确性.方法:应用螺旋CT获得骨盆薄层断面图像,经计算机图像处理得到骨盆分层信息,利用快速成形技术制作骨盆镜像实体模型.采用此方法分别为人骨盆标本和试验犬制作骨盆模型,并检测方法的可行性和所得模型的准确性.结果:该方法对人骨盆标本和试验犬所制作的骨盆模型对比实物均有良好的相似性.结论:快速成形技术制作骨盆镜像实体模型方法可行,所得模型准确性良好.
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组织工程与人体器官快速成形制造
①目的探讨作为异物植入的修复假体的组织工程化替代物的制造方法.②方法采用快速成形制造技术,利用组织工程材料诱导制造人体器官.③结果实验表明,采用快速成形方法将具有生物学功能的组织工程材料制成支架,较之传统的植入替代物,具有更好的修复、重建效果.①结论应用组织工程诱导制造的人工器官因能够适时降解并终参与新陈代谢而将成为理想的治疗手段.
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快速成形导航模板在髋臼发育不良全髋关节置换中的应用
目的:应用计算机辅助及逆向工程技术设计个性化导航模板,指导髋臼发育不良关节置换髋臼假体精确安放.方法:16例髋成人发育性髋关节发育不良病人应用全髋关节置换,男9例,女7例,年龄34～52岁,Crowe分期Ⅰ期10髋；Ⅱ期2髋；Ⅲ期2髋；Ⅳ期2髋.Harris髋关节功能评分在62～24分,平均42.6分.通过术前CT扫描的三维数据,设计髋臼旋转中心,建立发育不良髋臼的计算机数据模型,通过逆向工程技术制做与病人髋臼解剖完全吻合的导航模板,并应用于全髋关节置换手术.同时行术前、术后影像学及临床评估及术后随访.结果:16例病人术后的髋臼位置良好,外翻角在42°～55°,前倾角为12°～22°,下肢延长2～6CM,术后Harris髋关节功能评分在80.3分,无股神经和坐骨神经损伤等并发症.结论:计算机辅助快速成形导航模板应用于髋臼发育不良的全髋关节置换,能精确的控制髋臼假体的安放,对髋臼假体的前倾角和外翻角能精确的控制,并取得较好的疗效.
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基于快速成形和冷冻干燥技术制备β-磷酸三钙骨组织工程支架
背景:利用先进的制造技术和各种生物材料可构造具有良好生物相容性、可降解性与一定外形及具有合理三维内部结构的支架,这种崭新的医学与工程技术相结合的方法,越来越多地应用到大段骨缺损研究中.目的:应用快速成形技术和冷冻干燥工艺制备多孔β-磷酸三钙,评价其结构性能并分析结构影响因素.设计、时间及地点:对比观察实验,于2008-05/08 在上海大学快速制造中心实验室完成.材料:β-磷酸三钙浆料由上海组织工程研究与发展中心提供.方法:应用CAD软件设计具有圆柱形内腔的组合式负型,将负型三维CAD数据进行快速成形前处理后导入到FDM成形机加工,获得负型的实物模型.负型组装后,充填β-磷酸三钙浆料,经冷冻、干燥及高温焙烧制备终的生物陶瓷支架.主要观察指标:①应片X射线衍射技术进行物相分析.②扫描电镜观察不同浓度浆料和不同预冻温度制备支架截面的微观形貌.③计算不同浓度浆料和不同预冻温度制备支架的孔隙率.结果:①X射线衍射曲线显示制备β-磷酸三钙支架与标准β-磷酸三钙的特征衍射峰位置基本一致.②扫描电镜显示支架内部的孔隙分布沿径向呈梯度结构,边缘地带孔径为10～30 μm,内部孔径为100～300 μ m.③浆料质量浓度低,支架孔隙小、分布均匀、孔隙率高;预冻温度低,支架孔隙小.结论:通过冷冻干燥技术结合快速成形技术可以得到具备精确外形和良好孔隙结构的骨支架.
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数字化珊瑚羟基磷灰石人工骨的致敏实验
背景：前期实验成功制备了数字化珊瑚羟基磷灰石人工骨支架材料，并已通过实验证实其具有骨组织工程支架材料必需的理化性能。目的：评价数字化珊瑚羟基磷灰石人工骨的致敏性。方法：将32只白化豚鼠随机分为4组，每组8只：实验组分别采用质量比为3∶1或4∶1原料制备的数字化珊瑚羟基磷灰石人工骨支架浸提液，阳性对照组采用体积分数为5%甲醛溶液，阴性对照组采用生理盐水。根据《GB-T 16886.10-2005医疗器械生物学评价第10部分刺激与迟发型超敏反应试验》大剂量致敏试验步骤进行皮内诱导、局部诱导和激发。激发阶段去除贴附物后24，48 h豚鼠皮肤反应按Magnusson和Kligman等级进行分级。激发阶段去除贴附物后48 h后对皮肤进行活检，行苏木精-伊红染色和光镜下观察。结果与结论：阴性对照组和质量比为3∶1或4∶1原料制备的数字化珊瑚羟基磷灰石人工骨支架浸提液组激发阶段去除贴附物后24，48 h皮肤无致敏反应，而阳性对照组在这任一时间点均有中度以上红斑。活检皮肤光镜下实验组未见皮肤水肿，皮肤棘细胞层水肿，血管周围、弥漫的真皮和表皮单核细胞浸润，见散在少量的嗜碱性细胞。说明质量比为3∶1或4∶1原料制备的数字化珊瑚羟基磷灰石人工骨支架在致敏方面具有生物安全性。
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数字化珊瑚羟基磷灰石人工骨支架的体外降解性能
背景:前期实验成功制备了数字化珊瑚羟基磷灰石人工骨支架材料,并已证实其具有良好的理化性能和生物相容性.目的:评价数字化珊瑚羟基磷灰石人工骨的体外降解性能.方法:将珊瑚羟基磷灰石与左旋-聚乳酸分别以3∶1和4∶1的质量比混合,制备数字化珊瑚羟基磷灰石人工骨支架材料试件.将两种数字化人工骨支架材料、珊瑚羟基磷灰石及左旋-聚乳酸分别置于初始pH值为7.4的50 mL模拟体液中,在37℃恒温箱中降解16周,动态观察溶液pH值、钙及磷离子浓度,以及材料降解率、抗压强度及微观结构变化.结果与结论:降解16周时,两种数字化人工骨组的pH值维持在7.34-7.36,高于左旋-聚乳酸组(P＜0.01),低于珊瑚羟基磷灰石组(P＜ 0.01):两种数字化人工骨组的钙离子浓度高于珊瑚羟基磷灰石组(P＜0.01),磷离子浓度低于珊瑚羟基磷灰石组(P＜0.01);两种数字化人工骨组的降解率低于珊瑚羟基磷灰石组(P＜ 0.01),高于左旋-聚乳酸组(P＜0.01);抗压强度顺序:珊瑚羟基磷灰石组＞3∶1数字化人工骨组＞左旋-聚乳酸组＞4∶1数字化人工骨组;两种数字化人工骨微孔结构增多,孔隙率升高,孔径增大,说明数字化珊瑚羟基磷灰石人工骨支架具有良好的降解性能.
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共固化法激光快速成形制备个体化生物陶瓷支架的探讨
目的：研究利用共固化法激光快速成形制备个体化生物陶瓷支架的可行性。方法首先建立立方纵孔生物陶瓷支架三维数字模型，利用激光快速成形技术制备的光硬化树脂负型母板实体，分别用传统聚乙烯醇和光硬化树脂作为结合剂与三磷酸钙粉末混合制备粉浆并填充入负模板，后者烧结前紫外光照射共硬化3 h，随后高温烧结制备陶瓷支架，进行形态学观察和生物亲和性考察。结果传统聚乙烯醇组烧结的支架孔道结构融合且裂隙形成，而共固化法烧结的支架孔道结构精细无融合，无裂缝产生，生物亲和性良好。结论共固化法激光快速成形技术可以作为间接法制备个体化生物陶瓷支架的新技术应用于组织工程中。
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构建仿生解剖外形的个体化人工骨的新方法
目的 研究利用微球胶联法和快速成形技术制备具备解剖结构的个体化人工骨的可行性.方法 首先制备三磷酸钙微球,以兔股骨的一段作为重建模型,通过CT图像重建三维数字模型.利用反求法建立模板数据模型,再用激光固化快速成形法制备出模板实体.将三磷酸钙微球填充入模板,藻酸胶联塑形,去除模板后对个体化人工骨进行形态学观察分析.结果 成功制备出三磷酸钙微球,并根据CT图像借助激光固化快速成形技术成功制备出光硬化树脂模板.将微球填充入模板并用藻酸钠水凝胶交联塑形,成功获得与兔股骨解剖外形一致的个体化人工骨.结论 微球胶联法结合激光快速成形技术可以成功制备具有解剖外形结构的个体化人工骨,该方法作为间接法制备个体化生物陶瓷支架的新技术可以应用于组织工程中.
