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骨诱导性磷酸钙陶瓷--从基础研究到临床应用
本文阐述了生物材料骨诱导作用的立论出发点,结合材料诱导骨形成的组织学和分子生物学证据和材料组成、结构特别是微纳米结构对干细胞和成体细胞基因表达及行为的调控作用,归纳材料骨诱导作用的机理,提出具有骨诱导作用的生物材料设计原理及评价材料骨诱导作用的生物安全性方法,展示骨诱导生物材料从概念、基础研究、到实验室样品转化为小批量生产及临床应用的过程。
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骨形态发生蛋白在脊柱融合应用中的安全性研究
重组人骨形态发生蛋白(rhBMPS)是一种强有力的骨诱导因子,动物实验证实其有良好的异位和原位成骨效果[1].在多种动物脊柱融合模型中,应用rhBMPS取得了满意的融合效果,为其过渡到临床应用打下基础.和从异种动物骨中提取的BMPS相比,通过基因重组技术获得的纯化rhBMPS去除了非骨诱导性、可能引起免疫反应的蛋白,且不传播疾病.但是,在大规模临床应用之前,rhBMPS在人体应用的整体和局部安全性是必须考虑的首要问题.
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自体骨移植修复骨缺损的研究进展
骨缺损在临床上发病率较高,其治疗仍是骨科目前较为棘手的问题.骨缺损治疗虽然可采用骨移植、组织工程技术、膜引导性组织再生技术、基因疗法等.但是,临床上仍以自体骨移植治疗骨缺损为常见.自体骨移植骨材料生物来源与宿主是一致的,所以不用考虑组织相容性和移植后的排异反应.自体骨移植骨诱导性好且无需提前取骨贮存,术中同时完成取骨、移植过程,愈合率肯定.现将自体骨移植修复骨缺损治疗的研究进展情况概述如下.
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骨移植材料的现状和研究进展
创伤引起的骨不连、骨缺损的处理和骨肿瘤的保肢治疗以及一些重建手术往往都涉及植骨的问题.骨移植技术的应用使得这些棘手的问题得到了一定的解决.目前临床应用的骨移植材料有自体骨、异体骨以及各种人工合成的移植材料替代物,而干细胞、骨形成蛋白(bone morphogenetic proteins,BMPs)和各种生长因子复合植骨材料也已进入了临床研究阶段,所有这些骨移植材料都至少具备了以下的一种生物学特性:(1)骨传导性(osteoconduction):为血管的长入和新骨的形成提供一个支架;(2)骨诱导性(osteoinduction):内含成骨诱导蛋白,能够刺激植骨区周围的间充质干细胞向成软骨细胞或成骨细胞分化,形成新骨;(3)成骨作用(osteogenesis):内含有骨原细胞(成骨细胞或者骨祖细胞),一旦植入合适的环境就能够直接形成新骨[1].医生根据手术的要求选择合适的植骨材料,认识和了解各种移植材料的特性及其存在的问题对合理选择植骨材料尤其重要.
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异体骨移植材料的现状和产品质量规范
创伤引起的骨不连、骨缺损的处理和骨肿瘤的保肢治疗以及一些重建手术往往都涉及植骨问题,骨移植技术的应用有望使这项难题得到较满意的解决.目前临床应用的骨移植材料有自体骨、异体骨以及各种人工合成的移植材料替代物,而干细胞、骨形成蛋白(BMPs)和各种生因子复合植骨材料也已进入了临床研究阶段.所有这些骨移植材料都至少具备了以下的一种生物学特性:(1)骨传导性:为血管的长入和新骨的形成提供支架;(2)骨诱导性:内含成骨诱导蛋白,能够刺激植骨区周围的间充质干细胞向成软骨细胞或成骨细胞分化,形成新骨;(3)成骨作用:内含有骨原细胞(成骨细胞或骨祖细胞),一旦植入合适的环境就能够直接形成新骨.医生可根据手术要求选择合适的植骨材料.
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材料微结构骨诱导性的研究进展
近年来,骨组织工程研究虽然取得了明显的进展,但仍存在许多问题尚未解决,其中之一便是缺少理想的具有骨诱导性的生物材料.现已发现具有特殊结构不同化学组成的材料均可表现出骨诱导性,而化学成分相同、结构不同的支架其骨诱导性可能也不同,即生物材料的物理结构较化学成分在骨诱导方面可能起更重要的作用.许多研究表明,材料的微结构在骨诱导中可能起关键作用.就启动材料骨诱导性的关键微结构的研究进展及对材料微结构的骨诱导的可能机制作一综述.
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磷酸钙陶瓷的理化性能与宿主组织的关系
磷酸钙陶瓷如磷酸三钙(TCP)和羟基磷灰石(HA)是常用人工骨替代材料。这些材料具有不同的理化性能,因而能与宿主组织发生不同的反应。多孔性、骨传导性、生物相容性均是研制人工骨替代材料时要考虑的重要因素。本文介绍了磷酸钙陶瓷的理化性能与宿主组织之间的关系。
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体内生物反应器与体内骨组织工程
近年来,骨组织工程研究在种子细胞、支架材料和构建技术3个主要方面均取得了巨大进展,但复合体外培养细胞的骨组织工程产品临床应用仍面临挑战.体内骨组织工程足以受体自身机体作为生物反应器,单纯应用生物材料而不外加细胞或生长因子,在骨或非骨环境构建形成骨移植物修复自体骨缺损的技术.有关研究显示这是一种调动机体自我再生能力的组织工程新策略,具有切实可行的应用前景.
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仿生双相陶瓷生物活性骨应用于节段性骨缺损修复
背景:生物陶瓷具有理想的孔径及高的孔隙率、通孔率,能为骨修复细胞提供了理想的生理活动空间,可明显提高骨传导性。目的:探索仿生双相陶瓷生物活性骨在阶段性骨缺损修复中的骨传导性和骨诱导性。方法:将20只新西兰白兔随机等分为生物活性玻璃组和仿生双相陶瓷生物活性骨组,均构建动物桡骨损伤模型后,分别予以生物活性玻璃修复和仿生双相陶瓷生物活性骨修复。结果与结论:造模后4周仿生双相陶瓷生物活性骨组经扫描电镜观察已经形成较为致密的骨膜样组织;造模后8周,形成密集结合部,经观察基本不存在明显的裂隙;造模后12周,完全成骨分界已经模糊不清,呈现出自然的过渡情况,且结合部十分密集,存在数量较多的新生骨组织,骨小梁呈规则状态,且连接成片,且骨材料大部分已经降解,骨组缺损得到完全修复,密度与正常骨十分接近。造模后8周生物活性玻璃组经观察,结合部位存在明显裂隙;造模后12周观察,裂隙已出现连接,但较之仿生双相陶瓷生物活性骨组结合不够紧密,骨缺损得到初步修复,可见数量较少的新生骨组织,形成骨小梁,但无法连接或者贯通,未出现明显骨髓腔再通,可见少量连续性骨痂通过断端。表明仿生双相陶瓷生物活性骨修复节段性骨缺损具有良好的骨传导性、骨诱导性及生物相容性。
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无机诱导成骨材料的研究进展
临床上骨缺损十分常见,常需要进行骨移植来修复.在牙种植术中,由于多种原因造成牙槽嵴萎缩,骨量不足,限制了牙种植术的应用.对于骨量不足或拔牙后即刻种植的情况可以采取骨增量技术增加牙槽嵴的高度和丰满度,提高种植成功率.本文主要阐述近年来无机诱导成骨材料的研究进展,并对其将来的研究方向予以展望.
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骨缺损修复的BMP基因治疗
骨缺损的修复一直是修复重建外科的一项重要课题.传统治疗以自体骨移植为优,但是自体骨来源有限,并且会对供体造成新的缺损.异体骨有免疫原性,而且有潜在传染病原体的危险.金属类、合成塑料类、陶瓷类以及硅橡胶等人工材料缺乏骨诱导性.骨的修复与生长受多种生长因子调控,有多种细胞因子可以促进骨的修复,骨形态发生蛋白(BMP)是其中重要的一种,它已被公认为是目前强的骨诱导因子[1].
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骨组织工程的基质材料
在组织工程学中,种子细胞必须依赖于细胞外基质才能发挥功能,因此寻求理想的基质材料是骨组织工程研究的重点课题.其基本要求是:(1)良好的生物相容性和可降解性;(2)良好的骨诱导性和骨传导性;(3)高细胞渗透性;(4)表面的化学性质与微结构能支持骨细胞的生长和功能分化;(5)能与其它活性分子如骨形态发生蛋白(BMP)、转移生长因子-β(TGF-β)复合共同诱导骨的发生;(6)易消毒性.
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微波加热对大鼠骨传导性及诱导性的影响
目的:根据骨组织经微波处理后成骨能力的变化,探讨微波对骨传导性及诱导性的影响.方法:实验大鼠10只,取每只鼠左胫骨,锯成相等的移植骨4块,每块约0.5cm,加以标记.然后从每只鼠中各取1块,分成四组.Ⅰ组不加热作为阳性对照组;Ⅱ组用微波加热60℃ 10min;Ⅲ组用微波加热60℃ 15min;Ⅳ组水浴加热100℃ 30min作为阴性对照.然后将加热的骨块经脱脂、脱钙水洗后制成完全脱钙骨基质,再移植于自体腹部肌肉内.21天后将移植物取出并进行组织学分析.观察微波加热后骨传导性及骨诱导性的变化.结果:Ⅱ、Ⅲ组微波加热后组织学改变与阳性对照组的Ⅰ组相似.植入的脱钙骨基质诱导新骨生成,组织切片内见大量新生的软骨细胞、骨细胞及类骨质,部分切片看到明显的骨小梁,但三者间差异无显著性意义;Ⅳ组仅看到形成大量纤维结缔组织,无明显骨及软骨形成.结论:微波加热后,脱钙骨基质的骨生长因子无明显破坏,能诱导新骨产生,因此保存了骨的传导性及诱导性.说明体外微波加热可应用于骨肿瘤的保肢手术.
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脱钙骨基质的临床应用与研究进展
创伤引起的骨不连、骨缺损的处理和骨肿瘤的保肢治疗以及一些重建手术往往都涉及植骨的问题.目前临床应用的骨移植材料有自体骨、异体骨以及各种人工合成的移植材料替代物,而干细胞、骨形成蛋白(bonemorphogentic proteins,BMPs)和各种生长因子合植骨材料也已进入了临床研究阶段,所有这些骨移植材料都至少具备了以下的一种生物学特性:①骨传导性;②骨诱导性;③成骨作用[1].
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脊柱融合的植骨替代材料
近年来,脊柱融合手术在骨科中实施的频率越来越多,据报道美国目前每年有超过20万例此类手术,而相应地对于植骨材料的需求亦越来越多.由于自体骨来源有限,且取自体骨常会带来额外的并发症,因此它的应用受到限制.为了在保持可以接受的融合率的基础上增加可用于植骨的骨量以及减少并发症,开发了多种植骨替代材料.理想的植骨替代材料不但应该象自体骨那样具备成骨活性、骨诱导性及骨传导性能,此外还应该提供足够的力学支持,然而目前尚未有任何一种具备了上述所有特点的植骨替代材料.本综述拟就近年来文献中常用于脊柱融合的植骨替代材料作一回顾,简单分析一下各材料的优缺点,以便更好的指导临床应用和进一步研究.
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脱钙骨基质骨诱导活性评价方法的研究进展
脱钙骨基质(DBM)不仅是较理想的骨组织工程支架材料,还具有骨诱导性,能在骨原位和异位诱导新骨形成,临床上用其修复骨缺损的成功报道较多.但目前国内大部分医院应用DBM之前不检测骨诱导活性,故不能评价DBM的成骨能力.且有研究表明[1],DBM的骨诱导活性受多种因素影响,如供体的年龄、性别、植入部位、制备方法、颗粒大小、几何形状、储存条件等,因此,不同DBM的骨诱导活性差异很大,而其强弱将影响新骨的形成量.现对DBM骨诱导活性的两种评价方法作一综述.
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硫酸钙复合鹿瓜多肽人工骨材料的生物相容性
目的:制备一种新型人工骨材料,评价其生物相容性.方法:鹿瓜多肽注射液与α-半水硫酸钙以2 ∶ 7的比例混匀,制成片状材料;CCK8细胞毒性试验、急性毒性试验、骨植入试验及扫描电镜观察细胞在材料表面粘附情况等综合评价材料的生物相容性.Reverse Transcription-Polymerase Chain Reaction (RT-PCR)检测成骨细胞BMP-2、RUNX-2的表达.结果:CCK8细胞毒性试验、急性毒性试验及骨植入试验均显示材料无毒性反应;扫描电镜示材料表面有较多成骨细胞粘附,并有较多伪足伸出.RT-PCR显示BMP-2、RUNX-2的表达较对照组升高.结论:硫酸钙复合鹿瓜多肽人工骨材料生物相客性良好,具备一定的成骨活性.
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生物活性玻璃复合材料研究进展
生物玻璃是指具有与骨组织形成化学性结合能力的生物活性玻璃,是一种与骨组织和软组织均有良好的结合能力,在植入体内后生物活性玻璃表面即与体液发生离子反应,终在玻璃表面形成类似骨中无机矿物的低结晶度碳酸羟基磷灰石层(HCA),因化学组成与生物体的骨骼相似,容易与周围的骨骼形成牢固的化学键合即骨性结合,具有优良的骨诱导性、骨传导性及生物相容性,已成为材料科学、医学以及生物科学等学科的热点,越来越受到人们的重视,特别是生物活性玻璃复合材料的研发成功,更是给人类健康带来了又一突破性进展,广泛开展生物活性玻璃复合材料的研究具有重要的理论价值和应用价值[1-3].
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骨移植替代材料在脊柱外科中的应用
脊柱手术中应用骨移植材料促进骨融合、增强脊柱的稳定性.自体骨移植虽然是脊柱融合的金标准,但自体骨移植数量有限、取骨延长手术时间、增加取骨区的并发症.因此多年来脊柱外科医生和生物骨材料学者一直致力于自体骨移植替代材料的研究,目前脊柱外科应用的自体骨移植的替代物主要分为天然材料和合成材料两种,虽然目前这些替代物没有一种同时具有自体骨移植的三种基本特性(成骨性、骨传导性和骨诱导性),但在许多情况下证实有临床应用价值,如自体骨数量不足时,骨替代物可补充自体骨的不足;骨移植替代物在具有可接受的融合率时,也可替代取自体骨,避免自体骨取骨区的各种并发症.本文就自体骨移植替代材料在脊柱外科的应用进行综述.
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骨组织工程材料β-磷酸三钙及其复合材料改性的研究进展
β-TCP具有良好的生物相容性和骨传导性,作为生物降解材料,已被广泛应用于各种骨缺损修复.然而,β-TCP单独使用时,尚存在降解速度与骨生长不匹配、缺乏骨诱导效应等急需改进的问题.本文综述了近十年国内外关于β-TCP及其复合材料改性的研究进展,并对骨组织工程材料β-TCP未来的研究方向予以了展望.