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负载 rhBMP-2钙磷硅基活性骨修复材料的3D 打印构建及生物学性能研究
  • ISSN号:1673-7083
  • 期刊名称:《国际骨科学杂志》
  • 时间:0
  • 分类:R318.08[医药卫生—生物医学工程;医药卫生—基础医学]
  • 作者机构:[1]华东理工大学生物反应器工程国家重点实验室,上海200237, [2]华东理工大学教育部超细材料重点实验室, [3]华东理工大学教育部生物医学材料工程技术研究中心, [4]上海市骨科内植物重点实验室、上海交通大学医学院附属第九人民医院骨科,200011
  • 相关基金:国家重大科学研究计划(2011CB013300、2012CB933604)、国家自然科学基金(81171707)、上海市卫生系统重要疾病联合攻关项目(2013ZYJB0501)、上海教委重点学科建设基金(J50206)
中文摘要:

目的构建一种新型钙磷硅基活性骨修复材料,研究材料成分、孔道结构和是否负载生长因子对支架力学性能、细胞黏附性能和骨组织形成过程的影响。方法以磷酸钙骨水泥(C PC )、介孔硅酸钙(MCS)为原料,采用3D打印技术构建不同孔道结构的MCS/CPC复合支架,在扫描电子显微镜下观察支架内部孔道结构,通过万能力学试验机测试各组支架的最大抗压力学性能,用四甲基偶氮唑盐法测试各组支架的细胞黏附性能。建立大鼠颅骨原位缺损修复模型,在支架上负载重组人骨形态发生蛋白(rhBMP)‐2制备得到钙磷硅基活性多孔支架(MCS/CPC/rhBMP‐2),考察CPC、MCS/CPC和MCS/CPC/rhBMP‐2支架的组织相容性与成骨性能。结果采用3D打印技术能够实现对钙磷硅基骨修复支架内部孔道结构的可控制备。垂直孔设计大小为350μm 的MCS/CPC支架具有适宜的孔隙率和抗压力学强度(分别为56.6%和9.8 M Pa);细胞相容性良好,有利于细胞黏附。负载rhBM P‐2可显著加快新生骨组织形成,植入MCS/CPC/rhBMP‐2复合支架初期纤维组织即可在连通孔道中自由生长,在植入12周后,MCS/CPC/rhBMP‐2支架新生骨面积明显高于CPC和MCS/CPC支架,且新生骨组织形成过程与颅骨膜内成骨过程相似,具有一定的仿生效应。结论采用3D打印法制备的 M CS/CPC/rhBM P‐2支架材料具有规则的连通孔道,力学性能良好,促进成骨效果优异,是理想的新型骨缺损修复材料。

英文摘要:

Objective To fabricate recombinant human bone morphogenetic protein‐2 (rhBMP‐2) loaded mesoporous calcium silicate/calcium phosphate cements (MCS/CPC) scaffolds based on 3D bioplotting technique ,and investigate the combined effect of material component , mesoporous structure and growth factor on mechanical property ,cell adhesion potential and osteogenesis of the bone repair scaffolds .Methods Scaffolds with different designed structure were fabricated to study the effect of pore size and distribution on mechanical property and cell adhesion potential for optimal design . To obtain a hybrid system in the repair of bone defects , rhBMP‐2 was incorporated into the optimized scaffolds .The in vivo effects of CPC ,MCS/CPC and MCS/CPC/rhBMP‐2 scaffolds were further assessed in rat cranial defect models by histological analysis .Results MCS/CPC scaffolds with straight pore size of 350 μm possessed proper porosity (56 .6% ) , high mechanical strength (9 .8 MPa ) and good biocompatibility .After the implantation for 12 weeks ,MCS/CPC/rhBMP‐2 scaffolds resulted in much more bone regeneration compared with the CPC and MCS/CPC scaffolds .In addition ,new bones developed intramembranously , which is similar to the osteogenetic process of facial cranium bones . Conclusion Mesoporous calcium silicate incorporated macroporous scaffolds loaded with rhBMP‐2 had synergistic enhancing effects on bone regeneration and were supposed to be a promising biomaterial for bone repair .

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期刊信息
  • 《国际骨科学杂志》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:上海市卫生和计划生育委员会
  • 主办单位:上海市医学科学技术情报研究所
  • 主编:张长青
  • 地址:上海市建国西路602号
  • 邮编:200031
  • 邮箱:intjorthop@163.com
  • 电话:021-33262056
  • 国际标准刊号:ISSN:1673-7083
  • 国内统一刊号:ISSN:31-1952/R
  • 邮发代号:4-268
  • 获奖情况:
  • 荣获2008年上海市期刊编校质量优秀奖
  • 国内外数据库收录:
  • 中国中国科技核心期刊
  • 被引量:5879