腹壁修补材料的研究及应用进展

巨大腹壁缺损的修补是外科医生经常面临的难题,寻找理想的修补材料以修复缺损至关重要。用于修复腹壁缺损的材料一般分为生物性和非生物性两种。前者的力学性能较好,而后者的生物相容性更佳。目前公认尚没找到一种完全理想的腹壁替代材料.作者对常用生物材料和非生物材料的特性、应用、优缺点等做一综述。     

胶原蛋白作为医用生物材料的应用

胶原蛋白是一类具有活跃生物功能的细胞外间质成分,占人体总蛋白质总量的1/3。胶原蛋白是组织的支持物和填充物,也主动参与了细胞迁移、分化及增殖,并与创伤修复及胚胎发育有关。以胶原蛋白为原料制备的生物替代物(如人造皮肤等)必然大大优于非生物材料的同类产品。目前,大量不同性能及用途的胶原蛋白医用材料不断涌现,有些已结束实验室及动物实验阶段,大批量投入临床应用。     

肿瘤细胞三维培养支架、血管及细胞间的相互作用

背景：肿瘤组织工程通过构建综合的培养模型,充分模拟肿瘤在体内生长的微环境,可以较好地研究肿瘤发生发展的动力学及相关治疗策略。 目的：综述肿瘤工程技术中的肿瘤细胞三维培养。 方法：以“tumor engineering; 3D culture; biological materials; dynamic”为关键词,检索PubMed数据库1992年1月至2013年3月相关文献,纳入有关肿瘤工程、肿瘤细胞三维培养、生物支架材料及肿瘤微环境的相关文章。 结果与结论：三维培养因其可再现组织细胞的体内生长情况,已成为研究肿瘤耐药性、侵袭性和肿瘤微环境的重要平台,在许多领域表现出逐步取代平面培养技术的趋势,为肿瘤研究提供了一个非常接近于体内真实情况的研究平台。近年来,随着肿瘤工程学的发展,多种新型高分子聚合材料被应用于肿瘤细胞的三维立体培养,三维培养技术逐渐成为肿瘤生物学领域研究的热点,其利用各种方法及材料使细胞呈空间立体方式生长,形成类似体内生长环境的生物支撑或基质,建立细胞间及细胞与胞外基质间的相互联系,并形成特定的类似组织样的三维空间结构。生物材料就是种子细胞生长的土壤,在肿瘤工程中起着替代细胞外基质或组织、器官的基质的作用。而随着三维细胞培养技术在肿瘤研究中的广泛应用,其已成为肿瘤耐药、血管形成、细胞间相互作用、信号转导、干细胞等方面研究不可或缺的有力工具。     

钛合金与不锈钢内固定材料置入修复脊柱结核的生物相容性

背景：钛合金和不锈钢是两种较为常用的内固定植入材料,但两种材料的治疗效果和生物相容性存在一定的差异。 目的：分析钛合金和不锈钢内固定材料置入治疗脊柱结核的效果及生物相容性。 方法：纳入脊柱结核患者71例,其中男35例,女36例,年龄17-81岁,35例进行钛合金内固定材料置入治疗,36例进行不锈钢内固定材料置入治疗。随访12个月,分析两组脊柱后凸畸形角度变化、治疗效果、Frankel脊髓损伤分级及材料生物相容性。 结果与结论：两组治疗前的脊柱后凸畸形角度、Frankel脊髓损伤分级比较差异无显著性意义,两组治疗后末次随访的脊柱后凸畸形角度、Frankel脊髓损伤分级均较治疗前明显改善(P < 0.05),但两组间比较差异无显著性意义;钛合金内固定组治愈34例(97%),不锈钢内固定组治愈33例(92%),两组间治愈率比较差异无显著性意义。两种材料均具有良好的生物相容性,未发生感染等不良反应。表明在脊柱结核治疗过程中,置入钛合金或不锈钢内固定材料均能获得良好的效果,并具有良好的生物相容性。中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料;骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性;组织工程     

不同材料动力髋螺钉置入治疗股骨转子间骨折的生物相容性比较

背景：动力髋螺钉置入治疗股骨转子间骨折选择不锈钢还是钛合金材料一直无明确定论。 目的：比较不锈钢动力髋螺钉和钛合金动力髋螺钉置入治疗股骨转子间骨折的生物相容性。 方法：2003-07/2009-10收治股骨转子间骨折86例,分别用不锈钢动力髋螺钉和钛合金动力髋螺钉治疗各43例,两组患者在性别、年龄、致伤原因、骨折分型等方面基本相同,不锈钢动力髋螺采用00Cr18Ni14Mo3不锈钢,钛合金动力髋螺钉采用Ti6A14V钛合金,比较两组固定后的并发症、髋关节功能的恢复情况,取钉时大体观察植入物周围软组织炎症反应、增生及纤维囊壁情况。 结果与结论：两组固定后并发症、髋关节功能的恢复方面差异无显著性意义,但在取钉时大体观察内固定周围软组织炎症反应、增生及纤维囊壁情况,不锈钢动力髋螺钉组明显多于钛合金动力髋螺钉组(P < 0.01)。提示钛合金动力髋螺钉的生物相容性好于不锈钢动力髋螺钉,可作为永久性置入材料。     

脊柱外固定器治疗相邻双节段腰椎骨折的生物力学测试

背景：胸腰椎骨折固定后相邻节段退变发生的一个重要因素是相邻运动节段出现过度活动,导致该节段应力集中,并且相邻节段的头侧较尾侧更容易发生退变,固定节段数量越多,相邻节段的应力越集中,退变概率越大。 目的：通过对相邻双节段腰椎爆裂性骨折经皮椎弓根螺钉外固定进行生物力学测试,评价脊柱外固定器的即刻生物力学稳定性以及上位相邻椎体的运动范围退变情况。 方法：选取6具新鲜成年猪脊柱标本(T₁₄-S₁,猪胸椎共有14个椎体)。每具标本均按以下顺序进行生物力学测试：正常组、骨折组(L₃,_L4椎体制作成爆裂性骨折模型)、外固定组(L₂,L₅椎体行脊柱外固定器固定)、内固定组(取出脊柱外固定器后行_L2,L₅椎体传统开放后路内固定)。测试标本的固定节段(L₂-L₅)和上位相邻节段(L₁)应用跨相邻2伤椎4钉外固定与内固定后的前屈、后伸、侧屈、轴向旋转角位移运动变化。 结果与结论：骨折组各方位角位移运动范围均大于正常组,差异有显著性意义(P < 0.05);两种固定状态下固定节段(L2-L5)各方位角位移运动范围均显著小于正常状态和骨折状态,差异有显著性意义(P < 0.01),且两种固定状态下各方位的即刻稳定指数比较,差异均无显著性意义(P > 0.05);与正常组比较,两种固定状态上位椎体(L₁)的各方位角位移运动范围均增加;外固定组与正常组上位椎体(L₁)三维运动范围比较：前屈、后伸时差异无显著性意义(P > 0.05),侧屈、旋转时差异均有显著性意义(P < 0.01);内固定组与正常组比较：前屈、后伸、侧屈、旋转时差异均有显著性意义(P < 0.01)。结果可见应用脊柱外固定器治疗相邻双节段腰椎爆裂性骨折,其即刻生物力学稳定性与传统开放后路内固定系统相当;两种固定方式均能引起上位正常相邻椎体侧屈、旋转的角位移增加,但脊柱外固定器较传统内固定在前屈、后伸时不会引起上位相邻椎体的运动范围显著增加。     

体外生物力学评价上胸椎前路钛板内固定装置的三维运动稳定性

背景：国内外少见颈前路带锁钢板重建上胸椎的体外生物力学报道。 目的：从生物力学角度评价自行研制的上胸椎前路钛板内固定装置。 方法：15具成人尸体上胸椎标本分成3组,即上胸椎前路钛板内固定组(B),颈前路钛板预弯内固定组(C),颈前路钛板未预弯内固定组(D)。对完整标本进行三维活动度测量,分别安装好各组内固定再次进行标本在前屈、后伸和侧弯及旋转状态下的三维运动稳定性测量,并与完整状态(A)进行对比。 结果与结论：在完整状态下B、C、D 3组标本的三维运动稳定性差异无显著性意义(P > 0.05)。前屈稳定性排列：B>D>C>完整,B、A之间差异有显著性意义(P=0.012);后伸稳定性排列：B>C>A>D,B与A,C,D之间差异有显著性意义(P=0.001,0.021,0.01);旋转状态下的稳定性排列：B>C>A>D,各组差异无显著性意义;侧弯稳定性排列：A>B>C>D,A和C,D之间差异有显著性(P=0.005,0.002)。提示上胸椎前路钛板装置具有较好的三维稳定性,如果采用颈前路钛板内固定建议塑型。     

不同融合方式对腰椎生物力学的影响

背景：腰椎融合已广泛应用于腰椎疾患,但腰椎融合后对邻近节段的影响尚存争议,不同融合方式的节段稳定性及对邻近节段的影响尚不清楚。 目的：利用动物模型研究腰椎融合节段生物力学稳定性及相邻上节段的生物力学特点。 方法：将新西兰大白兔随机分为前路椎体间融合组(切除L_5~6椎间盘,终板去皮质化,自体髂骨移植)、后外侧融合组(L_5~6双侧横突去皮质化后自体髂骨移植)、环状融合组(先行前路椎体间融合,1周后作后外侧融合)、对照组(不作手术)。术后12周处取标本作影像学检查、手触测试、生物力学测试。对融合标本分别施加屈伸,左右侧弯,左右旋转6个方向的纯力矩,比较不同融合方式融合节段的稳定性及邻近节段运动范围。 结果与结论：与对照组比较,前路椎体间融合组、环状融合组、后外侧融合组L_5~6节段屈曲活动度分别下降86.24%(P < 0.05),88.74%(P < 0.05),73.10%(P < 0.05),融合节段近上节段L4~5屈曲运动范围分别增加52.22%(P < 0.05),55.89%(P < 0.05),27.11%(P < 0.05)。说明3种融合方式均显著提高融合节段稳定性,环状融合提供的节段稳定性最高,后外侧融合提供的节段稳定性最低。3种融合方式均使融合节段邻近上节段运动范围显著增加。前路椎体间融合,360°融合使邻近上节段屈曲运动范围增加无统计学差异。后外侧融合使邻近上节段屈曲运动范围增加最少。     

壳聚糖-酪蛋白磷酸肽修饰钛合金表面的成骨细胞黏附与增殖

背景：钛合金表面只有吸附某些有机分子才能使生长因子活化,促进细胞增殖,从而激活周围的骨细胞发挥作用。 目的：在钛合金种植体表面制备生物活性涂层,寻找一种有效促进骨整合的方法。 方法：采用多步组装方法在硅烷偶联剂修饰的钛合金表面依次接枝壳聚糖与0,5,10 g/L的酪蛋白磷酸肽,形成生物活性复合涂层,以未修饰的钛合金为对照。将经过不同处理的钛合金与成骨细胞共培养,利用细胞计数法、荧光染色法、MTT比色法评价涂层的生物学性能。 结果与结论：与未修饰的钛合金相比,在壳聚糖上接枝酪蛋白磷酸肽后,钛合金表面成骨细胞的早期黏附与增殖明显提高  (P < 0.05),并且随酪蛋白磷酸肽质量浓度的增大促进作用显著增强(P < 0.05)。说明制备的壳聚糖-酪蛋白磷酸肽复合涂层可以显著提高成骨细胞的功能,增强钛合金的生物学性能,有望成为有效促进骨整合的方法。     

125I放射性粒子植入联合椎体成形椎弓根钉棒内固定治疗胸腰椎转移瘤

背景：目前椎体成形和椎管减压内固定是治疗脊柱转移瘤的常用方法,¹²⁵I 放射性粒子植入控制肿瘤的临床疗效也已得到研究证实,但是关于上述3种方法的综合治疗的临床研究很少。 目的：比较采用¹²⁵ I 放射性粒子植入联合椎体成形椎弓根钛合金钉棒内固定与单纯椎体成形椎弓根钛合金钉棒内固定治疗胸腰椎转移瘤在疼痛控制、内固定后体力恢复状态及脊髓神经功能改善等方面的差异,评价¹²⁵ I 放射性粒子植入联合治疗方案的临床应用价值。 方法：选择2009年10月至2013年3月于深圳市人民医院脊柱外科手术治疗的胸腰椎转移瘤患者,以脊柱后路胸腰椎钛合金钉棒置入内固定系统,并根据其是否联合¹²⁵I放射性粒子植入分为实验组与对照组。观察记录各组钛合金钉棒内固定前及内固定后2周,内固定后1,6,12个月的脊髓神经功能改善情况。 结果与结论：所有患者均获得随访,随访时间7-29个月,平均15.8个月,脊柱后路胸腰椎钛合金钉棒内固定系统未发生松动断裂,骨水泥分布良好,实验组患者未发现放射性粒子移位及放射性脊髓损伤,随访期内未见病椎局部肿瘤明显复发扩散。实验组患者内固定后目测类比疼痛评分、行为状态评分较对照组明显改善(P < 0.05),而2组患者内固定后Frankel分级均分别较内固定前明显改善,2组间神经功能改善情况差异无显著性意义(P > 0.05)。说明¹²⁵I放射性粒子植入联合椎体成形椎弓根钛合金钉棒内固定治疗脊柱转移瘤缓解癌性疼痛的效果更为明显。中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节;骨植入物;脊柱;骨折;内固定;数字化骨科;组织工程全文链接：     

纵向生理加压外固定器的生物力学分析

背景：目前骨外固定器大多为刚性结构,对骨折端存在过多的应力遮挡,影响骨折愈合速度及骨痂质量,甚至骨折发生不愈合。 目的：观察纵向生理加压外固定器固定胫骨中段横断骨折后与人体正常胫骨生物力学强度的差异。 方法：选取12根新鲜胫骨标本随机分为试验组和对照组,试验组分别用线锯造成胫骨中段横断骨折,纵向生理加压外固定器固定;对照组即正常胫骨。分别进行轴向载荷、弯曲载荷、扭转载荷作用下的力学实验,记录每一级加载后胫骨的位移及扭转角度,计算出轴向压缩刚度、弯曲刚度及扭转刚度。 结果与结论：在生理范围内加载下,试验左右应变略大于对照组,但其固定后整体刚度与对照组无显著性差异(P > 0.05);试验组的弯曲应变大于对照组,但其整体刚度与对照组无显著性差异(P > 0.05);两组整体扭转刚度无明显差异(P > 0.05);试验组极限弯曲载荷明显大于对照组(P < 0.05)。提示纵向生理加压外固定器能够达到足够的生物力学强度,有良好的稳定性,对骨折能起到生物学固定。     

腰椎峡部裂机翼型记忆合金节段内固定器的生物力学评价

目的　评价一种新型腰椎峡部裂机翼型记忆合金节段内固定器的生物力学性能,为其临床应用提供理论依据。 方法　采用8例新鲜猪腰椎标本的L4/5脊柱功能单元进行生物力学实验,先后制作正常脊柱组、峡部裂组、Buck螺钉固定组、Nicol钢丝捆绑组、机翼型记忆合金固定组5组实验模型。利用脊柱三维运动实验机,分别测试5组模型在前屈/后伸、左/右侧弯及左/右轴向旋转6种运动的活动范围。 结果　在前屈/后伸及左/右旋转状态下,峡部裂组稳定性最差,同其他4组有显著差异（P<0.05）。而使用机翼型记忆合金节段内固定器可明显恢复峡部裂腰椎稳定性,同正常脊柱组及其他2种内固定组无显著差异（P>0.05）。在左/右侧弯状态下5组腰椎标本均无显著性差异（P>0.05）。 结论　该新型记忆合金内固定器可维持峡部裂腰椎正常的三维运动稳定性,并且操作简单,具有很好的应用前景。     

具有微弧氧化-硅烷-褪黑素复合膜层钛合金种植体的体内骨结合

BACKGROUND: Imperfect strength of titanium alloy implant-bone interface delays bone healing. OBJECTIVE: In order to further improve the early healing ability of titanium dental implants, to make the surface modification of titanium alloy implant and observe the osseointegration ability of the implant. METHODS: Titanium alloy implants were coated with micro-arc oxidation (group A), micro-arc oxidation-silane (group B), and micro-arc oxidation-silane-melatonin (group C) coatings, respectively. Three kinds of implants were placed into the mandible of New Zealand white rabbits, and 2, 4, 6 weeks after implantation, implant-bone interface osseointegration was observed using cone-beam CT, fluorescence microscopy, and torsion test. RESULTS AND CONCLUSION: (1) Cone-beam CT examination: 6 weeks after implantation, the osseointegration of the implant with the mandible achieved the best results in the group C, followed by group B and group A. (2) Fluorescence microscope observation: the implants in the three groups exhibited the strongest fluorescence at 4 weeks and slightly weakened at 6 weeks, and the fluorescence intensity was higher in the group C than the other two groups. (3) Torsion test: with implantation time prolonged, the implant-bone osseointegration activity gradually increased in the three groups, while it was still highest in the group C (P < 0.05). In summary, our results show that the titanium alloy implant coated with micro-arc oxidation-silane-melatonin composite coating has higher osseointegration activity and promotes bone formation.