缓释万古霉素三维支架修复兔感染性骨软骨缺损

背景:大量研究证实组织工程支架几乎可完全修复骨软骨缺损,但当骨软骨缺损合并感染时,即使前期经过彻底的清创,单纯骨软骨组织工程支架的修复效果往往不理想。目的:制备盐酸万古霉素缓释微球丝素蛋白/壳聚糖/纳米羟基磷灰石支架,观察其对兔股骨远端感染性骨软骨缺损的修复效果。方法:①采用乳化溶剂挥发法制备盐酸万古霉素缓释微球;将不同质量(7.5,10,12.5 mg)的缓释微球分别与丝素蛋白-壳聚糖-纳米羟基磷灰石溶液混合,利用化学交联法制备盐酸万古霉素缓释微球丝素蛋白/壳聚糖/纳米羟基磷灰石支架,表征支架的孔隙率、吸水膨胀率、热水溶失率及体外药物缓释等。②将45只新西兰大白兔随机分为空白组、对照组、实验组,每组15只,均建立右后肢股骨远端骨软骨缺损并感染模型,空白组不作任何处理,对照组缺损处植入丝素蛋白-壳聚糖-纳米羟基磷灰石支架,实验组缺损处植入盐酸万古霉素缓释微球(10 mg)丝素蛋白/壳聚糖/纳米羟基磷灰石支架。术后1周,检测血液样本C-反应蛋白、白细胞水平;术后4,8,12周取术区组织,分别进行大体观察与病理学观察。结果与结论:①随着缓释微球含量的增加,支架的孔隙率降低,组间比较差异有显著性意义(P<0.05);3组支架的孔径大小、吸水膨胀率、热水溶失率比较差异均无显著性意义(P>0.05);3组支架体外均可持续释放盐酸万古霉素达30 d以上。②实验组兔血液样本C-反应蛋白、白细胞水平均低于空白组、对照组(P<0.05);实验组兔术后各时间点的大体软骨修复情况明显好于空白组、对照组;苏木精-伊红、Masson、阿利新蓝及Ⅱ型胶原免疫组化染色显示,实验组兔术后各时间点的骨软骨修复效果明显优于空白组、对照组。③结果表明,盐酸万古霉素缓释微球丝素蛋白/壳聚糖/纳米羟基磷灰石支架能有效促进开放性骨软骨缺损的修复。     

壳聚糖/海藻酸盐复合支架联合山楂叶总黄酮修复脊髓损伤北大核心

背景:有研究证明山楂叶总黄酮对脊髓损伤具有一定的治疗作用,但是给药方式局限于腹腔注射,而直接应用于脊髓损伤部位的报道较少见。目的:比较负载山楂叶总黄酮缓释微球壳聚糖海藻酸盐复合支架与腹腔注射山楂叶总黄酮联合壳聚糖海藻酸盐复合支架修复脊髓损伤的效果。方法:制备壳聚糖海藻酸盐复合支架、山楂叶总黄酮缓释微球与负载山楂叶总黄酮缓释微球的壳聚糖海藻酸盐复合支架。取40只SD大鼠,建立脊髓全切损伤模型,随机分4组:损伤对照组术后腹腔注射生理盐水;支架组植入壳聚糖海藻酸盐复合支架,术后腹腔注射生理盐水;支架+药物注射组植入壳聚糖海藻酸盐复合支架,术后腹腔注射20 mg/(kg·d)的山楂叶总黄酮;负载药物支架组植入负载缓释微球的壳聚糖海藻酸盐复合支架,术后腹腔注射生理盐水。术后8周内应用BBB评分与斜板实验评估大鼠运动功能,术后8周时进行脊髓组织病理组织形态观察及Western Blot检测。结果与结论:①自术后2周开始,植入支架3组大鼠的BBB评分与斜板实验角度均高于损伤对照组(P<0.05),支架+药物注射组、负载药物支架组高于支架组(P<0.05),负载药物支架组高于支架+药物注射组(P<0.05);②苏木精-伊红染色显示,损伤对照组损伤区域未见脊髓组织,其余3组植入的支架与损伤脊髓端连接较紧密,并且支架材料中长入了组织与细胞,支架+药物注射组与负载药物支架组长入的组织较多;③Western Blot检测显示,植入支架3组的胶质纤维酸性蛋白表达低于损伤对照组(P<0.05),神经丝蛋白200、髓磷脂碱性蛋白、生长相关蛋白43表达高于损伤对照组(P<0.05);负载药物支架组的胶质纤维酸性蛋白表达低于支架组、支架+药物注射组(P<0.05),支架+药物注射组低于支架组(P<0.05);负载药物支架组的神经丝蛋白200、髓磷脂碱性蛋白、生长相关蛋白43表达高于支架组、支架+药物注射组(P<0.05),支架+药物注射组的神经丝蛋白200、髓磷脂碱性蛋白、生长相关蛋白43表达高于支架组(P<0.05);④结果表明,山楂叶总黄酮腹腔注射或以缓释微球局部应用联合壳聚糖海藻酸盐复合支架均可促进脊髓损伤的修复,其中以缓释微球局部应用的效果更好。     

基于骨组织工程技术比较骨碎补总黄酮两种给药方式修复大鼠大段骨缺损模型的效果北大核心

背景:复合材料支架治疗大段骨缺损已被证实有效,但骨修复缓慢、成骨质量不佳是其主要问题。骨碎补总黄酮可促进成骨、加速骨愈合,但骨碎补总黄酮给药途径依然局限于灌胃形式,局部载药直接作用于骨缺损部位方式的研究仍相对不足。目的:构建骨碎补总黄酮缓释微球/β-磷酸三钙复合支架,观察骨碎补总黄酮局部给药与灌胃两种方式修复大鼠胫骨大段骨缺损的差异。方法:利用3D打印技术构建多孔β-磷酸三钙支架;采用超声乳化溶剂透析法制备骨碎补总黄酮缓释微球;采用冷冻干燥法制备骨碎补总黄酮缓释微球/β-磷酸三钙支架。将40只SD大鼠随机分为4组,应用环形外固定支架构建大鼠胫骨3 mm骨缺损模型,空白组骨缺损处不植入任何材料,空白支架组植入单纯的β-磷酸三钙支架,灌胃支架组植入β-磷酸三钙支架并联合骨碎补总黄酮灌胃处理,载药支架组植入骨碎补总黄酮缓释微球/β-磷酸三钙复合支架,术后8周进行缺损部位影像学检测、组织学染色与免疫组化染色。结果与结论:①X射线片与Micro-CT检测显示,空白组缺损区几乎无骨痂生成;空白支架组可见生成的骨痂连接截骨端,截骨线依稀可见;灌胃支架组截骨线基本消失,可见较多新骨连接截骨两端;载药支架组可见大量骨痂生成,截骨线完全消失,皮质重建良好,髓腔再通;②苏木精-伊红、Masson和番红固绿染色显示,空白组缺损区域内可见少量血管及大量结缔组织填充;空白支架组可见较多骨基质形成,但成熟度不高;灌胃支架组可见大量骨基质形成且成熟度较高;载药支架组截骨缺损间隙内生成大量骨样组织,软骨组织成熟度高,且髓腔再通趋势明显;③免疫组化染色显示,相比于空白支架组和空白组,灌胃支架组与载药支架组的转化生长因子β与骨形态发生蛋白2表达更高(P<0.05),且载药支架组高于灌胃支架组(P<0.05);④结果表明,骨碎补总黄酮无论是以局部给药方式还是灌胃给药方式均可促进骨缺损修复,但两种方式之间存在效果差异,以骨碎补总黄酮缓释微球局部给药方式效果更佳。     

生长因子缓释系统复合纳米支架材料修复犬下颌骨缺损

背景：支架材料联合细胞因子构建组织工程骨不受血管化和细胞培养因素的限制,这种构建模式可能诱导出较大体积的实用型组织工程骨。 目的：观察壳聚糖纳米微球/纳米羟基磷灰石/聚乳酸-羟基乙酸复合生长因子缓释支架修复犬下颌骨临界骨缺损的能力。 方法：取杂种犬12条,制作双侧下颌骨临界骨缺损模型,一侧植入复合生长因子骨形态发生蛋白2、转化生长因子β1及血管内皮生长因子165的壳聚糖纳米微球/纳米羟基磷灰石/聚乳酸-羟基乙酸缓释支架(实验组),另一侧植入壳聚糖纳米微球/纳米羟基磷灰石/聚乳酸-羟基乙酸缓释支架(对照组),术后4,8,12周取下颌骨标本行X 射线、组织学及免疫组织化学检查。 结果与结论：实验组术后不同时间点X射线灰度值及骨钙素积分吸光度值均高于对照组(P < 0.05),表明复合生长因子的支架材料修复骨缺损的成骨能力优于未复合生长因子的支架材料。组织学观察结果显示,实验组术后不同时间点成骨时间及效果均优于对照组,表明复合生长因子骨形态发生蛋白2、转化生长因子β1及血管内皮生长因子165的壳聚糖纳米微球/纳米羟基磷灰石/聚乳酸-羟基乙酸缓释支架可更快更有效地促进骨缺损修复。     

丝素蛋白-壳聚糖支架复合骨髓间充质干细胞体内构建组织工程化软骨的生物相容性

文题释义： 生物相容性：是指生命体组织对非活性材料产生的一种性能,一般是指材料与宿主之间的相容性,包括组织相容性和血液相容性。 检测相容性的方法：是将支架材料与种子细胞在体外共培养,检测支架毒性、细胞活性、细胞增殖及细胞与支架的黏附情况等指标,该方法具有客观性强、可重复性强、影响因素相对简单及敏感性高等特点。 背景：课题组前期的研究中发现,丝素蛋白-壳聚糖支架材料复合诱导后骨髓间充质干细胞在兔体内能修复缺损的软骨组织,但对于该组织工程化软骨组织的生物相容性还未进一步研究。 目的：研究丝素蛋白-壳聚糖支架材料复合骨髓间充质干细胞在体内构建组织工程化软骨的生物相容性。 方法：使用丝素蛋白-壳聚糖按1∶1比例混合制备三维支架材料,提取兔骨髓间充质干细胞,将诱导后的骨髓间充质干细胞与丝素蛋白-壳聚糖支架构建修复体,再将修复体移植到兔关节软骨缺损模型中修复软骨组织。实验分为3组,实验组植入诱导后骨髓间充质干细胞+丝素蛋白-壳聚糖支架,对照组植入丝素蛋白-壳聚糖支架干预,空白组未植入修复体。 结果与结论：①实验成功制备丝素蛋白-壳聚糖三维支架材料及提取骨髓间充质干细胞,并构建软骨缺损的修复体,将修复体植入兔体内能成功修复缺损的软骨组织;②建模后2,4,8,12周,3组血常规、降钙素原、血沉、C-反应蛋白结果提示无明显的全身感染征象,3组血常规及肝肾功能各时间段比较差异无显著性意义(P > 0.05);③一般观察、苏木精-伊红染色及扫描电镜观察：建模后12周,相比其他两组,实验组软骨缺损已修复,支架材料已吸收,修复组织周围未见炎性细胞,修复组织已正常组织整合良好;④结果证实,丝素蛋白-壳聚糖支架复合骨髓间充质干细胞在体内构建的组织工程化软骨具有良好的生物相容性。 ORCID: 0000-0002-8139-1175(佘荣峰) 中国组织工程研究杂志出版内容重点：干细胞;骨髓干细胞;造血干细胞;脂肪干细胞;肿瘤干细胞;胚胎干细胞;脐带脐血干细胞;干细胞诱导;干细胞分化;组织工程     

丝素蛋白/羟基磷灰石材料复合骨髓间充质干细胞构建组织工程化软骨

背景：随着组织工程的兴起,软骨损伤的修复可能性显著地提高,但单一的支架材料均不能符合理想支架,有一定的局限性。 目的：观察骨髓间充质干细胞复合丝素蛋白/羟基磷灰石构建组织工程化软骨的可行性。 方法：体外分离培养骨髓间充质干细胞,并定向诱导成软骨细胞,与丝素蛋白/羟基磷灰石复合培养,构建膝关节胫骨平台全层关节软骨缺损。54只大白兔单侧膝关节全层软骨缺损模型后随机抽签法分为3组,复合组植入细胞-丝素蛋白/羟基磷灰石复合物;材料组植入单纯丝素蛋白/羟基磷灰石,对照组不行任何植入。植入后8,12周CT检查及组织学检查观察软骨缺损修复情况。 结果与结论：植入后8周,复合组关节面不平整,关节间隙增大,形成新生类软骨细胞,基质丰富。材料组关节面塌陷,软骨细胞少量增殖。植入后12周,复合组关节面平整,关节间隙如常。大量软骨细胞出现,与周边软骨色泽一样,支架材料完全降解。材料组关节面不平整,软骨细胞不完全充填,支架材料部分降解。对照组未见修复。提示用骨髓间充质干细胞复合丝素蛋白/羟基磷灰石可形成透明软骨修复动物膝关节全层软骨缺损,显示了丝素蛋白/羟基磷灰石材料作为关节软骨组织工程支架材料的良好生物相容性。     

负载木通皂苷D的纳米羟基磷灰石/壳聚糖支架修复骨缺损北大核心

背景:木通皂苷D具有促进成骨细胞的增殖与分化、提高成骨细胞活性与数量、促进基质钙化与骨痂生长等诸多作用,主要被用于治疗骨质疏松与促进骨折愈合,将其应用于骨缺损修复的研究较少见。目的:以纳米羟基磷灰石/壳聚糖支架为载体,将包裹木通皂苷D的缓释微球负载于其中,观察其骨缺损修复作用。方法:采用W/O/W方法制作包裹木通皂苷D的缓释微球,采用冷冻干燥方法制备负载包裹木通皂苷D缓释微球的纳米羟基磷灰石/壳聚糖支架(以下简称缓释支架)与单纯的纳米羟基磷灰石/壳聚糖支架(以下简称空白支架),检测缓释微球与缓释支架的体外释药能力。将小鼠来源前成骨细胞MC3T3-E1分别接种于两种支架上,以单独培养的细胞为对照,分析细胞的黏附、增殖与分化情况。在24只成年新西兰大白兔双侧桡骨中段制造1.5 cm的骨缺损,分别植入空白支架与缓释支架,术后4,12周时进行大体观察、Micro-CT扫描影像学检查及组织学观察。结果与结论:①包裹木通皂苷D的缓释微球与缓释支架均具有缓释作用,其中缓释支架的药物释放速率更加平稳、持久;②CCK-8实验显示,缓释支架上的细胞增殖速率快于空白支架、对照组(P<0.05);扫描电镜下可见,小鼠来源前成骨细胞MC3T3-E1覆盖在两组支架表面,其中缓释支架上的细胞数量要多于空白支架;③培养7,14 d时,缓释支架组的碱性磷酸酶活性、Runx2 mRNA表达高于空白支架组(P<0.05);培养第21天时,缓释支架组的骨桥蛋白、骨钙素蛋白表达量高于空白支架组(P<0.05);④影像学检查与组织学观察结果显示,术后4周时,缓释支架组材料周围可见大量的新生骨,其新生骨量明显多于空白支架组;术后12周时,缓释支架内部也可见大量的新生骨长入,空白支架内部仅见少量的新生骨长入,并且缓释支架组的材料残余明显少于空白支架组(P<0.05);⑤结果表明,负载木通皂苷D缓释微球的纳米羟基磷灰石/壳聚糖支架可提升体外成骨细胞的黏附、增殖与分化能力,提升纳米羟基磷灰石/壳聚糖支架的体内骨诱导能力。     

多孔丝素蛋白/羟基磷灰石复合脂肪间充质干细胞修复兔关节软骨及软骨下骨缺损

背景：丝素蛋白/羟基磷灰石是细胞立体培养的良好支架,是临床常用的骨缺损修复材料,具有良好的生物相容性。脂肪干细胞具有向骨及软骨细胞分化的潜能,适合骨软骨缺损修复。 目的：观察转化生长因子β1和胰岛素样生长因子1联合成软骨诱导脂肪干细胞与丝素蛋白/羟基磷灰石复合后修复兔关节软骨及软骨下骨缺损的效果。 方法：取新西兰大白兔56只,2只用于传代培养脂肪间充质干细胞,以3×109 L-1浓度接种到丝素蛋白/羟基磷灰石。其余54只新西兰大白兔,在股骨髁间制备软骨缺损模型,随机分为细胞复合材料组、单纯材料组和空白对照组,细胞复合材料组植入复合脂肪间充质干细胞的丝素蛋白/羟基磷灰石;单纯材料组植入丝素蛋白/羟基磷灰石;空白对照组不作任何植入。从大体、影像学、组织学观察比较缺损的修复情况。 结果与结论：12周时大体观察、CT、磁共振和组织学检查细胞材料复合组软骨及软骨下骨缺损区完全被软骨组织修复,修复组织与周围软骨色泽相近,支架材料基本吸收,未见明显退变和白细胞浸润,所有标本均未见丝素蛋白残留。单纯材料组缺损区缩小、部分修复,且呈纤维软骨样修复。空白对照组缺损无明显修复。提示复合脂肪间充质干细胞的丝素蛋白/羟基磷灰石修复兔关节软骨及软骨下骨缺损能力优于单纯丝素蛋白/羟基磷灰石材料。丝素蛋白/羟基磷灰石复合脂肪间充质干细胞可形成透明软骨修复动物膝关节全层软骨缺损,重建关节的解剖结构和功能,可作为新型骨软骨组织工程支架。     

丝素蛋白/明胶/壳聚糖三维多孔软骨组织支架的制备及体外评价

背景：软骨缺损是骨科医生面临的主要临床挑战之一，组织工程是一种结合了工程学和细胞生物学知识的跨学科方法，为软骨缺损的修复提供了新思路与途径。目的：基于丝素蛋白、明胶和壳聚糖制备多组分复合支架，通过评估其理化性质和生物学性能，筛选能够适合软骨再生的三维多孔支架。方法：以丝素蛋白、明胶和壳聚糖为基础材料，通过真空冷冻干燥法制备4组多孔支架，分别为明胶/壳聚糖支架、丝素蛋白/壳聚糖支架、丝素蛋白/明胶支架和丝素蛋白/明胶/壳聚糖支架，通过扫描电镜、X射线衍射、孔隙率、吸水膨胀率和生物降解率及力学性能等检测筛选出合适的软骨支架。然后将软骨支架与骨关节炎患者软骨细胞共培养，通过细胞黏附率、活死染色和增殖活性等检测体外评估多孔支架用于软骨损伤修复的可行性。结果与结论：(1)4组支架均具有多孔结构，综合物理性能检测结果得出丝素蛋白/明胶/壳聚糖支架更符合软骨缺损修复的要求，该支架的孔径为(176.00±53.68)μm，孔隙率为(80.15±2.57)%，吸水溶胀率为(3 712±358)%，体外浸泡于含溶菌酶的PBS中28 d后的生物降解速率为(46.87±3.25)%，且具有良好的机械性能；(2...     

骨组织工程三维复合支架修复兔桡骨骨缺损

背景：前期实验构建的丝素/壳聚糖/纳米羟基磷灰石复合支架具有良好的理化性质。 目的：观察丝素/壳聚糖/纳米羟基磷灰石三维复合支架修复兔桡骨大段骨缺损的效果。 方法：取新西兰大白兔36只,建立右侧桡骨长段骨缺损模型,随机均分为3组,实验组于骨缺损处植入丝素/壳聚糖/纳米羟基磷灰石复合支架,对照组于骨缺损处植入丝素/壳聚糖复合支架,空白对照组造模后不作任何处理。术后4,8,12,16周进行X射线摄片、标本大体观察、组织病理学观察。 结果与结论：术后16周,实验组缺损区X射线影像与正常骨组织无区别,骨髓腔完全再通,有明显的骨组织生成,苏木精-伊红染色可见骨小梁和较多核深染的长梭形骨细胞;对照组X射线骨密度影略低于正常骨组织,部分骨髓腔再通,苏木精-伊红染色可见骨细胞周围有不少软骨细胞,未见明显的骨小梁或骨板结构,排列较紊乱;空白对照组断端骨钙化影同正常骨组织一致,断端各自封闭形成骨不连,苏木精-伊红染色可见较多的纤维组织和少量的类骨组织。表明丝素/壳聚糖/纳米羟基磷灰石三维复合支架可较好地修复兔桡骨大段骨缺损。     

Chondrogenic differentiation of rat MSCs on porous scaffolds of silk fibroin/chitosan blends

Adult bone marrow derived mesenchymal stem cells are undifferentiated, multipotential cells and have the potential to differentiate into multiple lineages like bone, cartilage or fat. In this study, polyelectrolyte complex silk fibroin/chitosan blended porous scaffolds were fabricated and examined for its ability to support in vitro chondrogenesis of mesenchymal stem cells. Silk fibroin matrices provide suitable substrate for cell attachment and proliferation while chitosan are promising biomaterial for cartilage repair due to it’s structurally resemblance with glycosaminoglycans. We compared the formation of cartilaginous tissue in the silk fibroin/chitosan blended scaffolds with rat mesenchymal stem cells and cultured in vitro for 3 weeks. Additionally, pure silk fibroin scaffolds of non-mulberry silkworm, Antheraea mylitta and mulberry silkworm, Bombyx mori were also utilized for comparative studies. The constructs were analyzed for cell attachment, proliferation, differentiation, histological and immunohistochemical evaluations. Silk fibroin/chitosan blended scaffolds supported the cell attachment and proliferation as indicated by SEM observation, Confocal microscopy and metabolic activities. Alcian Blue and Safranin O histochemistry and expression of collagen II indicated the maintenance of chondrogenic phenotype in the constructs after 3 weeks of culture. Glycosaminoglycans and collagen accumulated in all the scaffolds and was highest in silk fibroin/chitosan blended scaffolds and pure silk fibroin scaffolds of A. mylitta. Chondrogenic differentiation of MSCs in the silk fibroin/chitosan and pure silk fibroin scaffolds was evident by real-time PCR analysis for cartilage-specific ECM gene markers. The results represent silk fibroin/chitosan blended 3D scaffolds as suitable scaffold for mesenchymal stem cells-based cartilage repair.     

Potential of 3-D tissue constructs engineered from bovine chondrocytes/silk fibroin-chitosan for in vitro cartilage tissue engineering

The use of cell-scaffold constructs is a promising tissue engineering approach to repair cartilage defects and to study cartilaginous tissue formation. In this study, silk fibroin/chitosan blended scaffolds were fabricated and studied for cartilage tissue engineering. Silk fibroin served as a substrate for cell adhesion and proliferation while chitosan has a structure similar to that of glycosaminoglycans, and shows promise for cartilage repair. We compared the formation of cartilaginous tissue in silk fibroin/chitosan blended scaffolds seeded with bovine chondrocytes and cultured in vitro for 2 weeks. The constructs were analyzed for cell viability, histology, extracellular matrix components glycosaminoglycan and collagen types I and II, and biomechanical properties. Silk fibroin/chitosan scaffolds supported cell attachment and growth, and chondrogenic phenotype as indicated by Alcian Blue histochemistry and relative expression of type II versus type I collagen. Glycosaminoglycan and collagen accumulated in all the scaffolds and was highest in the silk fibroin/chitosan (1:1) blended scaffolds. Static and dynamic stiffness at high frequencies was higher in cell-seeded constructs than non-seeded controls. The results suggest that silk/chitosan scaffolds may be a useful alternative to synthetic cell scaffolds for cartilage tissue engineering.     

Cartilage-like tissue engineering using silk scaffolds and mesenchymal stem cells

Silk fibroin scaffolds were studied as a new biomaterial option for tissue-engineered cartilage-like tissue. Human bone marrow-derived mesenchymal stem cells (MSCs) were seeded on silk, collagen, and crosslinked collagen scaffolds and cultured for 21 days in serum-free chondrogenic medium. Cells proliferated more rapidly on the silk fibroin scaffolds than on the collagen matrices. The total content of glycosaminoglycan deposition was three times higher on silk as compared to collagen scaffolds. Glycosaminoglycan deposition coincided with overexpression of collagen type II and aggrecan genes. Cartilage-like tissue was homogeneously distributed throughout the entire silk scaffolds, while on the collagen and crosslinked collagen systems tissue formation was restricted to the outer rim, leaving a doughnut appearance. Round or angular-shaped cells resided in deep lacunae in the silk systems and stained positively for collagen type II. The aggregate modulus of the tissue-engineered cartilage constructs was more than 2-fold higher than that of the unseeded silk scaffold controls. These results suggest that silk fibroin scaffolds are suitable biomaterial substrates for autologous cartilage tissue engineering in serum-free medium and enable mechanical improvements along with compositional features suitable for durable implants to generate or regenerate cartilage.     

丝素蛋白/壳聚糖三维多孔支架的构建及结构表征**

背景：丝素蛋白和壳聚糖均无毒性且具有良好的生物相容性,但是单一成分作为生物支架时都不能满足支架材料的需求。 目的：制备各种不同组分的丝素蛋白及壳聚糖复合支架材料,观察其微观结构及相关性能,筛选出适合成骨细胞生长的理想支架材料。 方法：通过CaCl2∶C2H5OH∶H2O=1∶2∶8(摩尔比)溶解体系溶解、过滤、浓缩提纯,制备出2%的丝素蛋白溶液,壳聚糖溶解于乙酸溶液配制成的3%壳聚糖溶液,将两者以不同的比例相混合,经数次冷冻干燥后,得到成品支架材料。采用电镜观察形貌,计算孔隙率并对支架的结构进行红外、X射线衍射、电子能谱分析观察。 结果与结论：将壳聚糖和丝素蛋白共混后,互为改性,制备出了结构较稳定的支架材料。其中40%丝素蛋白-60%壳聚糖组具有适合成骨细胞生长的较佳孔径,可作为细胞支架的首选配比。 关键词：丝素蛋白;壳聚糖;骨组织工程;支架;生物材料 doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2012.12.025     

丝素蛋白/壳聚糖复合支架有良好的细胞相容性与渗透性

文题释义：丝素蛋白/壳聚糖复合支架：将壳聚糖溶于浓度为1%的冰乙酸,制备成质量浓度为35 g/L的壳聚糖溶液并与丝素蛋白溶液融合,将素蛋白与羧化壳聚糖按照体积比8∶2的比例混合,再将混合溶液注入48孔板中,每孔注入1 mL,最后通过冷冻干燥得到丝素蛋白/壳聚糖复合支架。 热重分析：是指在程序控制温度下测量待测样品的质量与温度变化关系的一种热分析技术,用来研究材料的热稳定性和组分。实验中将10 mg待检验的样品放于氮气环境下进行检测,测试温度升高控制范围为30-800 ℃,温度上升速度为10 ℃/min。 背景：丝素蛋白与壳聚糖为组织工程常用的支架材料,但二者单独应用均存在一定的不足,将两者混合使用可以互为改性,充分发挥优点,获取理想的复合支架材料。 目的：制备丝素蛋白/壳聚糖复合支架并对其进行性能测定。 方法：通过冷冻干燥方法制备丝素蛋白/壳聚糖复合支架,采用电镜扫描检测复合支架的形态结构,并进行热重分析、力学性能及细胞毒性检测。制备季铵化壳聚糖,利用核磁共振仪表征其核磁氢谱,Zeta电位仪检测其电位和粒径分布,凝胶电泳实验检测其保护DNA的情况,透射电镜观察其与DNA结合情况。 结果与结论：①扫描电镜显示丝素蛋白/壳聚糖复合支架具体良好的三维孔洞结构,孔径为50-100 μm;②热重分析显示当温度小于200 ℃时,丝素蛋白/壳聚糖复合支架的质量损失下降速度较低;当温度上升至200-500 ℃时,支架质量损失速度开始加快,损失量增多;在800 ℃时,复合支架的残余质量为38%;③丝素蛋白/壳聚糖复合支架的最大应变可以达到94.94%,最大承受应力为7.01 MPa;④CCK-8实验显示,丝素蛋白/壳聚糖复合支架对兔骨髓间充质干细胞没有细胞毒性,具有良好的细胞相容性;⑤核磁氢谱检测显示,季铵化壳聚糖的季铵化程度约为20%;⑥季铵化壳聚糖的粒径分布为(588.56±52.39) nm,季铵化壳聚糖颗粒的表面带正电荷,电位为(16.3±3.92) mV,有利于与DNA结合;⑦凝胶电泳实验显示,季铵化壳聚糖材料的比例越高,对DNA的包裹越好,当其与DNA的比例为1∶3时,对DNA达到包裹作用;⑧透射电镜显示,季铵化壳聚糖/DNA大部分的微粒呈实心圆形,微粒粒径差别较小,平均粒径约为200 nm;⑨结果表明,丝素蛋白/壳聚糖复合支架有良好的细胞相容性与细胞渗透性,利于细胞在支架间的生长。 ORCID: 0000-0002-2572-0229(章晓云) 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     

丝素蛋白材料在组织工程中的新进展

背景：丝素蛋白支架已被建议运用在组织工程骨和软骨重建、肌腱重建、血管重建,神经重建以及膀胱重建等各方面。 目的：总结丝素蛋白作为支架在生物材料和组织工程领域的应用与发展。 方法：由第一作者应用计算机检索PubMed数据库及中国期刊数据库2000年1月至2011年11月有关丝素蛋白支架制备工艺,丝素蛋白支架修饰方法及丝素蛋白在组织工程中的应用等方面的文献。 结果与结论：丝素蛋白具有机械强度高、生物降解性慢、生物相容性良好、制备工艺多样等特点,支持多种细胞黏附、分化和生长,可应用于人工韧带、血管、骨、神经组织等方面。近期以丝素蛋白支架作为载体,通过多种方式添加各种生物制剂,比如各种生长因子和细胞因子,进一步扩大丝素蛋白在组织工程中的应用范围。     

Effects of the controlled-released TGF-beta 1 from chitosan microspheres on chondrocytes cultured in a collagen/chitosan/glycosaminoglycan scaffold

The objectives of this study were (1) to develop a three-dimensional collagen/chitosan/glycosaminoglycan (GAG) scaffold in combination with transforming growth factor-beta1 (TGF-beta 1)-loaded chitosan microspheres, and (2) to evaluate the effect of released TGF-beta 1 on the chondrogenic potential of rabbit chondrocytes in such scaffolds. TGF-beta 1 was loaded into chitosan microspheres using an emulsion-crosslinking method. The controlled release of TGF-beta 1, as measured by enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA), was monitored for 7 days. The porous scaffolds containing collagen and chitosan were fabricated by using a freeze drying technique and crosslinked using 1-ethyl-3-(3-dimethyl aminopropyl)carbodiimide (EDC) in the presence of chondroitin sulfate (CS), as a GAG component. The TGF-beta 1 microspheres were encapsulated into the scaffold at a concentration of 10 ng TGF-beta 1/scaffold and then chondrocytes were seeded in the scaffold and incubated in vitro for 3 weeks. Both proliferation rate and glycosaminoglycan (GAG) production were significantly higher in the TGF-beta 1 microsphere-incorporated scaffolds than in the control scaffolds without microspheres. Extracellular matrix staining by Safranin O and immunohistochemistry for type II collagen were elevated in the scaffold with TGF-beta 1 microspheres. These results suggest that TGF-beta 1 microspheres when incorporated into a scaffold have the potential to enhance cartilage formation.     

Weft-knitted silk-poly(lactide-co-glycolide) mesh scaffold combined with collagen matrix and seeded with mesenchymal stem cells for rabbit Achilles tendon repair

Abstract

Natural silk fibroin fiber scaffolds have excellent mechanical properties, but degrade slowly. In this study, we used poly(lactide-co-glycolide) (PLGA, 10:90) fibers to adjust the overall degradation rate of the scaffolds and filled them with collagen to reserve space for cell growth. Silk fibroin-PLGA (36:64) mesh scaffolds were prepared using weft-knitting, filled with type I collagen, and incubated with rabbit autologous bone marrow-derived mesenchymal stem cells (MSCs). These scaffold–cells composites were implanted into rabbit Achilles tendon defects. At 16 weeks after implantation, morphological and histological observations showed formation of tendon-like tissues that expressed type I collagen mRNA and a uniformly dense distribution of collagen fibers. The maximum load of the regenerated Achilles tendon was 58.32% of normal Achilles tendon, which was significantly higher than control group without MSCs. These findings suggest that it is feasible to construct tissue engineered tendon using weft-knitted silk fibroin-PLGA fiber mesh/collagen matrix seeded with MSCs for rabbit Achilles tendon defect repair.