骨组织修复研究进展ppt课件

1、骨组织修复最新研讨进展小组成员：曹豪杰 李俊松 陈海洋 唐银宏 1.丝蛋白 丝蛋白，又名丝素蛋白，属线状蛋白质，具有抗蛋自水解酶、抗紫外线，而且以其显著的柔韧性、抗疲劳和与钢材类似的张力强度，高温下的热稳定性，在酸碱条件下的稳定性，在一5060的温度范围内坚持有良好的弹性等 丝蛋白以其良好的生物相容性和生物降解性成为生物医药资料中的重要天然资料以其高纯度、低价钱等优点，在生物医药资料上的有宽广的运用前景主要包括：药物载体、骨骼与软骨组织修复资料、神经与血管移植等 骨骼与软骨组织是巩固的结缔组织，由细胞、纤维和基质构成而丝蛋白在这之中起到的支架作用尤其重要其优良的机械性能、较低的炎症反响、缓慢生

2、物降解性能和完善的生物相容性能，使其必然会成为骨骼与软骨组织修复资料中的主要资料之一1.1 丝蛋白在骨组织修复中的运用1.2 丝蛋白运用的实例1 张锋等的研讨充分证明了低降解速率的丝蛋白支架，其在体内外骨发生研讨方面具有潜在运用价值； 谢瑞娟等啕将非水溶性的丝蛋白参与到磷酸钙骨水泥中，制成复合粉体，再按一定的液固比将复合粉体调和成糊状物，转化为与骨有类似构造的丝蛋白一磷酸钙骨水泥复合资料。它具有良好的力学性能和生物相容性，经过注射器直接注入手术部位，可准确塑型固化作为骨修复的充填资料运用；或者在体外环境中自固化后再植入体内，作为骨修复的植入资料运用1.2 丝蛋白运用的实例2 NSunita等研

3、讨丝蛋白与金属钛的功能化运用，mRNA转运了骨涎蛋白、骨钙蛋白和碱性磷酸酶到成骨细胞，强化丝蛋白、丝蛋白一RGD固定化钛基体培育。1.2 丝蛋白运用的实例31.3 丝蛋白总结在生物资料领域中，丝蛋白具有极大的开发潜力同时，依然有一些问题需求处理： (1)丝蛋白需求加工成不同的形状，以满足不同的需求； (2)生物降解速率应能控制并且能匹配生物体的生长； (3)外表改性是用来改善丝蛋白资料的生物相容性，消费临床伎用的丝蛋白资料应具有低免疫原性或无免疫原性； (4)应该研讨出更多新的、有价值的丝蛋白资料用于临床医学2.透明质酸 透明质酸是骨生物资料研讨的新热点。 透明质酸具有高度黏弹性、可塑性、超强

4、的吸水性、浸透性和良好的生物易吸收性，无免疫抗原性。 改性的透明质酸不仅维持了原来优越的性能，而且完善了其性能，使之更能顺应人体环境。 2.1 透明质酸在骨关节炎治疗中运用 膝关节损伤、关节病骨关节炎是最常见的疾病，注射透明质酸 玻璃酸钠曾经成为治疗骨关节病的常见方法。关节滑液中的透明质酸与蛋白质结合在一同带有大量的负电荷，有较强的吸水性和高度的黏滞性。蛋白多糖聚合体可以提高关节液的光滑性和黏弹性，并使光滑液与关节软骨之间有较大的亲和力。透明质酸与蛋白多聚糖能严密附着在关节面上起光滑作用，从而减少关节运动阻力维护关节软骨免受过度的机械磨损。2.2透明质酸与生物因子结合对软骨及骨缺损修复运用1.

5、促进软骨细胞的增殖 透明质酸本身带负电荷，有较强的亲水性和高黏附性，与软骨细胞之间有较强的亲和力。而且还具有软骨诱导功能，能为关节软骨细胞提供营养，参与蛋白多糖聚合物的合成，经过糖蛋白多糖在软骨细胞外表起构建作用，还能促进表层关节的增生，维持未钙化软骨的厚度，对发生退行性变的关节软骨在一定程度上具有促进其修复的作用.透明质酸改良后的复合物在生物骨组织中的运用 透明质酸易降解，其降解时间与其分子量的大小严密相关。因此，要想延伸透明质酸分子在机体中的降解时间，势必要经过化学修饰制备出一种分子量远高于天然透明质酸钠分子的衍生物，即交联的透明质酸钠衍生物。透明质酸复合物跟生长因子结合在骨组织中运用 透

6、明质酸是骨修复中生长因子的良好运输载体，但其作为支架的主要缺陷是它的低细胞黏附性能，而整合素是细胞外表受体的主要家族，对细胞和细胞外基质的黏附起介导作用. 透明质酸-整合素，基质可作为生长因子的保送载体，并具有潜在的临床运用价值。对于透明质酸复合物的研讨是如今生物资料研讨的热点，这种复合物结合本身物质的优点，又能弥补本身的缺乏，有着其他物质不可比较的优势，但是这种复合物的组织相容性、炎症反响和可降解性还没有深化的研讨，这能够是今后研讨的热点。3.磷酸钙 磷酸钙作为生物体硬组织中主要的无机成分,具有良好的生物相容性、生物活性及生物可降解性,广泛运用于骨组织与牙齿修复和交换、药物输运和控制释放、基

7、因转染及诊断成像等生物医学领域。人工合成磷酸钙资料的组成、构造、尺寸、形貌和结晶度等特性均与资料的制备方法有关,且资料的这些特性对其运用起到决议性作用。因此,开展不同的方法制备出具有特定组成、构造、尺寸、形貌、结晶度和性能的磷酸钙纳米资料对其运用至关重要。本文综述近年来在磷酸钙纳米资料的制备、表征、性能和运用研讨方面所获得的最新进展,讨论室温制备法、溶剂热/水热合成法、微波辅助快速合成法、静电纺丝法及含磷生物分子磷源合成法等制备方法,分析磷酸钙纳米资料的性能及其在药物装载和可控释放、蛋白质吸附及释放、生物成像等领域的运用,展望磷酸钙纳米资料研讨领域的开展趋势。4.硫酸钙 自上世纪80年代以来，

8、人们开场研讨人工骨资料，从而使得骨修复生物资料学蓬勃开展心。人们期望可以获得一种具有良好组织相容性、成骨活性、生物力学强度及与自体骨相近的替代资料。硫酸钙作为一种在临床上广泛运用的人工骨支架资料，它具有良好的生物相容性与降解性能、来源充足、灭菌方便等特点，被美国食品药品管理局(FDA)同意运用于临床骨缺损的治疗。硫酸钙生物学特性41硫酸钙的生物相容性大量的动物实验及临床运用发现，硫酸钙植入后对宿主周围组织无炎症刺激及异物刺激反响，无细胞毒性反响。42硫酸钙在机体内的降解性能硫酸钙在机体内可以被完全降解、吸收，而且不会对血液中的钙程度产生明显的影响进一步研讨发现，硫酸钙的降解速率在一定范围内是可

9、预测的、可预期调控的，而控制分子晶体构造、大小及形状是其关键作用。硫酸钙生物学特性4.3 硫酸钙的成骨性能 在部分诱导新骨生成、促进资料在生物体骨缺损处进展替代修复是理想的人工骨资料必备的条件。 目前，硫酸钙的成骨机制还没有被完全阐明。普通以为，硫酸钙促进成骨主要是由于其具有良好的生物相容性和骨传导性，这有利于成骨细胞长人资料内部，实现了骨缺损的修复。 硫酸钙资料降解过程会构成部分的高钙环境，可以诱导成骨细胞的生长，协同弱酸环境诱导成骨因子的释放，并且可以促进与成骨细胞功能相关的多重mRNA及BMPl、BMP7、骨细胞受体(FGFRI)等因子的表达。 研讨阐明，硫酸钙支架资料具有良好的骨诱导活

10、性，它可以诱导血管生成，加强部分营养才干，并且能促进骨髓间充质干细胞进展分化成骨细胞，促进了部分人工骨资料的血管化和成骨才干。4.2 硫酸钙在修复四肢骨缺损的临床运用 临床研讨发现，硫酸钙或硫酸钙复合物植入缺损部位后可以完全降解，并且在其降解过程中，可以同时诱导新骨的构成。作为良好的填充资料，硫酸钙植入由创伤、肿瘤等疾病引起的骨缺损部位，不会产生炎症反响，并且术后不易复发。 目前的观念是，硫酸钙是一种平安、有效的骨移植替代资料，它可以有效的阻止周围软组织快速长入，为骨组织的再生提供时间以及良好的环境。4.3 硫酸钙骨水泥在长骨骨缺损方面的运用 目前，硫酸钙骨水泥曾经广泛运用于创伤、骨肿瘤病灶去

11、除术、骨髓炎去除术等呵斥的干骺端松质骨缺损。 研讨阐明硫酸钙骨水泥可以有效修复桡骨远端粉碎性骨折，在6周时间内，骨碎片即可到达结实结合。当少量硫酸钙骨水泥进入关节腔后，并未发现异位骨化等并发症。临床发现运用注射型硫酸钙骨水泥，对跟骨骨折、胫骨平台骨折、骨肿瘤病灶去除术等导致的骨缺损空腔等进展治疗，均获得称心效果。4.4 硫酸钙作为药物载体治疗感染性骨缺损 感染性骨缺损、骨髓炎是骨科临床经常遇到的难题，因其容易反复发作，久治不愈，骨质反复遭到破坏，并构成死骨，往往需阅历多次的外科手术。 硫酸钙可用作抗生素的载体，可以定点用药，在部分构成较高的药物浓度，有效的抑制细菌生长，全身副作用小。 硫酸钙资

12、料在体内可以完全吸收、降解，可以有效的填充清创后的骨缺损死腔，具有良好的生物相容性、力学强度、骨传导才干、成骨才干。4.5 硫酸钙小结 硫酸钙作为一种传统的骨科资料，不仅仅被用作石膏来固定骨折，同时被当作骨移植替代资料来修复各种骨缺损。 硫酸钙具有诸多理想的骨移植替代资料的特点：能在体内被完全吸收。具有良好的生物相容性与可成形性。可作为新骨生长的支架，可以填补骨缺损以及防止周围软组织快速长人。可以激活成骨细胞活性，诱导成骨。可以作为药物的缓、控释载体。灭菌方便、自然界中蕴含量丰富等。 因此，硫酸钙是具有宽广运用前景的、可作为骨移植的替代资料。当然，硫酸钙还存在生物力学性能欠佳、降解速度稍快，不

13、能单独作为支架资料用于骨缺损修复等缺陷。5.骨再生的研讨现状分析 骨缺损是临床上较为常见的疾病，传统临床治疗方法主要有自体骨移植与同种异体骨移植，但自体骨移植与同种异体骨移植均存在一定的治疗缺陷，如自体骨移植存在供区并发症与来源有限等缺陷，同种异体移植存在并发疾病传播和免疫排斥风险；而骨组织工程虽然有其本身的局限性，但因其可限制异体移植引发的疾病传播、防止免疫排斥反响等已逐渐成为一种新的治疗骨缺损的方式。5.1骨组织移植物的类型骨移植物包括自体移植、异体移植，异种移植及组织工程资料，自体移植由于来源有限及感染等并发症，限制临床运用。因此，其它类型的移植物被引入，以抑制自体移植的局限性是非常必要

14、的。研讨分析，一切的移植物均具有不同的局限性。5.2自体移植 自体移植指从个体本身一个部位获得组织移植于另一个部位，它们可以是松质骨、皮质骨或皮质骨与松质骨结合，新颖的自体移植包含存活细胞和骨诱导蛋白质，如BMP-2、BMP一7、FGF及IGF等。 从生物学的角度来讲，自体移植是最为理想的移植资料，由于其完全没有免疫原性，保管了其原有的活性，由于缺乏免疫源性，因此在移植后可提高与宿主组织的整合性。 此外，对于其成骨特性、骨诱导性、骨传导特性，新颖自体移植均是最正确的，且可提供间充质细胞、成骨前体细胞、成骨细胞以及生长因子。其缺陷是，自体移植必需从自体骨组织获取，从而添加供体部位疼痛、感染等并发

15、症，且对于大的骨质缺损，来源有限，限制运用。5.3同种异体移植 同种异体移植指从同一种属的不同个体获得，由于自体移植的限制，同种异体移植已被广泛运用于根底研讨与临床运用，同种异体骨移植包括皮质骨、松质骨或皮质松质骨的结合，诸如粉末状、皮质条、松质立方块，以脱钙或未脱钙、新颖的、新颖冷冻的、或冷冻枯燥的方式。 移植的主要优点是，容易获得，防止牺牲宿主组织，具有良好的骨诱导和骨传导性，但但缺乏活性细胞，因此，具有较低的成骨潜能。 同种异体骨移植存在传播疾病的风险，且其能够导致免疫反响，干扰骨愈合过程，能够导致移植物的排斥反响，有研讨阐明同种异体骨移植是与自体骨移植相比是欠缺的比5.4骨组织工程 骨

16、组织工程涉及的主要要素主要包括种子细胞、生物支架资料与生长因子，种子细胞为骨组织工程形状与组织重建的根底，生物支架资料是骨组织工程的关键要素。 生物支架资料为种子细胞提供有效的细胞外基质环境，是种子细胞与生长因子的有效载体。 另一方面，支架资料为骨修复或新骨的生长提供有效的支撑作用，其支架资料的研讨是骨组织工程的重点研讨对象，生长因子主要为支架资料提供有效的调理作用。5.5骨组织工程 天然聚合物的细胞兼容性与生物活性，通常是优于合成聚合物，但是天然聚合物与有机合成聚合物机械性能相对是较差的，且降解速度无法控制。另一方面，生物降解合成资料(包括脂肪族聚酯)曾经被运用于骨软骨支架资料，依赖这个合成

17、条件，其机械性能也容易去控制。5.6 骨组织工程总结 我们总结了最近关于骨软骨组织工程的最新进展，思索到界面组织分层构造的独特特点，实际上，骨软骨支架需求具有多相构造，以模拟骨软骨组织的正常构造，然而多相构造是非常复杂的，需控制每个阶段的表型，例如每个层次构造的降解速度以及不同层面的剪切应力，因此目前主要研讨针对于双向支架，其双支架相对于多向支架是较为简单的。 然而对于两个界面的稳定性仍旧是需求提出质疑的，这个弱的稳定性能够是由于双层界面构造不同的工艺构建呵斥，为了抑制这一点，将双向支架铸造为一个整体构造能够抵抗这个双向构造间的剪切应力。另外有一点仍旧是值得疑心的，双向支架能否可以分别充分地促

18、进软骨与成骨分化，这是由于在各相支架上，细胞分化的调理因子能够并非所期望的细胞因子，为了抑制这一点，需求构建一个时空上靶向调控的细胞因子投递系统，经过运用这个系统，在不同支架上的细胞可获得相应的细胞信号因子，为细胞各自每个阶段的分化调控发扬作用，因此，我们提出在未来的研讨中，在双向支架需充分利用时空靶向基因投递系统，以满足骨软骨组织工程组织修复的运用。 近年来，骨性关节炎和运动导致关节软骨损伤的发病率逐渐上升。由于关节软骨自我修复才干有限，关节软骨损伤后的修复成为临床急需处理的问题。 关节软骨修复的理想形状是受损的软骨能继续生成透明样软骨，新生组织与周围组织交融，同时可以符合关节软骨的生物学和

19、力学特性。6.关节软骨新兴的生物治疗6.1 基因治疗 基因治疗的根本原理是利用目的基因修饰相关细胞，使其表达某些具有治疗作用的基因产物，促进缺损处软骨细胞的修复和增殖分化，并且可以在软骨再生过程中继续、高效地分泌生长因子，完成修复过程。62 细胞治疗 细胞治疗是指经过向组织内注射细胞，从而修复受损的组织。经过多年的研讨，细胞治疗已逐渐走向临床，包括肿瘤免疫细胞治疗、干细胞治疗等。在治疗关节软骨疾病方面主要用于骨性关节炎所导致的关节软骨损伤。所用的细胞主要包括各种来源的干细胞以及软骨细胞。干细胞主要包括间充质干细胞、脂肪干细胞、脐血干细胞、外周血干细胞等，软骨细胞那么包括自体软骨细胞和同种异体软

20、骨细胞。6.3 组织工程软骨 组织工程软骨的根底研讨主要集中在种子细胞和生物支架两个关键要素上。种子细胞包括各种来源的干细胞和软骨细胞。 近年来，国内外不同窗科专家在软骨组织工程方面进展了大量的研讨，获得了宏大成就，国内外均有组织工程软骨进入临床研讨阶段。Fulco I4胡等利用组织工程软骨为5位因肿瘤切除鼻翼小叶的患者修复了切除的鼻翼小叶。术后1年，患者的鼻翼皮肤敏感性，构造稳定性和呼吸流量等各项目的均符合预期。6.4关节软骨未来展望 关节软骨损伤后修复的理想形状是新生的软骨能较大程度的符合正常关节软骨的生物学和力学性能。研讨者和临床任务者为了对受损的关节软骨到达理想的修复形状，针对关节软骨

21、损伤的修复进展深化的研讨和探求，对传统的治疗手段不断进展改良，一些新兴的治疗方法也逐渐运用于临床。基因治疗、细胞治疗和组织工程软骨是目前较为常见的三项新兴治疗方式。相较于其他两种技术，基因治疗由于载体的平安性和基因表达的稳定性等问题，目前仍局限于实验室研讨阶段；细胞治疗经过多年的研讨，已逐渐运用于临床，特别是自体软骨细胞移植治疗的患者已上万例，是一种极具希望的治疗关节软骨损伤的方法；组织工程软骨目前也有产品进入临床实验阶段，可望在不久的未来逐渐运用于临床。7.3D打印技术在骨组织修复个体化治疗中的运用进展 传统的各类骨组织修复资料均需求在术中由手术医生进展调整。由于资料本身性质的限制,难以到达

22、与修复患区所需的形状完全一致,也是术后产生并发症的主要缘由。 而3D打印技术,可以根据医学影像和组织构造的数字化信息处置,根据个体情况直接一次性成型所需求的假体,不仅可以提供更多的资料选择,还可以实现假体的空间多维化及外表生物孔隙处置,在处理以往假体为大块实体的弊端的同时实现轻量化,更接近生物特性,从而获得更好的相容性,进一步减低了并发症出现的可 能,提高患者术后生活质量。 7.1 3D打印技术在骨关节外科中的运用 3D打印技术具备无需特殊模具、制造迅速、加工准确等特点,使得个体化的假体设计、 制备成为能够。 植入物的大小、类型及位置等都能利用3D打印技术在术前有效确定,有利于术者制定最正确手

23、术方案,从而指点术者开展个体化的关节外科手术,使手术更精准,减少了手术时间和术中运用工具数量。7.2 3D打印技术在颅颌面外科中的运用 近年来,国外学者经过激光直接烧结 Ti64 粉末定制个性化骨板、个性化髁状突下颌骨骨板,进展 下颌骨缺损的腓骨瓣游离移植修复术,以为个性化 骨板可以防止传统手术中依赖医生临床阅历反复修正调整钛板这一过程,减少手术耗时,并且最大程度 恢复下颌骨轮廓外形,减少术后并发症。7.3 基于组织工程3D生物打印的骨科运用 运用 3D 打印制备的生物支架,可以满足生物相容性、生物活性、力学性能等要求,其高孔隙率的三维立体构造更适宜种子细胞增殖、分化与诱导成骨修复缺损,具有艰苦的运用价值。 孙梁等经过3D 打印技术制备的聚乳酸聚羟乙酸/ 磷酸三钙生物支架复合骨构成蛋白(bone morphogenetic protein,BMP) 胜利修复了兔