《力學刺激對二級三維結構仿生骨支架內成骨效應的影響》是依託中國人民解放軍軍事科學院軍事醫學研究院，由李瑞欣擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：力學刺激對二級三維結構仿生骨支架內成骨效應的影響
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：李瑞欣
- 依託單位：中國人民解放軍軍事科學院軍事醫學研究院
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
人體骨組織通過非常複雜的方式巧妙地將有機的骨基質結構與無機框架結構緊密地結合起來，實現了生物和力學上的要求。骨缺損等骨科疾病的治療需要大量的骨支架材料，傳統的加工方法很難精確控制材料內部的孔隙結構，且孔隙間的導通率很難保證，嚴重影響支架內血液循環、營養代謝。採用低溫快速成型技術可構建所需的三維大孔結構，材料經過冷凍乾燥後溶劑升華，構建出大量更為微細的孔洞，同時低溫下成型避免了由於熱相變的存在對材料生物活性的影響。本研究採用絲素、膠原、羥基磷灰石為主要原料，通過仿生原理構建具有二級三維立體結構的仿生骨支架材料，三種材料均具有良好的生物相容性，通過調節三者的配比可以控制材料的力學性能和降解性能；通過有限元分析力學作用下支架內部的應力分布，研究力學刺激對於支架內細胞生長、分化和功能狀態的影響，進而研究力學刺激對動物體內支架成骨效應的影響，為骨缺損治療提供理論依據，解決臨床實際問題。
結題摘要
骨組織通過非常複雜的方式巧妙地將有機的骨基質與無機框架緊密地結合起來，實現了生物和力學上的要求，骨組織微觀結構的形成是對力學環境長期適應的結果。本研究以絲素、膠原、羥基磷灰石為主要原料，採用低溫三維列印技術與冷凍乾燥技術相結合，通過調節材料混合比例及列印參數，製備了絲素/膠原/羥基磷灰石仿生骨支架材料，成型後的支架與Solidworks軟體設計的模型形態及尺寸基本一致，沒有發生收縮和變形，掃描電鏡結果顯示仿生骨組織支架為大孔及微孔共存的二級三維多孔立體結構，很大程度上體現了天然骨組織的特點。支架在小於105 kPa壓應力時會發生部分形變而且在液態環境下能夠完全恢復，保持穩定的力學狀態，可發揮力學支撐及傳遞作用。 將MC3T3-E1成骨前體細胞接種於支架材料上進行體外培養，倒置顯微鏡及掃描電鏡結果顯示支架表面有大量MC3T3-E1細胞粘附，伸展充分，大孔徑孔壁上細胞粘附生長良好，說明低溫三維列印技術聯合冷凍乾燥技術製備支架過程中未破壞原材料的生物活性，且二級三維多孔結構為營養物質的提供以及細胞代謝廢物的排出提供了通道。結果表明接種到3D列印支架材料上的MC3T3-E1細胞的COLⅠ、ALP及OCN基因及蛋白較單純冷凍乾燥支架有較高的表達。對支架進行體內外降解實驗，結果表明支架具有可生物降解性。 在四點彎曲載入板上製備絲素/膠原/羥基磷灰石複合膜，對膜性能進行表征並研究力學載荷作用對複合膜上成骨細胞的影響。通過有限元分析力學作用下支架內部的應力分布，研究了力學刺激對於支架內細胞生長、分化和功能狀態的影響，經過動態力學載入後，支架內細胞的BMP-2、COL-I、OCN mRNA及蛋白表達明顯增加，表明適當的力學刺激有利於成骨細胞的分化。 在山羊脛骨製備長25mm、寬10mm的單層皮質骨缺損，術後2周利用振動台進行間歇性力學刺激（振動頻率35Hz，每天30min），觀察動態力學刺激對骨缺損處骨組織生長的影響。實驗結果表明適當的力學刺激對動物體內支架成骨效應的具有積極的作用，為骨缺損治療提供一定的理論依據。
