基于RP的骨组织工程支架构造及生物学特性分析

摘要目的：通过冻干法和定向冰冻技术分别制备磷酸八钙/丝素蛋白/海藻酸钠（octacalcium phosphate/silk fibroin/sodium alginate，OCP/SF/SA）复合多孔骨层支架和含硫酸软骨素（hondroitin Sulfate，CS）的CS/SF/SA定向孔软骨层支架；体外实验评估支架的理化性能以及生物学行为，选择合适的骨层以及软骨层材料，构建骨-软骨结构仿生支架，为下一步动物体内修复骨-软骨损伤的实验打下基础。

方法：（1）支架的制备以及理化性能分析：制备OCP/(SF+SA)质量百分比为0:100、10:90、25:75、50:50和75:25的5组复合多孔骨层支架、CS浓度为0%、1%、2%和10%的4组定向孔软骨层支架以及骨-软骨结构仿生支架；使用扫描电镜（SEM）观察支架的形貌；使用X射线衍射仪（XRD）检测支架材料的晶体结构；使用傅里叶红外光谱仪（FTIR）测定支架的分子结构；将支架浸泡在模拟体液（SBF）中观察矿化情况；将支架浸泡在磷酸盐缓冲液（PBS）中检测支架的吸水率、降解率、骨层支架钙离子（Ca2+）释放情况以及软骨层支架硫酸软骨素释放情况；使用动态力学试验机测试支架的力学性能。

（2）支架的体外细胞学分析：将骨髓间充质干细胞（mBMSCs）种植在骨层支架上进行培养，CCK-8法检测细胞增殖情况；SEM和共聚焦显微镜（CLSM）观察细胞粘附情况；ALP染色、ALP活性测定和成骨分化相关基因表达检测评估细胞的成骨分化情况。

将ATDC5与软骨层支架浸提液共培养，使用CCK-8法检测细胞的增殖情况；使用Live-dead染色检测细胞活性；使用阿利新蓝染色和成软骨分化相关基因表达检测评估成软骨分化情况。

结果：（1）支架的理化性能分析：SEM照片显示骨层支架具有蜂窝状多孔结构，直径在81±42μm至219±56μm之间，孔径随着OCP含量增加而减小，14d矿化实验中，10：90、25:75组支架出现大量片状的类似羟基磷灰石（HA）的晶体；软骨层支架具有定向孔结构，孔隙大小为130±39μm至444±53μm之间，随着CS含量增加，孔径逐渐减小；骨-软骨结构仿生支架骨层为蜂窝状的多孔结构，软骨层为定向孔结构，两层结构之间逐渐转变，构成骨-软骨界面；FTIR结果显示，骨层以及软骨层支架均出现丝素蛋白β-折叠结构吸收峰；XRD结果显示，OCP/SF/SA复合支架中出现OCP的特征峰，其峰强与OCP的含量成正比；吸水率实验结果显示，0:100、10:90、25:75组骨层支架吸水率良好，复合大量的OCP降低了吸水率，而各组软骨层支架吸水率良好，CS掺入可以增加支架吸水率；骨层支架在PBS中可以释放Ca2+；软骨层支架在PBS中可以释放CS；此外，OCP的掺入降低了支架降解率，但提高了支架的机械性能。

纳米骨组织工程支架材料生物学效应研究进展_李波
目前，纳米骨组织工程支架材料的生物学效应研究主要集中在以下几个方面：
1.细胞生长和增殖：研究表明纳米骨组织工程支架材料能够促进骨细胞的粘附、增殖和分化，从而加速骨组织的再生过程。

这是因为纳米材料具有高比表面积和独特的表面化学特性，能够提供良好的细胞黏附环境和适宜的营养物质。

2.生物降解行为：纳米骨组织工程支架材料在体内的生物降解行为对临床应用起着决定性作用。

研究表明，纳米骨组织工程支架材料具有良好的生物降解性能，可以逐渐被机体吸收和代谢。

这种生物降解行为有助于材料与新生骨组织融合，加快骨组织的再生速度。

3.组织兼容性：纳米骨组织工程支架材料对周围组织的兼容性是影响其临床应用的重要因素。

研究表明，纳米材料能够通过调节材料的表面形貌和表面化学性质，改变材料与周围组织之间的相互作用。

这种材料的组织兼容性优于传统的支架材料，可以减少对机体的刺激和副作用。

4.生物活性：纳米骨组织工程支架材料具有良好的生物活性，可以模拟人体骨组织的生理和生化特性。

这种生物活性有利于支架材料与机体骨组织的结合，并提供机械支撑和生物信号，促进骨组织的再生和修复。

总的来说，纳米骨组织工程支架材料的生物学效应研究已经取得了一定的进展。

未来的研究方向可以包括进一步深入探讨纳米材料与细胞的相互作用机制、优化材料的表面形貌和表面化学性质，以及研发新型的纳米骨组织工程支架材料。

这将有助于提高纳米支架材料的生物学效应，推动其在骨组织工程和临床应用中的发展。

壳聚糖基原位复合仿生型骨组织工程支架的制备及其性能研究的开题报告一、研究背景骨组织工程是一种新型的治疗骨缺损的方法，它以合适的支架、种植细胞和生长因子为基础，通过仿生学材料学、基因工程学等技术途径来构建功能性组织。

支架材料作为骨组织工程的核心组成部分，其物理化学性质与生物学特性的优劣将直接影响到整个工程的成功率。

当前，钛合金、聚乳酸等生物惰性材料是常用的骨组织工程支架，但其存在着过度刺激骨细胞和不良的生物安全性等难以避免的问题。

为此，寻求更加适宜的生物相容性材料及其制备工艺就显得十分必要。

壳聚糖是一种来自贻贝、虾、蟹等海洋生物的可生物降解天然多糖，具有优异的生物相容性、生物可降解性和生物活性，因此逐渐成为人们研制新型骨组织工程支架的重要材料。

二、研究内容本研究以壳聚糖为基础材料，采用基原位复合技术，制备一种仿生型骨组织工程支架。

具体研究内容如下：（1）壳聚糖基原位复合技术的优化：通过对壳聚糖基原位复合技术的调整，优化最佳原位复合方法，以达到制备优质支架的目的。

（2）材料的制备与表征：通过扫描电镜、红外光谱分析、热重分析等多种手段分析材料的形貌、组成和热稳定性等性能。

（3）生物学性能的评价：对制备出来的壳聚糖基原位复合仿生型骨组织工程支架进行体外、体内实验，以评价其生物相容性和生物活性等方面的性能。

三、研究意义本研究通过壳聚糖基原位复合技术制备仿生型骨组织工程支架，具有以下的研究意义：（1）壳聚糖基原位复合技术的优化对于制备高质量支架具有重要意义，并为获得更加适宜的生物活性材料提供了新的思路。

（2）壳聚糖基原位复合仿生型骨组织工程支架具有良好的生物相容性、生物可降解性和生物活性等特点，有望应用于骨组织工程领域，促进骨缺损的修复和再生。

（3）支架的研制对于实现个性化医疗、提高医疗质量等方面具有重要意义。

本研究的成果可以为医学工程领域提供新的思路和方法，为人类健康事业做出新的贡献。

华中科技大学硕士学位论文纳米复合软骨组织工程三维支架的的制备及其评价姓名：***申请学位级别：硕士专业：生物医学工程指导教师：***20061102华中科技大学硕士学位论文ABSTRACTIntroduction: Comparing with hydroxyapatite (HA), nano-hydroxyapatite has received much more attention due to its excellent biocompatibility. Recent research suggested that the composition, size and morphology of nano-HA resembled natural apatite crystals in bone minerals. There is much increase in protein adsorption and osteoblast adhesion and osteoconductivity on the nano-ceramic materials compared to micro-ceramic materials. In this study, Porous scaffolds which were made of high molecular poly (D, L-lactide) (PDLLA) / hydroxyapatite nanocrystals (nano-HA) were fabricated through solvent-casting and particulate-leaching technique. The morphologies, mechanical properties, biodegradability and biocompatibility of the scaffolds were investigated. Then, 3D dummy human data, CAD and RP technique were combined to construct 3D tissue engineering scaffold. New method to fabricate 3D tissue engineering scaffold was searched. Materials and Methods: Six groups of scaffold were fabricated by using a solvent casting / particulate leaching technique, with PDLLA, micro-HA/PDLLA, and nano-HA/ PDLLA (nano-HA: PDLLA weight ratio 1:9, 1:4, 2:3, 1:1). The phase and morphology of the scaffolds were investigated by using SEM. Cells proliferation was evaluated quantitatively by MTT assay. The interaction between scaffolds and cells were observed by HR-SEM. Results and Discussion: The results showed that nano-HA nanocrystals formed homogeneous dispersion in the PDLLA matrix. The porosity of scaffolds was up to 90%, and macropores and micropores coexisted and interconnected throughout the scaffolds. The tensile modulus for nanocomposites increases with nano-HA loading. The good mechanical properties for nano-HA composites may be due to the homogeneous dispersion of HA nanocrystals in the PDLLA matrix as well as the good interfacial adhesion. Cells grew well after cultured in the scaffold for five days. The morphology of the cells in the last group (nano-HA: PDLLA (w/w) =1:1) was better than others. 3D human data was used to reconstruct 3D cartilage tissue model, 3D scaffold was fabricated with two methods: silica rubber mould were prepared by using SLS RP technique frist, then the scaffold was fabricated by traditional method; after designed reasonable structure, 3D scaffold was constructed by SLS technique.Conclusion: In the study, we fabricated a nanocomposite porous scaffold, and this kind of scaffold showed outstanding biocompatibility and other biological properties. Tissue engineering scaffold could be constructed exactly, rapidly and conveniently by using RP technique. In conclusion, nano-HA/PDLLA porous scaffold and RP technique have a promising application in cartilage tissue engineering.Keywords: Cartilage Tissue Engineering Composite scaffold, Biocompatibility,3D scaffold construction, RP technique独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

生物活性软骨组织工程支架的制备与性能研究的开题报告
一、选题背景
软骨组织损伤的修复一直是组织工程学领域的热点研究课题。

传统的软骨组织修复方法效果有限，因此人们开始尝试利用活性支架等生物医学材料，在体内重建软骨组织。

目前，大多数软骨组织工程支架主要由生物高分子材料和细胞构成，具有一定的生物活性和生物相容性。

二、研究目的
本次研究的目的是制备一种新型的生物活性软骨组织工程支架，并评估其生物学性能。

通过分析软骨细胞在支架中的生长和分化情况，从而探究支架的生物学行为。

通过实验结果的分析，提高新型软骨组织工程支架的生物学性能和应用价值。

三、研究方法
本研究将采用以下方法：
1. 选取适宜的生物高分子材料，设计新型的软骨组织工程支架结构。

2. 采用离心法制备生物活性支架，并利用扫描电镜检测其形貌和微观结构。

3. 生物学评估：将软骨细胞接种于支架种，运用细胞定着方法和细胞增殖活力实验，评估细胞在支架内的别数量和活力，并进行免疫染色检测软骨特征标志蛋白的表达情况。

4. 器械性能测试：采用力学实验机对支架进行压缩力和拉伸力测试，评估支架的机械性能。

四、预期成果
本研究将产生以下成果：
1. 制备一种新型的生物活性软骨组织工程支架，其具有优良的生物学性能和医用价值。

2. 通过生物学和力学实验，揭示新型支架的生物学和力学性能，为其应用和进一步研究提供理论依据和实验数据。

3. 解决软骨组织修复中的瓶颈问题，为临床软骨细胞移植和重建打下基础。

生物材料支架组织工程学研究最近几年，生物材料支架组织工程学研究在医学领域中备受关注，被认为是一种可行的治疗方法，用于修复及替代受损的组织和器官。

这种技术已经成功地应用于肝、肾、骨骼、软骨和皮肤等各种组织和器官的重建。

生物材料支架是由高分子材料制成的三维结构，具有生物相容性和生物可降解性。

这些支架可以被用作生物刺激材料，为细胞提供优秀的生长环境，并加速组织再生。

通过将细胞在支架中种植和培养，它们可以重新建立失去的结构，为细胞分化和生长创造一个合适的环境。

最终，支架会在不干扰组织和器官的正常功能的情况下被吸收。

支架组织工程学的研究从事于解决替代器官的需求的问题，这种技术允许使用从患者自身身体中获取的细胞来制造支架。

这种自体移植可以减少术后排异反应的数量，并减少获得机会性感染的可能性。

近些年来的生物材料支架组织工程学研究取得了突破性进展，这归功于新技术的引入，例如，基因工程和生物打印技术。

这些新技术的应用使得支架更加精细，能够适应于不同的患者和不同的故障类型。

在支架材料的研究中，天然高分子材料的使用越来越受到关注。

这些材料通常是从植物和动物提取的，具有一定的生物相容性和很好的可降解性。

尽管合成高分子材料的发展速度在加速，但天然高分子材料仍然是这个领域的主流。

在生物材料支架组织工程学研究中，细胞的选择也是非常重要的。

多种类型的细胞被用于不同的支架，以满足组织和器官的不同需求。

例如，肝脏再生需要肝细胞、内皮细胞和它们的前体细胞；软骨再生需要成软骨细胞及其前体细胞。

与此同时，这些细胞必须能够存活在高密度的支架内，这通常需要发展具有良好空隙率和可调节的孔径尺寸的支架。

未来，支架组织工程学的研究将继续向前发展。

使我们最感兴趣的是，未来的支架定制化将从基于人体工程学到基于个体遗传学。

基于这种新技术，支架可以更快地适应患者个体特征，并为医生提供更准确的治疗方案。

总之，生物材料支架组织工程学研究被认为是现代医疗研究领域中的一个重要领域。

骨组织工程支架结构及快速成型制造工艺研究的开题报告一、项目背景和意义随着人民生活水平的提高，肌肉骨骼系统疾病的发病率也逐年增加。

这些疾病不仅给患者带来身体上的痛苦，同时也给医疗机构和社会带来了巨大的负担。

针对这种情况，骨组织工程成为了一种备受关注的治疗手段。

骨组织工程通过生物材料、生物学等学科的综合运用，制造出生物可降解支架，再与种植细胞、生长因子等进行组合，最终达到再生人体骨骼组织的目的。

生物可降解支架是骨组织工程的重要组成部分之一。

支架具有良好的生物相容性、成形性，可以在支架材料分解的过程中为新的骨组织提供稳定的生长环境。

因此，骨组织工程支架的研究对于解决肌肉骨骼系统疾病的治疗难题具有重要的意义。

本项目旨在研究骨组织工程支架的结构，采用快速成型制造工艺，通过先进的制造技术来制造出高质量、精密的骨组织工程支架，进一步提高支架的成形精度、力学性能和生物活性，并探究制造参数对于支架性能的影响，为骨组织工程的研究提供重要的理论基础和技术支持。

二、项目研究内容（1）骨组织工程支架的结构分析。

针对目前常见的骨组织支架结构，分析各种结构的特点、优点和缺点，寻找最合适的支架结构。

（2）支架制造工艺的探究。

研究各种快速成型制造技术，并比较各种工艺的优缺点，找到最适合骨组织工程支架制造的工艺。

（3）支架制造工艺优化。

通过试验研究，寻找最优化的制造参数，并探究参数对支架成型质量和性能的影响。

（4）支架性能测试。

对各种结构的支架进行性能测试，测试内容包括支架的力学性能、生物相容性及生物活性等。

三、项目的预期成果（1）制定适合骨组织工程支架的结构设计规范。

（2）研究出一种高效、可靠的快速成型制造工艺。

（3）找到最合适的制造参数，并优化制造参数。

（4）制造出高品质的骨组织工程支架，并进行性能测试。

（5）为骨组织工程的研究提供重要的理论基础和实验依据。