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負載間充質(zhì)干細胞的多孔鉭與仿生3D膠原基復合支架應用于山羊骨軟骨缺損的修復

供稿人:嚴峻騰、連芩 供稿單位:機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室  發(fā)布日期:2019-05-10

長期以來,骨軟骨損傷缺乏有效的治療方法,尤其是在骨科疾病如類固醇相關(guān)骨壞死(SAON)中。此外,鎂作為一種具有良好力學性能的可生物降解金屬,其研究由來已久。

中國科學院深圳先進技術(shù)研究院轉(zhuǎn)化醫(yī)學研究開發(fā)中心的秦嶺賴毓霄團隊,利用鎂粉、聚合物PLGA和生物陶瓷β-TCP配制比例為16/3/1,16/2/2,16/1/3,4/1的漿料,使用低溫快速成型(LT-RP)技術(shù),通過3D打印技術(shù)以厚度120 μm和分間距層1.0 mm打印了24mm×24mm×24mm的多孔支架,其結(jié)構(gòu)如圖1。

體外分析PTM支架的物理特性和Mg離子的體外釋放。后通過利用SAON兔關(guān)節(jié)缺損模型評估了PTM支架的成骨和血管生成特性,以及植入后的生物安全性。其研究技術(shù)路線如圖2。

實驗結(jié)果表明,PTM支架具有良好的生物模擬結(jié)構(gòu)和力學性能。動態(tài)增強磁共振成像和微電腦斷層成像血管造影結(jié)果表明,植入PTM支架術(shù)后4周可增加血液灌注,促進新生血管生長,8周時可觀察到大量結(jié)構(gòu)良好的新生血管形成。而且,術(shù)后12周的微ct、組織學和力學性能測試結(jié)果顯示,PTM支架能顯著促進新生骨形成,增強新生骨力學性能,見圖3,表明PTM支架具有成骨和血管生成的雙重功能,在SAON中具有協(xié)同增強新骨形成和增強新骨質(zhì)量的作用。

相較于其他研究,該課題組設計的PTM支架具備合適的物理結(jié)構(gòu)和初始力學性能,其結(jié)構(gòu)為血管爬行提供了合適的模板的同時,鎂的摻入促進了新血管的形成,最終介導了新生骨的形成和重塑。

圖1:支架結(jié)構(gòu)特性
圖2:研究技術(shù)路線圖
圖3:Micro-CT下通道內(nèi)新骨形成情況

參考文獻:

  1. Lai Y, Li Y, Cao H, Long J, Wang X, Li L, Li C, Jia Q, Teng B, Tang T, Peng J,Eglin D, Alini M, Grijpma DW, Richards G, Qin L;Osteogenic magnesium incorporated into PLGA/TCP porous scaffold by 3D printing for repairing challenging bone defect, Biomaterials (2019)
  2. doi: https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2019.01.013.
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