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摘要： 1 生物材料研究的定义及与时俱进 从现代意义上讲,生物材料起源于 20世纪40年代,学科形成于20世纪80年代.生物材料学已成为一门新兴的交叉学科. 从生物材料的发展历史及其特点来看,生物材料的发展基本上可分为 3个阶段,即惰性生物材料及其生物化、生物可降解材料和组织工程支架材料.它们分别代表了生物材料发展的不同阶段和各自生物材料的特点和性能.

关键词： 生物材料学   生物可降解材料   交叉学科   组织工程支架材料   生物材料研究   组织工程研究   生物化   与时俱进  

摘要： 1生物材料研究的定义及与时俱进从现代意义上讲,生物材料起源于20世纪40年代,学科形成于20世纪80年代。生物材料学已成为一门新兴的交叉学科。从生物材料的发展历史及其特点来看,生物材料的发展基本上可分为3个阶段,即惰性生物材料及其生物化、生物可降解材料和组织工程支架材料。它们分别代表了生物材料发展的不同阶段和各自生物材料的特点和性能。

关键词： 肌内效贴扎   侧切   生物力学特征   篮球   运动学   动力学  

摘要： 背景:肌内效贴扎作为一种运动防护手段已被广泛应用,但作为纠正侧切动作时下肢生物力学异常变化手段的研究,其作用尚不明确。目的:对比受试者膝关节在肌内效贴扎、安慰剂贴扎及空白对照情况下,完成侧切动作时下肢运动学、动力学特征的变化。方法:招募39名篮球专项男性大学生为受试者,每位受试者分别在肌内效贴扎、安慰剂贴扎以及不进行任何贴扎情况下进行测试。采取力学矫正的贴扎方式对受试者优势侧膝关节进行贴扎干预。选取4.5-5.5 m/s的助跑速度完成45°侧切动作,并运用三维动态捕捉系统及测力台同步采集运动学及动力学数据。选取初始触地时刻、地面反作用力峰值时刻的运动学及动力学参数进行数据分析。采用SPSS 27.0软件对测试数据进行统计学分析。结果与结论:①运动学指标:肌内效贴条件下与无贴扎及安慰剂贴扎相比,初始触地时刻髋关节外展、膝关节外翻角度显著减小(P<0.05);侧向地面反作用力峰值时刻,髋关节外展、膝关节外翻及踝关节跖屈角度显著减小(P<0.05),膝关节屈曲角度显著增加(P<0.05)。②动力学指标:与无贴扎相比,肌内效贴扎及安慰剂贴扎条件下均可显著减小初始触地时刻髋关节外展、外旋力矩及膝关节外翻、外旋力矩(P<0.05),显著减小垂直地面反作用力峰值、水平向后地面反作用力峰值(P<0.05);与无贴扎及安慰剂贴扎相比,肌内效贴扎可显著减小侧向地面反作用力峰值(P<0.05)。③结果表明,对膝关节进行肌内效贴扎可在一定程度上改善篮球专项大学生在完成侧切动作时与下肢损伤风险因素相关的部分运动学、动力学指标,可能对预防侧切过程中损伤的发生有一定积极作用;此外,膝关节安慰剂贴扎与肌内效贴扎在部分指标变化方面的作用趋势较为一致,提示肌内效贴扎的作用机制可能存在安慰剂效应。

关键词： 激素性股骨头坏死   软骨   铁死亡   生物信息学   特征基因   生物标志物   CA9   ACSL4   SLC7A11   GPX4  

摘要： 背景:激素性股骨头坏死中骨代谢的紊乱与铁死亡密切相关,同时激素性股骨头坏死的病理过程中伴随着软骨的损伤与退变。但关于铁死亡与软骨之间的关系和具体调控靶点尚不明确。目的:运用生物信息学和机器学习方法筛选靶向软骨的铁死亡特征基因,探究铁死亡与软骨之间的关系,为研究和治疗激素性股骨头坏死提供新的思路与方法。方法:通过GEO数据库和FerrDb数据库下载相关疾病数据集和铁死亡相关基因,采用R语言对疾病数据集进行归一化处理和差异分析,筛选出铁死亡相关差异基因。对铁死亡相关差异基因进行GO功能富集分析和KEGG信号通路富集分析,同时根据铁死亡相关差异基因的PPI网络和机器学习方法筛选铁死亡特征基因。最后,将兔子分为正常组和模型组,正常组给予相同剂量的生理盐水模拟造模药物,模型组采用改良马血清联合注射用甲泼尼龙构建兔激素性股骨头坏死模型,造模成功后,验证不同组别间特征基因的表达,分析软骨中铁死亡的表型。结果与结论:①通过对数据集的归一化处理和差异分析,最终获得1315个差异表达基因,通过FerrDb数据库获取379个铁死亡相关基因。二者取交集后,最终获得19个铁死亡差异表达基因。②GO分析铁死亡相关差异基因主要涉及细胞迁移和细胞对氧化应激反应等生物过程;涉及激酶复合物、氨基酸复合体和细胞质膜等细胞组分;涉及激酶活性、受体活性和蛋白结合等分子功能。KEGG分析铁死亡相关差异基因主要在FoxO信号通路、血管内皮生长因子信号通路和FcγR介导的吞噬作用中富集。③通过PPI网络和机器学习筛选出铁死亡特征基因CA9。④特征基因的GSEA分析发现,CA9在脂肪酸代谢、O-GlcNAc糖基化修饰等生物过程中上调表达,而在神经活性配体受体相互作用方面被抑制。⑤RT-PCR和Western blot检测结果显示,与正常组对比,模型组中的ACSL4,CA9 mRNA和蛋白表达水平显著增高(P<0.05),SLC7A11和GPX4 mRNA和蛋白表达水平显著降低(P<0.05),与数据集中特征基因的表达水平吻合。结果表明,激素性股骨头坏死的软骨与铁死亡密切相关,靶向特征基因CA9可以为研究和治疗激素性股骨头坏死提供一定的思路与方向。

关键词： 静电纺丝   引导骨再生   生物活性玻璃   丝素蛋白   牙槽骨缺损   修复再生  

摘要： 背景:在构建具有生物功能的引导骨再生膜时,单一材料因功能不足而无法满足临床上的需要,因此将多种材料复合已成为目前组织修复工程的一种趋势。目的:通过静电纺丝技术制备丝素蛋白/生物活性玻璃复合纤维膜,表征其理化性能和体外生物相容性。方法:将0.8 g丝素蛋白溶解于10 mL六氟异丙醇中制备静电纺丝溶液,利用静电纺丝技术制备丝素蛋白纳米纤维膜(记为SF纤维膜);将0.1,0.3,0.5,0.8 g的生物活性玻璃分别加入静电纺丝溶液中,利用静电纺丝技术制备丝素蛋白/生物活性玻璃复合纤维膜(依次记为SF/1BG、SF/3BG、SF/5BG、SF/8BG纤维膜)。表征5组纤维膜的理化性能及生物相容性。结果与结论:①扫描电镜下可见5组纤维表面光滑、连续且均匀,无串珠样结构,丝纤维之间无明显粘连,均表现出随机排布的无序多孔结构,添加生物活性玻璃后纤维膜的纤维直径减小。傅里叶红外光谱与X射线衍射检测显示,纤维膜中丝素蛋白与生物活性玻璃的化学结构稳定。SF、SF/1BG、SF/3BG、SF/5BG、SF/8BG纤维膜表面的水接触角分别为105.02°,72.58°,78.13°,79.35°,72.50°。②将骨髓间充质干细胞分别接种于5组纤维膜上,CCK-8检测显示相较于SF、SF/8BG纤维膜,SF/1BG、SF/3BG、SF/5BG纤维膜可促进骨髓间充质干细胞的增殖;活/死细胞染色显示5组纤维膜表面的细胞活力较好,其中SF/5BG纤维膜表面的细胞数量更多、分布更均匀;罗丹明-鬼笔环肽染色与扫描电镜观察显示相较于SF纤维膜,SF/5BG纤维膜更有利于骨髓间充质干细胞的黏附。将骨髓间充质干细胞分别接种于5组纤维膜上进行成骨诱导分化,SF/3BG、SF/5BG组碱性磷酸酶活性高于其他3组(P<0.05,P<0.01,P<0.001);茜素红染色显示,添加生物活性玻璃后纤维膜的钙结节形成增加,并且以SF/5BG组钙结节形成最多。③结果表明,丝素蛋白/生物活性玻璃复合纤维膜具有良好的生物安全性和生物相容性。

关键词： 生物电效应   生物电支架   内源性电信号   电刺激   骨组织工程   骨支架   骨缺损   骨修复   骨再生   骨愈合  

摘要： 背景:骨具有生物电效应,然而骨缺损的发生会导致骨骼内源性生物电的缺失。具有生物电效应的骨组织工程支架植入骨缺损处会补足缺失的电信号,加速骨缺损的修复。目的:文章介绍了骨组织的生物电效应,阐述了电刺激对骨缺损的修复作用,总结了生物电效应应用于骨组织工程的研究进展,以期为骨组织工程的研究提供新的思路。方法:以“bioelectrical effect,bioelectrical materials,electrical stimulation,bone tissue engineering,bone scaffold,bone defect,bone repair,osteogenesis”为英文检索词,以“生物电效应,生物电支架,电刺激,骨组织工程,骨支架,骨缺损,骨修复,骨再生”为中文检索词,在中国知网、万方、PubMed、Web of Science和ScienceDirect数据库检索与生物电效应骨组织工程支架相关的文献,最终纳入87篇进行系统归纳、总结和分析。结果与结论:①生物电效应结合体外电刺激设计骨组织工程支架是一种理想可行的方法,主要涉及的材料包括金属材料、石墨烯材料、天然生物衍生材料以及人工合成生物材料;目前运用最广泛的导电材料是石墨烯材料,得益于自身的超强导电性能、大比表面积、同细胞及骨骼的良好生物相容性以及优异的力学性能。②石墨烯材料主要是作为修饰材料引入支架以增强整体支架的电导率,同时其大表面积和丰富的官能团能够促进生物活性物质的装载和释放。③然而生物电效应的骨组织工程支架尚存一些重大挑战需要克服:满足导电性能的同时还需考虑支架的综合性能;缺乏统一、标准化的生物电效应骨组织工程支架的制备方式;体外电刺激干预系统尚不够成熟;缺乏个体化指导支架的选择以实现针对不同病理情况的患者选择并设计最适宜的支架。④研究者们在设计导电支架时,要深入考虑支架的综合效应,譬如生物相容性、力学性能以及生物降解性能等,而此种综合性能可以通过多种材料的复合来实现。⑤除此之外,临床转化应该是导电支架设计的最终考量,在评估出电刺激作用于人体且有利于骨缺损修复的安全电流阈值的基础之上,设计动物实验以及基础实验,然后应用于临床,从而在未来实现生物电效应骨组织工程支架应用于临床的终极目标。

关键词： 冷喷涂   多孔钽涂层   溶血率   细胞毒性  

摘要： 目的提高生物医用钛合金的生物相容性。方法采用冷喷涂技术在其表面制备了内部多孔且表面粗糙的钽涂层,并对涂层的微观组织、弹性模量、表面粗糙度、孔隙率、相组成等进行表征;通过溶血率实验、动态凝血时间实验、血小板黏附实验和细胞增殖实验等评价其血液相容性。结果涂层表面粗糙度为24.9μm,孔隙率为12.6%,弹性模量为147 GPa。喷涂后涂层相组成为Ta,涂层与基体的结合强度为24 MPa。TC4钛合金基体和钽涂层2种材料均具有优异的红细胞相容性且2种材料表面的动态凝血程度相似,表明在TC4钛合金表面制备钽涂层后,钽涂层不会影响凝血因子的活性。钽涂层具有更好的防止血小板黏附与变形的性能。在细胞增殖实验中,细胞在钽涂层表面的增殖能力略高于TC4钛合金。结论多孔钽涂层的弹性模量相对钽块降低了22%。其生物活性高于TC4钛合金基体。

关键词： 骨组织工程支架   多孔铁   Fe-Zn合金   降解性能   生物相容性   抗菌性能  

摘要： 目的以多孔铁为基体,利用脉冲电沉积制备可降解多孔Fe@Fe-Zn复合材料骨组织工程支架,以期提高材料的降解速率和抗菌性能。方法通过调节脉冲频率,得到不同Zn含量的Fe-Zn合金层;使用电子探针、X射线衍射仪、扫描电镜来研究材料的元素含量、相组成和显微结构;通过压缩测试考察支架的力学性能;用体外浸泡来考察材料的降解性能;用浸提液培养分析材料对小鼠胚胎成骨细胞的黏附铺展和细胞活性的影响;用浸提液和直接培养来探究材料的抗大肠杆菌性能。结果随脉冲频率增加,合金中Zn含量减小;不同合金均为单一的α(Fe)相;电沉积组织致密,杂质含量低;Zn含量为7.5%(均以质量分数计)时,支架抗压屈服强度较多孔铁提升6%;复合材料的降解速率为0.44~0.48 mm/a,较多孔铁有显著改善;复合材料浸提液在稀释到25%(体积分数)时,表现出良好的细胞相容性,且随Zn含量增加,细胞活性增强;Zn含量为7.5%时,材料的抗菌性能最好。结论通过电沉积制备的Fe@Fe-Zn支架的腐蚀速率相较于多孔铁有明显提高。随合金层中Zn含量的增加,其细胞活性增强,抗菌性能提高。Fe@Fe-Zn有望发展为可广泛应用的可降解骨组织工程支架材料。

关键词： 有限元   All-on-4   无牙颌   窄种植体   标准种植体   倾斜种植体   悬臂梁   短种植体   支架材料   咬合设计   生物力学  

摘要： 背景:随着无牙颌修复需求增加,“All-on-4”技术被广泛应用。种植体与天然牙的载荷传递方式不同,三维有限元分析可研究功能载荷作用下种植体及周围骨组织的应力分布,并在此基础上为寻找适合的种植体材料、优化种植体的几何结构、设计临床手术方案提供了研究方法。目的:对三维有限元分析法在“All-on-4”技术方面的相关研究作一综述。方法:检索中国知网和PubMed数据库2003-2023年相关文献,英文检索词为“Finite Element Method,All-on-4,edentulous,Biomechanics”,中文检索词为“有限元,All-on-4,无牙颌,生物力学”,根据纳入排除标准筛选符合标准的文献,最终纳入65篇文献进行综述。结果与结论:①对水平骨量不足的情况,研究者们可以选择应用窄直径种植体,但需要注意悬臂的存在对应力分布的影响,降低失败的风险。②“All-on-4”概念通过倾斜远中种植体的方法,减少骨的应力分布,但在不同的颌骨类型中,远中种植体倾斜的理想角度还需要进一步的研究。③悬臂的存在会增加种植失败的风险,将悬臂长度/AP距(CL/AP)的比值控制在0.9时,有助于减少机械并发症的发生。④用弹性模量较低的材料制作支架时,支架自身的应力较小,但会增加种植体、中央螺丝、基台及种植体周围骨组织的应力,相反使用弹性模量较大的材料,会降低修复体组件和种植体周围骨组织的应力,但支架本身的应力较高。⑤“All-on-4”概念可以实现较好的力学平衡,但需结合患者自身的具体情况制定一个长期有效的治疗方案。⑥合理的咬合设计是影响种植治疗成功的关键,尖牙引导牙合和组牙功能牙合在修复体的寿命方面无差异。然而,影响咬合设计的原因有很多,未来还需要进一步的体外实验以及大量临床研究来探索“All-on-4”理想的咬合设计。