目的 探索钛酸钡压电涂层钛合金材料对巨噬细胞增殖及破骨分化的影响.方法 分别以钛酸钡涂层多孔钛合金(PTB)和单纯多孔钛合金(PT)为实验组和对照组,通过micro-CT、SEM、EDS等观察了解钛酸钡涂层多孔钛合金材料的表面特征;通过循环负载装置制备材料提取液,在动态负载条件下进行RAW264.7细胞-材料共培养,采用SEM、CCK-8、AM-PI染色观察细胞生长状态及增殖活性;利用RANKL对与钛酸钡压电涂层多孔钛合金材料动态负载共培养后的细胞进行破骨分化诱导及TRAP染色,观察分析钛酸钡涂层多孔钛合金压电材料对破骨分化的影响.结果 micro-CT显示涂层对总体结构影响不大,SEM显示表面钛酸钡涂层致密、形态规整、结合紧密,EDS显示钛酸钡涂层元素组成合理、分布均匀,材料压电系数(d33)测量显示PTB组压电系数接近天然骨.CCK-8显示两组材料动态提取液细胞毒性等级为Ⅰ级,SEM显示两组表面细胞生长状态良好,Calcein-AM/PI染色显示PTB组细胞表现出更强的增殖活力,流式凋亡显示两组细胞凋亡率与空白对照组差异无统计学意义(P>0.05),破骨诱导结果显示PTB组细胞总数较多、破骨细胞计数和占比均下降.结论 钛酸钡涂层多孔钛合金材料,可在负载条件下形成局部微电场,促进细胞增殖并抑制破骨分化.

目的:探讨氧化石墨烯-壳聚糖改性的钛酸钡纳米颗粒(BCG-NPs)与聚偏氟乙烯-三氟乙烯(P(VDF-TrFE))复合压电材料对人脐带间充质干细胞(hWJ-MSC)成骨分化的影响.方法:采用滴涂法在钛表面制备BCG-NPs/P(VDF-TrFE)涂层(BCGP-Ti),对其表面形貌、物相组成、亲水性和压电性能进行表征.通过模拟体液浸泡实验检测样本体外矿化的能力.将hWJ-MSC接种在样本表面,采用CCK-8检测细胞活力,细胞骨架染色观察hWJ-MSC铺展情况,碱性磷酸酶(ALP)和茜素红染色分别评估ALP活性和矿化水平,实时荧光定量PCR和免疫荧光染色检测成骨分化相关基因和蛋白表达.将Ti棒与BCGP-Ti棒分别植入SD大鼠股骨,Micro-CT和组织学染色观察骨整合效果.结果:扫描电镜和X射线衍射分析证实BCGP-Ti涂层成功构建.极化后BCGP-Ti具有良好的压电响应,其亲水性优于Ti和未极化的BCGP-Ti(P＜0.01),体外矿化的能力高于Ti和未极化的BCGP-Ti(P＜0.01).hWJ-MSC在极化后BCGP-Ti表面铺展的面积较Ti组增加(P＜0.05).与Ti相比,极化后BCGP-Ti促进hWJ-MSC矿化水平、ALP以及Ⅰ型胶原蛋白(COL1)、Runt相关转录因子(RUNX2)、骨钙素(OCN)等成骨分化相关基因和蛋白的表达(P＜0.05),在体内实现更好的骨整合.结论:在钛基表面构建BCG-NPs/P(VDF-TrFE)涂层可诱导hWJ-MSC成骨分化促进骨整合.

目的 探讨基于偏氟乙烯(vinylidene fluoride,VDF)和三氟乙烯(trifluoroethylene,TrFE)的共聚物[poly(VDF-TrFE),P(VDF-TrFE)]构建的复合压电纳米粒子在脑胶质瘤细胞中治疗和成像的效能.方法 对P(VDF-TrFE)压电材料进行晶型重塑和亲水性改善,通过点击化学反应将精氨酰-甘氨酰-天冬氨酸合成肽(Arg-Gly-Asp,RGD)连接到二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇-马来酰亚胺脂[1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine-poly(ethylene glycol)-maleimide,DSPE-PEG-Mal]上;同时以DSPE-PEG-四氮杂环配体(DSPE-PEG-tetranitroheterocyclic ligand,DSPE-PEG-DOTA)为底液,加入一定量醋酸钆溶液,通过螯合获得 DSPE-PEG-DOTA-钆造影剂(DSPE-PEG-DOTA-Gd);按比例将重塑后的 P(VDF-TrFE)、DAPE-PEG-Mal-RGD 和DSPE-PEG-DOTA-Gd混合,最后获得复合压电纳米粒子P(VDF-TrFE)@DOTA-Gd@RGD,对其进行表征以及用于细胞层面实验研究.结果 P(VDF-TrFE)@DOTA-Gd@RGD复合压电纳米粒子具有优异的稳定性,尤其是在达尔伯克氏必需基本培养基(Dulbecco's modified eagle medium,DMEM)中,其粒径随时间变化保持在 160 nm左右;经过晶型重塑后,P(VDF-TrFE)@DOTA-Gd@RGD的压电性能明显提高,表面电势约为 4.2 mV;该纳米粒子可作为磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)显像剂,而且在超声激发下,P(VDF-TrFE)@DOTA-Gd@RGD复合压电纳米粒子能产生大量活性氧,抑制了胶质瘤细胞的增殖、侵袭和迁移能力,同时还促进其凋亡.结论 P(VDF-TrFE)@DOTA-Gd@RGD复合压电纳米粒子作为MRI显像剂可以用于脑胶质瘤的定位,且可以作为一种声敏剂用于脑胶质瘤细胞的声动力治疗.

背景:可控的压电效应能促进组织的再生与修复,压电材料在负重组织工程领域应用广泛.目的:制备一种可促进骨组织再生的压电薄膜材料,探究其结构表征、电输出性能、生物相容性及其电输出对兔骨髓间充质干细胞成骨分化的影响.方法:以聚3-羟基丁酸酯4-羟基丁酸酯(poly-3-hydroxybutyrateco/4-hydroxybutyrate,P34HB)为原料,加入质量比分别为0%,5%,10%,15%,20%的锡钛酸钡钙(Ba0.94Ca0.06Sn0.08Ti0.92O3,BCST)粉末,以二氯甲烷为溶剂,通过真空干燥方法制得150-200 μm厚度BCST/P34HB压电薄膜材料,经油浴极化后,检测其表面形貌、物相组成、压电系数和开路电压,以及BCST/P34HB在110 Hz、0.25 N力幅度下的电输出对兔骨髓间充质干细胞增殖和成骨分化的影响.结果与结论:①扫描电镜、X射线衍射、水接触角、压电系数检测及电输出性能测试显示,当BCST质量比增加至20%时,BCST/P34HB压电薄膜有着良好的压电性能(d33=5.9 pC/N)及电输出性能(180 mV),更接近500 mV的合适电刺激成骨范围;②活死染色显示,与兔骨髓间充质干细胞共培养第1天,15%组与20%组显示出较少的红色荧光;当培养到第5天时,各组绿色荧光数量较第1天明显增多,10%组、15%组和20%组未见红色荧光,仅0%组和5%组有少量的红色荧光;③阿尔玛蓝染色显示,与兔骨髓间充质干细胞共培养第1,3,5天,随着时间的增加,各组细胞都呈现出增长的趋势,当培养到第5天时,20%组的细胞量明显高于0%组(P<0.05);④成骨诱导第10天,碱性磷酸酶染色结果显示20%组的染色阳性率明显高于0%组(P=0.000 1);成骨诱导第21天,茜素红染色和钙结节定量分析显示出了与碱性磷酸酶染色相似的趋势,与0%组相比,15%组和20%组均显示出明显的差异(P<0.01,P<0.000 1);⑤结果表明,20%BCST/P34HB薄膜具有良好的压电性能、电输出性能、生物相容性及促骨髓间充质干细胞成骨分化能力.

背景:聚偏氟乙烯具有压电性能、良好的生物相容性和无毒性,使其成为骨膜修复合适的候选材料.目的:评价掺锌镁离子静电纺丝聚偏氟乙烯压电仿生骨膜的体外细胞毒性.方法:采用静电纺丝技术分别制备纯聚偏氟乙烯、掺锌离子聚偏氟乙烯、掺镁离子聚偏氟乙烯、掺锌镁离子聚偏氟乙烯压电仿生骨膜,依次命名为PVDF、PVDF-Zn、PVDF-Mg和PVDF-Zn-Mg,其中锌、镁离子的质量分数均为1%.将成骨细胞、血管内皮细胞分别与4组仿生骨膜共培养,通过碱性磷酸酶染色、CD31免疫荧光染色、扫描电镜观察与CCK-8法检测仿生骨膜的细胞相容性.结果与结论:①成骨细胞:培养7 d的碱性磷酸酶染色显示,PVDF-Zn组碱性磷酸酶分泌多于其他3组.扫描电镜下可见,培养1 d时,细胞在PVDF-Mg和PVDF-Zn-Mg仿生骨膜表面得到了一定的铺展,伪足向四周伸展;到3 d时,各组细胞边缘向材料伸出伪足;到第5,7天时,细胞铺展充分、生长形态良好且牢牢地覆盖在纤维表面,细胞伪足向四周及纤维空隙中伸展.CCK-8检测显示,随着时间的推移,各组仿生骨膜上的细胞增殖呈上升趋势,培养1,3,5,7 d的细胞相对增殖率均≥75%,细胞毒性≤1级.②血管内皮细胞:培养3 d的CD31免疫荧光染色显示,细胞在各组仿生骨膜上良好地黏附和铺展,彼此连接,其中PVDF-Zn-Mg组细胞数量多于其他3组.扫描电镜下可见,培养1,3 d时,细胞开始黏附在各组纤维表面;到5 d时,细胞在纤维表面均铺展良好并伸出明显的伪足;到7 d时,PVDF-Mg、PVDF-Zn-Mg仿生骨膜上的细胞呈复层生长,并伸展伪足至纤维空隙内.CCK-8检测显示,随着时间推移,各组仿生骨膜上的细胞增殖呈下降趋势,培养1,3,5,7 d的细胞相对增殖率均≥125%,细胞毒性为0级.③结果表明:掺锌镁离子静电纺丝聚偏氟乙烯压电仿生骨膜具有良好的细胞相容性.

背景:骨是一种天然压电材料,具有仿生压电效应的组织工程材料可应用于骨组织缺损的修复.目的:基于固相力化学技术制备一种有促成骨能力的压电支架材料,表征其对成骨细胞黏附、增殖和成骨分化能力的影响.方法:通过固相剪切碾磨技术混合不同质量比例的聚偏二氟乙烯及NaCl粉体(质量比分别为60∶40、50∶50、40∶60、30∶70),熔融下形成块状材料后通过纯水溶解去除NaCl,最终制备得到具有不同孔隙率的聚偏二氟乙烯压电泡沫支架(依次命名为PVDF-40、PVDF-50、PVDF-60、PVDF-70).表征各组支架表面形貌、晶相构成、热力学行为、机械性能、压电性能.将4组支架分别与MG63细胞共培养,检测支架的生物相容性及促成骨分化能力.结果与结论:①扫描电镜下可见4组支架具有多层级孔隙,随着混合粉体中NaCl质量分数的增加,支架的孔隙率升高;X射线能量色散谱、X射线衍射图谱、傅里叶变换红外光谱及热失重分析结果显示,4组支架材料主体为不具压电性的α相,固相力化学激发出更多β相,以增强其压电性能,其中PVDF-60组β相含量占比最高;循环压缩测试及压电性能测试结果显示,PVDF-60组相较其他组拥有更高的压缩强度和压电性能;②扫描电镜与激光共聚焦显微镜下可见MG63细胞良好地黏附于4组支架表面,细胞形态良好并伸出较多的伪足、分泌大量细胞外基质;CCK-8实验显示,PVDF-60组培养4 d的细胞增殖吸光度值高于其他3组(P<0.000 1);碱性磷酸酶染色及茜素红染色显示,PVDF-60组碱性磷酸酶表达与钙化结节数量均高于其他3组(P<0.01,P<0.000 1);③聚偏二氟乙烯压电泡沫支架均具有较好的细胞相容性,其中PVDF-60组具有更优异的力学性能、压电性能和骨诱导能力.

目的 在低强度脉冲超声波(LIPUS)作用下对比研究钛酸钡/微弧氧化钛合金多孔材料(简称BaTiO3)和氧化锌臌弧氧化钛合金多孔材料(简称ZnO)的表面MC3T3-E1成骨细胞增殖和分化的特性.方法 分别将BaTiO3和ZnO这2种材料随机分成超声组(UBaTiO3组和UZnO组)和对照组(CBaTiO3组和CZnO组),将MC3T3-E1成骨细胞与材料复合培养,超声组每天接受20 minLIPUS辐照,对照组为不开功率源假辐照.通过检测噻唑兰(MTT)、碱性磷酸酶(ALP)和骨钙素(OCN)值观察成骨细胞增殖和分化的水平.结果 4d时UBaTiO3组MTT值高于CBaTiO3组,差异有统计学意义(P＜0.05);1、4和7 d时UBaTiO3组和CBaTiO3组的MTT值均高于UZnO组和CZnO组,差异均有统计学意义(P＜0.05).4和7 d时UBaTiO3组的ALP值高于CBaTiO3组,7d时UZnO组的ALP值高于CZnO组,差异均有统计学意义(P＜ 0.05);4和7 d时UBaTiO3组和CBaTiO3组的ALP值均高于UZnO组和CZnO组,差异均有统计学意义(P＜0.05).7、10和14d时UBaTiO3纽的OCN值高于CBaTiO3组,14 d时UZnO组的OCN值高于CZnO组,差异均有统计学意义(P＜0.05),7、10和14 d时UBaTiO3组的OCN值高于UZnO组,10和14 d时CBaTiO3组的OCN值高于CZnO组,差异均有统计学意义(P＜0.05).结论 LIPUS可以促进BaTiO3和ZnO这2种材料上MC3T3-E1的增殖与分化.在LIPUS作用下,BaTiO3材料优于ZnO材料,更具有成为骨修复材料的潜能.

背景:3D生物打印技术在组织工程领域具有巨大潜力,有望利用活细胞和活性生物材料构建具有良好生物组织相容性和生物学功能的简单组织和器官.目的:分析3D生物打印技术和各种生物材料的特点,探讨其在相关组织/器官类似物制造中的应用.方法:应用计算机检索1998至2017年PubMed数据库、Web of Science数据库、Medline数据库、万方医学网数据库有关3D生物打印技术和应用的相关文献.以"3D生物打印,3D生物打印技术,生物材料,组织工程"为中文主题检索词;以"3D bioprinting,3D bioprinting technology,biomaterial,tissue engineering"为英文主题检索词,检索题目和摘要同时包含上述检索词的文献共88篇,排除重复性研究和无关研究,最终纳入47 篇文献进一步分析.结果与结论:目前应用比较广泛的3D生物打印技术主要包括喷墨式技术(热喷墨与压电喷墨)、压力辅助打印技术、激光辅助打印技术、光固化立体印刷技术(单光子和双光子).生物墨的构成除了原生活细胞,还包括天然聚合物和合成聚合物,各有优劣势.3D生物打印含有活细胞的组织/器官类似物在组织工程领域显示出巨大的潜力,尽管已有较广泛的研究,但目前的印刷技术只能完成相对简单的组织结构和生物功能,含有活细胞的3D组织/器官生物打印仍然处于探索阶段.

目的 研发批型18F正电子药物微流体合成器自动化控制系统,并合成18F-脱氧葡萄糖(FDG).方法 微流体合成器的微管道部分利用丝印技术和聚二甲基硅氧烷(PDMS)材料制作,微反应瓶使用定制的具有加热和冷却功能的玻璃瓶制成.利用可编程逻辑控制器、微气阀、温度传感器、恒压气源、稳压电源及负压泵实现对合成器数字量部分和模拟量部分的控制,人机交互界面基于Kingview软件设计.通过编写合成18F-FDG的程序并自动化多次合成18F-FDG来测试系统的稳定性及可靠性,测定合成的18F-FDG的标记率、放化纯、氨基聚醚(K2.2.2)含量、乙腈残余量、产品性状、pH值,并对产品进行无菌检查和细菌内毒素检查.结果 制成的18F批型微流体合成器大小为10cm×10cm×15cm,其控制系统大小类似于台式机机箱,单次合成18 F-FDG使用的前体量为2.5 mg.控制系统人机交互界面能够让用户自主编程,利用该控制系统合成的18F-FDG放化纯大于95％,第1步18F标记反应的标记率为(92.4±1.4)％.18 F-FDG产率为(35.6±5.6)％(时间校正),乙腈含量为(12.8±2.6)μg/g,K2.2.2含量均低于50μg/g,无菌检查和细菌内毒素检查结果均为阴性,产品性状为澄明液体,pH值为6.2±0.4.结论 成功制备了批型18F正电子药物微流体合成器,并进行了18 F-FDG的合成.该合成器具有集成度高、体积小、标记前体用量少、易编程等优点.

聚羟基脂肪酸酯(Polyhydroxyalkanoates,简称PHA)是由微生物合成的天然高分子基材料,作为微生物碳源和能源的储备物质.目前,PHA的单体种类有150多种,致使PHA的品种繁多、材料学性质各不相同.PHA具有材料多变性、非线性光学性能、压电性能、气体阻隔性能、热塑性、生物可降解性、良好的生物相容性等特点,使其在塑料包装、化工、医药、农业、生物能源等诸多领域的具有很大的应用前景.文中系统介绍了目前PHA的应用和未来的发展.