【摘 要】
：
关节软骨是人体关节部位承担支撑、缓冲以及润滑的重要组织。其基本结构由表面的透明软骨层、中深层的钙化软骨层及软骨下骨层构成。相关数据表明,关节软骨损伤在关节疾病中具有极高的比重。而天然软骨内部营养供给困难,软骨细胞增殖能力较弱,这使其在损伤后难以自我修复生长。目前应对软骨损伤的主要方法仍旧为药物治疗及临床治疗,损伤部位难以再生修复,治疗效果较差,恢复期长且手术痛苦较大。因此对人工软骨的研究成为当前研
【基金项目】
：
国家自然科学基金（11802197）； 山西省重点研发计划（国际科技合作）项目（201903D421064）；
论文部分内容阅读
关节软骨是人体关节部位承担支撑、缓冲以及润滑的重要组织。其基本结构由表面的透明软骨层、中深层的钙化软骨层及软骨下骨层构成。相关数据表明,关节软骨损伤在关节疾病中具有极高的比重。而天然软骨内部营养供给困难,软骨细胞增殖能力较弱,这使其在损伤后难以自我修复生长。目前应对软骨损伤的主要方法仍旧为药物治疗及临床治疗,损伤部位难以再生修复,治疗效果较差,恢复期长且手术痛苦较大。因此对人工软骨的研究成为当前研究的热点。当前已投入临床使用的人工软骨替代材料多采用塑料、金属或陶瓷制备,在植入体内后难以与骨或软骨界面产生良好结合。同时其耐腐蚀性等问题仍待解决。常规软骨替代材料的上述问题使得通过组织工程学进行关节骨软骨损伤修复的研究逐渐成为当前研究的主要方向。针对以上问题,本论文设计并制备了一体化仿生水凝胶骨软骨修复材料来解决上述问题,其包括了两层功能水凝胶层,分别用于软骨层及软骨下骨层的修复,主要研究结果如下:（1）通过渗透PAA制备了PVA/PAA高强度水凝胶材料,能够满足软骨层的修复需求。PVA/PAA Cold-Drawn水凝胶的抗拉强度和拉伸弹性模量达到了到14.54±0.89 MPa和2.67±0.47 MPa,80%应变下抗压强度及压缩弹性模量达到了22.04±0.67 MPa和2.12±0.11 MPa,且具有良好的细胞相容性,能够促进细胞在其表面的生长黏附。（2）通过PAM及MBA为原材料制备了PAM交联网络水凝胶,在此基础上进一步制备了PAM-Mineralized水凝胶,在该水凝胶的表面具有稳定的矿化结构。对该矿化结构进行分析表明该矿化结构主要成分为羟基磷灰石。力学性能测试表明该矿化过程并未影响PAM-Mineralized水凝胶的力学性能,其力学性能基本与PAM水凝胶一致,同时矿化结构的存在有效提高了PAM-Mineralized水凝胶的细胞相容性,使得MC3T3-E1细胞在其表面能够良好的黏附生长,有利于其与软骨下骨的结合,且具有良好的成骨分化能力。（3）结合PVA/PAA Cold-Drawn水凝胶及PAM水凝胶的特性,通过一体化成型制备了PVA/PAA-PAM一体化水凝胶,该水凝胶具有良好的一体性,有效的解决了单一成分水凝胶难以满足软骨修复的需求。通过一体化成型的方法使得水凝胶中不存在通常多级水凝胶结构的界面层,有效解决了多级水凝胶层间易发生移位的缺点。
其他文献
纯钛及其合金因其具有良好的力学性能和生物相容性被广泛应用于骨植入体材料,但其骨整合能力仍显不足。植入体的骨整合是一个由炎症反应驱动的复杂生物学过程,炎症反应的发展和结果将影响内皮细胞的成血管能力,而植入体周围的血管新生又是成骨和骨整合的先决条件。巨噬细胞作为炎症反应的主要效应细胞,可响应植入体表面理化性质并分泌特定的细胞因子介导血管新生。然而,外泌体作为细胞间通讯的重要媒介,是否参与植入体表面介导
相比于钛合金、不锈钢以及钴铬合金等传统的医用植入材料,镁合金展现出其独特的优良性能,例如:与人体骨骼相似的弹性模量和密度,优良的铸造性能以及较高的比强度。此外,镁合金还可以在植入人体后自行降解为镁离子,被人体吸收后排出体外,避免二次手术对患者造成的伤害。综上所述,镁合金有潜力成为新一代的可降解生物医用材料。然而,镁合金的耐腐蚀性能差且腐蚀过程不可控,这极大的限制了其在医学领域中的应用。目前提高镁合
生物组织材料的特性一直是生物力学、生物材料等领域研究的热门和重点问题。随着生物医学工程领域的快速发展,生物材料的特性对于研究生物组织至关重要。有研究表明,生物组织材料的图像灰度、密度和其力学性能之间有着十分密切的关系,并可应用于生物医学工程的众多研究领域中,如在生物在体、离体组织的力学性能分析,生物组织有限元建模和分析,组织损伤与康复等领域。本文着力于研究生物组织材料的力学性能与密度以及图像灰度之
硬组织植入体虽已用于临床,但骨整合能力仍显不足。植入体周围血管生成是成骨和骨整合的先决条件,因此通过提高植入体周围内皮细胞的成血管能力促进骨整合受到广泛关注。巨噬细胞作为生物体重要的免疫细胞,现已被证实它在血管生成中发挥免疫调节功能。缺氧的微环境可稳定巨噬细胞和内皮细胞的缺氧诱导因子-1α（HIF-1α）,从而促进血管内皮生长因子（VEGF）的表达和分泌,诱导血管生成。然而,作为细胞间通讯的新型载
皮肤损伤是人类甚至动物身上最为常见的外科伤口之一。加速伤口愈合、改善愈合效果是人类长期追求的目标。当前伤口敷料行业面临着治疗理念革新和产品迭代加速等多重考验,基于湿性愈合理论的伤口敷料正逐步取代传统的干性敷料,敷料发展逐渐趋于多样化、仿生化、定制化。然而,目前的伤口敷料仍存在诸多问题,如力学性能与伤口创面不匹配、抗菌时间不足、透气性差、容易造成二次感染,距离成为理想伤口敷料尚有差距。从基础研究和临
在当今社会,心血管疾病在世界范围内的发病率和致死率在逐年提升,迫切需要一种高性能、对人体无害的心血管支架材料。镁合金由于其低密度,良好的生物相容性,以及优异的力学相容性等特点,被认为是理想的心血管支架材料。但镁合金在人体内的降解速率较快,如何在体内服役期间保证其力学完整性,成为镁合金心血管支架走向现实应用的难题。因此如何提高镁合金在人体的耐腐蚀性能,降低其降解速率,成为了近年来科研工作者的研究热点
为实现心血管疾病治疗中组织器官的替换,寻找一种合适的生物墨水来进行三维构建以打印组织器官的替代物势在必行。GelMA水凝胶作为一种生物相容性和细胞活性良好的生物材料已被广泛应用于生物墨水的打印。但是该生物墨水打印的结构力学性能并不优异,因此需要改善其力学性能,并进一步提高其生物相容性,以便用于人工血管材料的打印。通过将ODMA插入GelMA中可使ODMA-GelMA水凝胶变得更有韧性、更有弹性。本
细胞在损伤修复、癌症转移等生理病理过程的铺展与迁移变形都开始于局部的细胞骨架蛋白、力学、形态学改变,并且始终紧密联系。细胞边缘区域具有活跃而显著的变形,是体内、体外的微环境条件细胞感知微环境改变并做出响应的最直接表现之一。这一过程综合了细胞内骨架蛋白及其调节蛋白、细胞力学性质、细胞结构与形态、细胞外基质特性等诸多环节的调控。体内细胞在生长、迁移、分化的过程中,均需要调节边缘以适应体内微环境和生理特
膝关节是人体关节中最大、最复杂的关节之一,对人们的日常生活和运动有重要作用。由于膝关节常承受数倍于人体重量的负载,所以膝关节亦是人体中最易受损的关节之一。全膝关节置换术作为一种治疗膝关节严重损伤的有效手段,现已广泛应用于膝关节的临床治疗中。尽管患者对膝关节置换术的满意度颇高,但术后胫骨假体的无菌性松动往往会导致假体失效,患者因此必须进行翻修手术。植入假体与植入部位骨的刚度差异过大,导致在植入假体周
圆锥角膜是一种角膜扩张性疾病,在临床中是较为常见的致盲性疾病之一。角膜是一种典型的承载组织,在眼内压的作用下角膜主要承受拉伸和剪切载荷的作用。圆锥角膜局部组织变薄、结构破坏、材料性能降低,导致角膜内部应力发生重新分布。多种炎性因子在圆锥角膜患者角膜组织、细胞及泪液过度表达。miRNAs作为重要的基因表达调控因子,与角膜的生理病理过程密切相关,miRNAs还与转录因子KLFs相互作用参与炎症介质的表