《神奇硅材料 让骨骼、组织再生》

  • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: 冯瑞华
  • 发布时间:2020-04-02
  • 记者在北京幸福益生高新技术有限公司看到,企业研发了具有独立知识产权的再生硅(RegeSi)再生医学材料及产业化技术。该材料是一种可以同时、快速键合、修复骨骼和软组织的再生医学生物材料。

      上图 科研人员展示再生硅系列产品。再生硅产业化技术已实现规模化量产。

      

    下图 纳米级的再生硅材料具有非常高的生物活性。

  • 原文来源:http://stm.las.ac.cn/STMonitor/user/intelligence/recordRecommendedit.htm?parentPageId=1585817051125&serverId=12
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    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
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    • 骨组织工程(BTE)是材料科学和生物工程领域的一个新兴领域,研究人员致力于设计一种理想的仿生材料,优化当前的骨骼辅助修复手段。尽管目前还没有实验成果能从实验台上转移到临床领域,但在结合了各类尖端技术的研究中,已经出现不少令业内人士兴奋的新方法。从实验室的生物制造过程来看,细胞、蛋白质、生物成分和生物材料的相互作用,可以实现工业化规模的再生医学材料制造。 德累斯顿大学(TU Dresden)医学院转化骨、关节和软组织研究中心(Centre for Translational Bone,简称CBT)的研究人员在《生物制造》(Biofabrication)杂志上撰文指出,他们研发了一种磷酸钙接合剂配方,通过将活的生物细胞封装在3D打印BTE材料的生物墨水中,建立类似于基质的支架。研究人员最初提出的制造方案,主要方向是为细胞在糊状磷酸钙骨接合剂(CPC)中存活提供最佳条件,随后,他们又提出了一种用于骨发育和软骨发育的软骨组织移植模型。 制造仿生材料是高度复杂的工程,细胞和细胞外基质复杂的特性,使其天然难以使用现有技术再现。因此,组织工程的主要目标是,开发功能相似的结构和类似于组织或器官的生物/化学成分。由于生物矿化材料更适合设计骨骼模拟基质,格林斯基(Gelinsky)和他的同事们使用了一种多通道3D打印技术,将自定CPC与间充质干细胞生物墨水结合起来。这种含有人类细胞的生物墨水是用海藻酸酯甲基纤维素(alg/mc)混合制成的,由同组研究人员早前研发。 总的来说,新型生物材料包括可标绘CPC、载有细胞的生物墨水和纳米晶羟基磷灰石(HAp),在3D打印生物支架生物淋溶器中通过多通道挤压,制成高刚度、骨状矿物结构的支架以支持细胞生长。为了了解材料化学特性对骨拟态程度的影响,研究人员分别测试了alg/mc和CPC支架的单相成分,以及CPC-alg/mc细胞负载支架的两相结合产物。 因为藻酸盐生物墨水中含有细胞,尤其是可以无限增长的间充质干细胞,它被认为可以用于大规模的生物打印和添加制造技术。为了制作支架材料,CPC和生物墨水都以3D打印的方式绘制在一个类似于细线的装配体中,形成了一个大孔的网状结构,为嵌入的细胞补充氧气和营养。 就目前而言,研究员们用立体光学显微镜和扫描电镜观察到的大孔结构,还只是实验状态下的简化版本,只是为了确定支架在细胞生长和组织再生方面的潜力。接下来,他们还要研究更合适的孔隙结构,以支持辅助体内骨再生的生物植入物。 3D打印的双相支架经受住了通用测试系统的张力和压缩机械测试,其支持细胞的能力也被细胞活力测试证明达标。由于本研究首次将CPC与alg/mc生物墨水两相结合,因此工程过程必须进行优化,以防止生物制造过程中的微裂纹,同时还需延续长期细胞相容性以保护嵌入细胞。 在第一天支架放置时,CPC-bioink表面局部会出现细胞损伤,几天后,当细胞开始向CPC链迁移进行增殖时,损伤会得到补偿。这种迁移可能是由CPC的微粗糙度和表面刚度介导的,这对细胞的生长很有吸引力。由于最初的细胞毒性是由pH值下降引起的,所以作者建议,设计生物油墨时,需要考虑抵抗/缓冲生物制造过程中的pH值变化。 在概念性方案中,作者推荐使用单相CPC构建软骨下骨,用alg/mc构建软骨成分,在表面分离出一种模拟钙化软骨的交织网状带,从而制造出一种用于BTE的3D打印生物原位骨软骨支架。这种支架可以在临床手术中构建,通过控制细胞播种,促进表面组织再生,为今后BTE的转化研究工作提供参考。
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    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2020-11-30
    • 俄罗斯托木斯克工业大学科研人员,利用化学重氮处理压电聚羟基丁酸酯支架表面以促进成骨细胞生长的技术,开发出一种可有效再生骨骼、皮肤和神经组织的新型材料。相关研究结果近日发表在《今日应用材料》杂志上。   所谓的压电效应是某些材料将机械变形能转化为表面电荷的能力。人体具有许多电感应细胞和压电组织,包括骨骼。现代康复医学中越来越多地使用具有类似于人体组织的压电特性的材料。具有必要性能的压电聚合物很难被水和生物基质润湿,从而阻止了细胞黏附于其表面,有效地促进了组织再生。虽然提高润湿性的常规方法会导致压电效应显著降低,但俄罗斯研究人员开发的聚合物表面改性方法有助于解决这一问题。   俄托木斯克工业大学材料与复合材料物理中心的负责人罗曼·苏尔梅涅夫解释说,人体能够通过细胞过程的电刺激来再生骨骼组织,具有压电特性的植入物可以加速骨骼缺陷骨缺损(如骨折或裂缝)的修复。利用改变植入物表面的方法(使用特殊有机分子的薄层)不仅提高了润湿性和细胞响应能力,而且不会改变基材的压电性能。   罗曼·苏尔梅涅夫称,通过涂覆芳香族重氮盐可以改善聚合物的特性,他们的研究中使用了聚3-羟基丁酸酯,它是一种生物相容且可生物降解的压电材料,广泛应用于医疗实践。   俄托木斯克工业大学化学与生物医学技术研究所副教授帕维尔·波斯特尼科夫说:“通过控制治疗的持续时间、重氮盐的含量以及将其附着在聚合物上的紫外线源的功率,可以改变接种到植入物表面的官能团的数量,从而调整其参数,以完成特定的临床任务。”   帕维尔·波斯特尼科夫称,植入物表面存在压电电荷,当与人体组织接触时会形成电场,从而激活某些类型的细胞,以这种方式改性的压电聚合物可以应用于骨骼、皮肤甚至神经组织的康复。