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关键词： 生物活性材料   骨感染   抗菌   骨再生   骨组织工程   复合材料   可视化分析  

摘要： 背景:随着对生物活性材料的深入研究,各类生物活性材料已成为抗骨感染的重要研究手段与治疗方法。目的:通过对生物活性材料治疗骨感染的相关文献进行可视化分析,探明该领域的研究现状。方法:以中国知网与Web of Science核心合集数据库为检索平台,检索生物活性材料治疗骨感染的相关文献,筛选后导入CiteSpace软件,对发文量、研究机构、作者、文献共被引、关键词等进行可视化分析。结果与结论:(1)根据文献检索及筛选得出中国知网共计纳入相关文献149篇,Web of Science核心合集数据库纳入相关文献1031篇,其中中国发文量最大,美国发文量中心性最高。(2)Web of Science核心合集数据库中发文前3的机构为上海交通大学、四川大学、中国科学院,中国知网发文前3的机构为第三军医大学、昆明医科大学、南方医科大学,其中SHUAI CJ及BOCCACCINI AR两位教授发文最多,HENCH LL教授被引用最高,《Biomaterials》杂志被引用最多。(3)Web of Science核心合集数据库中关键词出现频率最高的前3位为scaffolds、in vitro、bone,中国知网中关键词出现频率最高的前3位为骨髓炎、骨缺损、骨感染,结合关键词及文献共被引分析发现,该领域的研究热点为生物材料与抗菌性能、复合材料与多功能设计以及组织工程与骨再生3个方面。

关键词： 腰椎间盘突出症   骨质疏松   仰卧旋转扳法   坐位定点旋转扳法   有限元   生物力学   机制  

摘要： 背景:基于有限元建模的对比研究提出,对于退变前腰椎结构,传统斜扳法在力学效应强度方面具有优势,但改良斜扳法在应力分布合理性及操作安全性指标上表现更优。关于仰卧旋转扳法的力学作用机制及其在不同骨质条件下相较于坐位定点旋转扳法的疗效特异性仍缺乏系统性研究数据。目的:对比坐位/仰卧旋转扳法两手法在不同骨质下的生物力学特性。方法:选择1例符合条件的L4/5椎间盘突出的26岁女性患者,在签署知情同意书的前提下,获取其腰椎CT数据,基于CT数据建立并验证L4/5椎间盘突出三维有限元模型,通过改变模型材料属性,制作出正常骨量/骨质疏松状态三维有限元模型,通过设置不同加载条件分别模拟两种手法(仰卧旋转扳法/坐位定点旋转扳法),分别获取腰椎模型活动度、应力峰值、纤维环/髓核压力差与形变等指标数据,将数据导入统计软件制作相应统计图表并分析两种手法之间的疗效差异。结果与结论:①在相同力矩及骨质参数条件下,坐位定点旋转手法较仰卧旋转扳法可获得更大的关节活动范围,且在等效旋转角度实施时表现出更显著的安全性优势;②骨密度与手法作用范围呈显著负相关;③两种手法均能显著提升纤维环/髓核压力差(椎间盘内负压),促进突出物回纳;④纤维环应变梯度驱动髓核协同位移;⑤在等效骨密度条件下,仰卧旋转手法的高力矩加载对腰椎间盘突出症的复位效能显著提升。

关键词： 有限元分析   胸腰椎   骨质疏松   椎体置换   聚醚醚酮   生物力学  

摘要： 背景:椎体置换可以恢复脊柱前柱的稳定性并矫正畸形,但是传统的可扩张钛合金置换体的弹性模量较大、影像学存在伪影等,增加了邻近节段退变的风险。理论上,聚醚醚酮因具有类似于骨的密度、放射透光性及术中适应性,更适合骨质疏松患者,但仍缺乏足够的证据。目的:应用有限元分析法探讨后路短节段置钉联合新型可扩张聚醚醚酮置换体在骨质疏松椎体中的生物力学性能。方法:根据置钉方式及置换体材料的不同,建立4种T_(12)椎体置换有限元模型:模型1,经伤椎的普通椎弓根螺钉联合可扩张钛笼(M1);模型2,经伤椎的普通椎弓根螺钉联合聚醚醚酮置换体(M2);模型3,跨伤椎的骨水泥强化螺钉联合聚醚醚酮置换体(M3);模型4,经伤椎的骨水泥强化螺钉联合聚醚醚酮置换体(M4)。比较分析4组模型在相同边界条件下T_(11)-L_(1)节段的活动范围、内固定系统及邻近节段上下终板的von Mises最大应力。结果与结论:①对比M1、M2组,M2组在4种运动状态下的活动范围值较M1组增加,但差异不明显;M2组置换体在4种运动状态下的最大应力值较M1组减小,而且对邻近节段上下终板的最大应力较M1组减小;②对比M2、M3、M4组,M4组固定节段最大活动范围值最低,而且M4组钉棒系统及置换体在4种运动状态下的最大应力值均最小;M3组椎弓根螺钉在4个运动方向的最大应力值明显最高;M4组邻近节段上下终板在4个方向的最大应力值最低,但3组之间无显著差异;③提示在骨质疏松椎体置换过程中,可扩张聚醚醚酮置换体的生物力学性能与可扩张钛合金-置换体类似,甚至在抗置换体压缩及抗下沉方面性能更好;后路短节段置钉联合可扩张聚醚醚酮-置换体均能提供良好的稳定性,但是经伤椎骨水泥强化螺钉的生物力学性能最好,对内固定及上下终板的影响最小。

关键词： 桡骨远端骨折   尺背侧骨折块   掌侧锁定钢板   背侧微型钢板   生物力学   骨科植入物  

摘要： 背景:多年来,通过手术治疗桡骨远端关节内骨折已被广泛认可,但哪种手术方式能达到更好的疗效和最大限度恢复关节功能仍存在争议,无论选择何种治疗方法,目标都是解剖复位和稳定内固定。虽然掌侧锁定钢板固定已成为治疗桡骨远端骨折最常用的手术方式,但其无法保证实现尺背侧骨折块的足够稳定性。目的:分析单纯掌侧锁定钢板与联合背侧微型钢板固定治疗桡骨远端骨折尺背侧骨折块的生物力学特点,探讨不同桡骨远端骨折尺背侧骨折块模式的最佳内固定方法。方法:采用3D打印技术制作桡骨标本30例,建立桡骨远端骨折尺背侧骨折块模型,平均分为3组:组1建立伴有一块未超过Lister结节尺背侧骨折块的桡骨远端骨折模型;组2建立伴有一块超过Lister结节尺背侧骨折块的桡骨远端骨折模型;组3建立伴有尺背侧骨折块的桡骨远端粉碎性骨折模型。各组模型分别使用单纯掌侧锁定钢板固定或掌侧锁定钢板联合背侧微型钢板固定。将制备好的模型安装在生物力学定制夹具中,每个模型依次进行循坏载荷实验和失效载荷实验,观察生物力学稳定性。结果与结论:①在循环载荷实验中,所有测试模型均未失效;各组模型的刚度比较:组1初始阶段不同固定方式之间差异无显著性意义(P>0.05),在第1000,2000,3000次循环时不同固定方式之间差异有显著性意义(P<0.05);组2各阶段不同固定方式之间差异均无显著性意义(P>0.05);组3各阶段不同固定方式之间差异均有显著性意义(P<0.05);②在失效载荷实验中,各组模型的弹性极限比较:组1和组3不同固定方式之间差异有显著性意义(P<0.05);组2不同固定方式之间差异无显著性意义(P>0.05);各组模型的失效载荷比较:组1和组3不同固定方式之间差异有显著性意义(P<0.05);组2不同固定方式之间差异无显著性意义(P>0.05);③提示对于桡骨远端粉碎性骨折或伴有一块较小的未超过Lister结节的尺背侧骨折块,掌侧锁定钢板联合背侧微型钢板内固定的刚度和轴向压缩强度优于单纯掌侧锁定钢板,可在骨折愈合早期提供更为坚强的固定;对于伴有一块较大的超过Lister结节的尺背侧骨折块的桡骨远端骨折,两种固定方式的生物力学稳定性基本一致。

关键词： 龙氏牵引下正骨法   神经根型颈椎病   椎间孔容积   有限元分析   生物力学   相对位移   相对角度   椎间盘应变  

摘要： 背景:龙氏牵引下正骨法治疗神经根型颈椎病的临床疗效确切、应用广泛,但对于其生物力学起效机制尚未有明确报道。目的:基于三维有限元分析技术探讨龙氏牵引下正骨法改善颈椎椎间孔形变的生物力学依据。方法:基于之前开发并验证的耦合头颈部骨骼肌的有限元模型,将模型导入LS-DYNA软件,分别对经典颈椎牵引与龙氏牵引下正骨法的3个手法(推正法、扳按法及摇正法)进行仿真模拟。C5作为目标节段,设置相关边界条件,在200 N牵引力的前提下,先后对颈椎施加向前、向左下拉力及向左侧轴向旋转的扭矩以模拟手法实施,记录分析椎间孔相对位移、相对角度、侧屈位移、椎间盘位移方向及应变。结果与结论:①推正法对椎间孔的相对位移作用最为显著,其中C5的位移可达15.6 mm,导致椎间孔容积增大;此外,椎间孔的相对角度变化整体更为明显,峰值可达22.9°;②在整体节段侧屈相对位移的改变中,摇正法产生的位移为扳按法的2.4倍,而推正法与经典颈椎牵引在椎体侧屈位移的改变上较为细微;③各正骨手法下的椎间盘位移方向均表现为向前,推正法、扳按法和摇正法在Y轴方向的位移分别为11.56,9.94和7.73 mm;④正骨手法使椎间盘产生向前的滑移应变,释放了后方受压节段的椎间孔容积;⑤相对而言,经典颈椎牵引对上述改变的效果不如正骨手法显著,无法达到相同程度的改变;⑥因此,龙氏牵引下正骨法相对于经典颈椎牵引更能够增大颈椎椎间孔间隙,改善椎间孔形变,原因在于其增加了颈椎椎间孔相对位移、相对角度和侧屈位移,增大了椎间盘位移并产生向前应变,从而使责任节段的神经得到释放,缓解其症状,达到良好的治疗效果。

关键词： 工程化生物材料   组织工程   生物医学  

摘要： 工程化生物材料是当前生物医学、组织工程和再生医学领域的研究重点,其核心目标是通过材料设计与功能优化,完成对人体组织的修复、替代或功能增强的任务。

关键词： 股骨转子间骨折   髓内钉   生物力学   有限元分析   稳定髓内钉  

摘要： 背景:股骨转子间骨折是一种常见的骨折类型,尤其在老年人中发病率较高,传统的髓内钉在治疗此类骨折时存在一定的生物力学不足,可能导致内固定失败。因此,开发一种新型髓内钉以提高骨折愈合效果及稳定性显得尤为重要。目的:设计并评估一种新型股骨近端稳定髓内钉,并与现有的股骨近端防旋髓内钉和股骨转子间髓内钉进行生物力学性能对比,以期改善股骨转子间骨折的治疗效果。方法:采用计算机模拟实验,通过三维有限元分析建立股骨转子间骨折的几何模型。首先,利用CT扫描获取股骨的CT数据,并通过Mimics Research和Geomagic Studio软件构建股骨三维模型。设计稳定髓内钉交叉固定6°,7.5°,9°,与股骨近端防旋髓内钉和股骨转子间髓内钉进行比较。在垂直承压、前后折弯和扭转工况下分析各模型的生物力学性能,比较髓内钉和骨骼的von Mises应力、最大位移、最大扭转角度。结果与结论:①在垂直承压工况下,稳定髓内钉系列相比股骨近端防旋髓内钉和股骨转子间髓内钉表现出更低的股骨近端应力和股骨头位移,尤其是稳定髓内钉交叉固定9°表现出最佳性能;②在前后折弯和扭转工况下,稳定髓内钉系列同样展现出较低的应力和位移,表明其具有良好的稳定性和抗旋转性;③稳定髓内钉系列通过独特的交叉螺钉设计有效分散了施加在骨折部位的应力,减少了因应力集中引起疲劳性骨折的风险;④新型稳定髓内钉在生物力学性能上优于股骨近端防旋髓内钉和股骨转子间髓内钉,具有良好的结构稳定性;尽管有初步支持,仍需通过临床试验验证其长期有效性与安全性,以评估在实际治疗中的应用价值。

关键词： 骨关节炎   脂质代谢   加权基因共表达网络分析   机器学习   靶向治疗   软骨修复或退变  

摘要： 背景:脂质代谢异常影响软骨细胞代谢,在骨关节炎的发生和进展中有着重要的作用,但目前其机制尚不明确。目的:采用加权基因共表达网络分析结合机器学习算法鉴定骨关节炎软骨细胞脂质代谢特征基因,并进行初步验证。方法:采用加权基因共表达网络分析和微阵列数据的线性模型获得差异共表达基因,结合机器学习方法,最终筛选得到脂质代谢相关的特征基因。通过蛋白质互作网络分析,探究差异共表达基因的蛋白质互作网络关系;采用基因本体论和京都基因与基因组百科全书富集分析探索差异共表达基因所在信号通路;运用免疫相关性分析鉴定特征基因与免疫细胞浸润模式;体外分子实验验证特征基因的mRNA和蛋白表达水平。结果与结论:①经数据标准化处理和主成分分析、加权基因共表达网络分析和微阵列数据的线性模型获得高/低表达的差异共表达基因123和110个;②运用逻辑回归、随机森林和支持向量机3种机器学习算法筛选得到特征基因37个,最终得到2个脂质代谢相关的特征基因SMPD3和CYP4F3;③蛋白质互作网络分析显示SMPD3和CYP4F3蛋白相互作用均较低;④基因本体论结果显示差异共表达基因主要富集在中性粒细胞脱颗粒、中性粒细胞免疫反应和应答、中性粒细胞激活和白细胞脱颗粒等;而京都基因与基因组百科全书富集分析提示差异共表达基因主要涉及细胞外基质受体的作用和黏附等关键通路;⑤基于基因表达数据的细胞类型亚型鉴定分析显示8种免疫细胞在骨关节炎中具有显著差异;相关性分析显示SMPD3与静息态树突状细胞显著正相关(r=0.44,P=3.6×10^(-3)),与中性粒细胞显著负相关(r=-0.48,P=1.7×10^(-3));而CYP4F3与单核细胞和中性粒细胞显著正相关(r=0.76,P=7.6×10^(-9);r=0.73,P=6.0×10^(-8)),与T细胞滤泡辅助细胞和静息态树突状细胞显著负相关(r=-0.38,P=0.01;r=-0.38,P=0.01);⑥体外分子实验证明,在骨关节炎组SMPD3 mRNA和蛋白水平显著增高,而CYP4F3降低;⑦结果显示,骨关节炎软骨细胞脂质代谢特征基因SMPD3和CYP4F3可作为骨关节炎靶向治疗及软骨修复或退变的潜在生物标记物,为深入探究国人群体中脂质代谢异常与骨关节炎的关系及临床靶向治疗提供新策略。

关键词： 共定位分析   脊椎滑脱   Dsigbd数据库   可成药基因   全基因组关联研究  

摘要： 背景:脊椎滑脱是一种常见疾病,目前缺乏有效的治疗药物,仍需要进一步明确脊椎滑脱的发病机制并筛选出更适合脊椎滑脱的治疗靶点。通过孟德尔随机化分析可以探索与脊椎滑脱相关的可成药基因,为开发更有效和靶向的治疗药物提供有价值的指导。目的:通过可成药全基因组的孟德尔随机化分析探索脊椎滑脱的潜在治疗靶点及有效治疗药物。方法:选择收录了50万名芬兰人的基因组和健康信息的芬兰数据库、eQTLGen联盟、药物特征数据库、药物-基因相互作用数据库、蛋白互作数据库、有机小分子生物活性数据库及蛋白质结构数据库,将可成药基因的顺式表达数量性状位点数据作为工具变量,进行孟德尔随机化分析和共定位分析,筛选得到与脊椎滑脱相关的显著可成药基因,随后进行GO与KEGG富集分析、蛋白质网络构建、药物预测和分子对接,以期为脊椎滑脱的新药开发提供帮助。结果与结论:发现34个与脊椎滑脱有显著关联的潜在药物靶点基因,其中特别值得注意的是基因APOBEC3G,它通过孟德尔分析和共定位分析显示出与脊椎滑脱结果的显著相关性,表明APOBEC3G可能是一个优先考虑的治疗靶点。至于其他潜在的机制和药物,仍需进行更深入的研究。此研究采用来自欧洲人群的数据库,对中国群体遗传学研究具有一定的借鉴意义。

关键词： 肺纤维化   自噬   生物信息学   差异表达基因   预后模型   R语言   博莱霉素   TGF-β1  

摘要： 背景:自噬对上皮细胞、成纤维细胞和肌成纤维细胞之间的应激作用与肺纤维化的形成过程密切相关。目的:筛选肺纤维化患者基因水平变化与自噬相关的基因,并探究其与肺纤维化患者预后的关联,以期为临床干预肺纤维化提供新的靶点。方法:以GSE70866下载的基因表达谱数据集为训练集,利用R语言对肺纤维化患者和正常健康者之间基因表达进行差异分析并与自噬相关基因取交集,鉴定出变化最为显著的差异基因。运用多种分析方法筛选出关键预后基因,并构建基因预后模型。根据肺纤维化患者的风险评分分为高风险组和低风险组,应用Siena cohort和Leuven cohort验证集验证预后模型的有效性。并通过转化生长因子β1诱导HFL-1细胞(人胚肺成纤维细胞)建立肺纤维化细胞模型以及博莱霉素气管滴注建立小鼠肺纤维化动物模型验证预后基因的表达。结果与结论:①肺纤维化组织和正常组织之间存在2650个差异基因,其中与自噬相关基因有34个发生显著变化;②Siena cohort和Leuven cohort验证集的Kaplan-Meier生存分析曲线显示,高风险组的存活率明显比低风险组低;③筛选出3个与预后相关的自噬基因:骨髓瘤病病毒癌基因、趋化因子配体2、GABAA型受体相关蛋白样1;④体内外研究均显示与对照组相比,肺纤维化模型组骨髓瘤病病毒癌基因和趋化因子配体2 mRNA及蛋白表达显著升高(P<0.01,P<0.05),而GABAA型受体相关蛋白样1 mRNA及蛋白表达有所降低(P<0.001);⑤结论:通过生物信息学方法分析了3个自噬相关基因在肺纤维化中的表达及其与肺纤维化患者预后的相关性,构建的预后模型对肺纤维化患者1,2,3年生存率具有良好的预测能力;并且通过体内和体外模型验证了在肺纤维化细胞和组织中骨髓瘤病病毒癌基因和趋化因子配体2呈高水平表达,GABAA型受体相关蛋白样1呈低水平表达。