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关键词： 运动生物力学   跳高   髌腱炎   有限元   运动损伤   起跳   膝关节   机制  

摘要： 背景:髌腱炎可表现为组织超负荷且未完全恢复而导致愈合失败的肌腱退化。髌腱炎是跳高运动的易发病,其发病机制尚未明确。目的:通过具有精确人体解剖结构的有限元模型探究跳高起跳技术动作中髌腱的应力应变关系,为预防髌腱炎与康复提供思路。方法:基于1名受试者(22岁,身高183 cm,体质量70 kg)包括膝、踝的下肢CT与MRI影像数据,采用医学影像软件、逆向工程软件和建模软件重建下肢三维有限元模型。通过步态测试系统采集8名受试者起跳腿的足底压力,并使用运动捕捉系统采集跳高起跳技术动作,将捕捉数据导入人体运动生物力学软件进行分析,获得运动学和动力学数据作为下肢三维有限元模型的边界条件,进行有限元仿真分析。结果与结论:在受试者起跳时髌腱承受的力达到自身体质量的3.29倍。在起跳阶段,髌腱的范式等效应力、应变、剪切应力峰值分别为127.76 MPa、0.81、37.69 MPa,处于应力-应变曲线的非线性区域,峰值分布于髌腱近端后部。结果提示,跳高运动起跳时髌腱承受自身3.29倍体质量的载荷引起的高髌腱力、应变和剪切应力与诱发髌腱炎相关。

关键词： 高位腰椎管狭窄症   脊柱内镜   椎管减压术   生物力学   有限元分析  

摘要： 背景:高位腰椎管狭窄症是一种复杂的脊柱退行性疾病,针对发生在高位腰椎(L1-L4)的狭窄,手术选择尤为复杂,现有微创手术各具优缺点,目前鲜有对于治疗高位腰椎管狭窄症不同手术方式生物力学对比及有限元分析的相关研究报道。目的:分析脊柱内镜下单侧入路双侧减压术、经椎间孔入路内镜下腰椎椎管减压术及交叉过顶减压术治疗高位腰椎管狭窄症的生物力学特点,评估3种手术方式在治疗高位腰椎管狭窄症中的可靠性与有效性,为临床决策提供生物力学证据支持。方法:选择1名健康男性志愿者的腰椎CT图像,借助Mimics、Geomagic、Solidworks和Ansys等软件构建正常L1-L5腰椎节段的有限元模型M0。选择具有代表高位腰椎特点的L2-L3节段,在此基础上分别建立脊柱内镜下单侧入路双侧减压手术模型M1,经椎间孔入路内镜下腰椎椎管减压手术模型M2及交叉过顶减压手术模型M3。使用软件模拟并评估各组模型在前屈、后伸、左侧弯、右侧弯、左旋转及右旋转6种工况下腰椎全节段的活动度变化以及椎间盘的Von Mises应力极值。结果与结论:①与模型M0相比,模型M1、M2、M3在6种工况下的活动度均增加,其中M1增加最为显著;②手术模型M1和M2在前屈、后伸及右旋转中的活动度增加尤为突出,其他工况的增加比例均不超过7%;③模型M1与M3相比,在后伸及左侧弯时整体关节活动度略有增加,其他方面无明显变化,且L1-L5腰椎节段未达失稳状态;④模型M1的椎间盘应力极值在前屈和后伸载荷条件下增加最为显著,而在左侧弯、右侧弯、左旋转及右旋转载荷下,增加的幅度都不超过5%;⑤结果提示脊柱内镜下单侧入路双侧减压技术在治疗高位腰椎管狭窄症时,由于小关节的偏矢状位解剖特点,完成减压操作会切除更多的小关节,这影响了腰椎整体节段的稳定性;椎间孔入路内镜下腰椎椎管减压技术适用于椎间孔区狭窄患者,对于中央型腹侧狭窄严重的患者,不能充分完成减压;而Cross-Overtop技术能够有效扩大中央椎管和侧隐窝的容积,优化减压效果,在治疗高位腰椎管狭窄症时具有独特的优势。

关键词： 柚皮苷   壳聚糖   β-磷酸三钙   支架   骨缺损修复   骨组织工程   工程化骨材料  

摘要： 背景:柚皮苷具有促进骨髓间充质干细胞增殖及成骨分化的能力,可用于治疗骨质疏松及促进骨折愈合,然而其生物利用率低,临床应用受限。目的:制备负载柚皮苷的壳聚糖/β-磷酸三钙支架,表征其生物学性能。方法:采用冷冻干燥和化学交联法制备壳聚糖/β-磷酸三钙支架,将壳聚糖/β-磷酸三钙支架浸泡于含柚皮苷的无水乙醇溶液中3 h,真空冷冻干燥后得到壳聚糖/β-磷酸三钙/柚皮苷支架,表征支架的孔径、孔隙率、溶胀率、降解率、机械性能及柚皮苷的体外释放能力。将大鼠骨髓间充质干细胞分别接种于壳聚糖/β-磷酸三钙支架与壳聚糖/β-磷酸三钙/柚皮苷支架表面,检测细胞增殖、黏附、活性及成骨诱导分化后的碱性磷酸酶活性。结果与结论:①扫描电镜下可见壳聚糖/β-磷酸三钙/柚皮苷支架具有多孔网状结构,平均孔径为(106.82±25.22)μm,孔隙率为(76.26±4.81)%,24 h溶胀率为(796.17±31.76)%,4周时体外降解率为7.71%,体外可释放柚皮苷长达9 d,壳聚糖/β-磷酸三钙/柚皮苷支架的平均孔径、孔隙率、24 h溶胀率、4周时体外降解率、压缩强度、压缩模量与壳聚糖/β-磷酸三钙支架比较差异均无显著性意义(P>0.05);②大鼠骨髓间充质干细胞在两种支架表面黏附良好,并具有良好的活性,相较于壳聚糖/β-磷酸三钙支架,壳聚糖/β-磷酸三钙/柚皮苷支架可促进大鼠骨髓间充质干细胞的增殖(P<0.05),提高成骨诱导分化后的骨髓间充质干细胞碱性磷酸酶活性(P<0.05);③结果表明,壳聚糖/β-磷酸三钙/柚皮苷支架具有良好的物理性能,可促进骨髓间充质干细胞的增殖及成骨分化。

关键词： 干细胞外泌体   骨缺损   骨再生   骨修复   成骨   成血管   生物支架   载体  

摘要： 背景:已有大量研究表明,干细胞外泌体在骨缺损修复过程中发挥着重要作用,既能直接作为载体负载其他小分子或表面修饰,也能与生物材料结合促进骨组织的修复和再生。目的:综述不同来源干细胞外泌体的成骨机制及在骨缺损修复中的研究进展。方法:以“干细胞,外泌体,骨,生物材料,载体,生物陶瓷,聚合物,金属,水凝胶,工程化外泌体”为中文检索词,检索中国知网,以“stem cell,exosome,bone defect,biomaterial,carrier,bioceramic,ploymer,metal material,hydrogel,engineering exosome”为英文检索词,检索PubMed数据库,依据纳入和排除标准,最终纳入相关文献77篇进行归纳总结。结果与结论:不同来源干细胞外泌体可以促进成骨细胞增殖和分化,促进血管生成,并调节破骨细胞活性和巨噬细胞表型进而促进骨形成和骨矿化。另外,从生物材料辅助外泌体和工程化外泌体两个方面阐述了外泌体在骨缺损修复领域取得的诸多成果。然而目前关于干细胞外泌体在骨组织工程中的研究仍然不足,且这些研究大多仅限于小动物模型,而包括人类在内的大型动物骨缺损治疗更加复杂,这也将是外泌体疗法推广过程中的巨大挑战。

关键词： 类器官   肠道类器官   肠道干细胞   文献计量学   CiteSpace   VOSviewer   工程化类器官  

摘要： 背景:肠道类器官在组织/器官生物学、疾病建模和临床应用方面具有极高的吸引力,近年来已经成为生物医学研究的前沿热点之一。然而,这一新兴领域至今尚未进行文献计量学的总结。目的:总结肠道类器官的研究趋势,基于文献计量学探索肠道类器官的热点与前沿进展。方法:从Web of Science核心合集中检索2006-01-01/2024-11-06发表的肠道类器官相关文献,运用CiteSpace、VOSviewer和Office软件对检索到文献的年发文量、国家、机构、作者、期刊、引文和关键词等内容进行文献计量与可视化分析。结果与结论:共检索到2135篇文献,经严格筛选后,1577篇文献纳入最终分析。2006-2024年,全球肠道类器官领域发文量呈逐年上升趋势,分子生物学、遗传学、免疫学以及临床医学是肠道类器官研究的主流学科,美国在肠道类器官领域的发文量最多,且与中国、荷兰、德国等国家合作较为密切;荷兰乌得勒支大学是发文量最多的机构,《International Journal of Molecular Sciences》是刊载肠道类器官文献最多的期刊;共被引频次最高的文章是“Replication of human noroviruses in stem cell-derived human enteroids”;人肠道类器官、干细胞龛、类器官疗法的潜力等是肠道类器官领域的前沿与热点。类器官结合生物工程和材料技术、肠道类器官芯片技术等是未来研究的重点。该研究采用文献计量学和可视化方法对肠道类器官的研究进行了全面阐述,将帮助学者更好地了解肠道类器官的动态演变,并为未来的研究指明方向。

关键词： 牙源性间充质干细胞   旁分泌   成骨   分泌组   条件培养基   外泌体   骨组织修复   工程化干细胞  

摘要： 背景:牙源性间充质干细胞由于具备较强的增殖能力、成骨分化能力与免疫调节特性,是骨组织修复的理想干细胞来源。但一些干细胞的异体应用仍存在潜在的致癌作用和免疫排斥风险。近年来许多研究关注到牙源性间充质干细胞分泌的生物活性物质介导的旁分泌效应可促进骨组织修复,其中包括可溶性因子和细胞外囊泡。目的:综述牙源性间充质干细胞通过旁分泌作用修复骨缺损的研究进展。方法:以“牙源性间充质干细胞,旁分泌,成骨,条件培养基,细胞外囊泡;dental mesenchymal stem cell,paracrine,osteogenesis,conditioned medium,extracellular vesicle”为检索词,检索中国知网、PubMed、Elsevier ScienceDirect数据库2019-2024年发表的相关文献,最终纳入104篇文献进行综述。结果与结论:①牙源性间充质干细胞条件培养基中含有多种有益于骨修复的生物活性因子,不仅通过骨钙素、骨桥蛋白、骨形态发生蛋白、牙本质涎磷蛋白等促进骨形成的调节因子对骨组织修复直接发挥促进作用,还通过神经营养因子、血管内皮生长因子、免疫调节与抗炎因子对骨组织修复间接发挥促进作用;②牙源性间充质干细胞衍生细胞外囊泡除包被有牙源性条件培养基中的一些细胞因子,还含有各种miRNA,通过促进成骨、促进血管形成、调节免疫细胞以及炎症控制等对骨修复发挥促进作用,还能通过各种组织工程的方式搭载于各种支架材料中实现缓释或控释,以发挥更好的效果。

关键词： 乳液静电纺丝   壳芯结构   低分子量褐藻多糖   聚己内酯   抗凝血   工程化血管材料  

摘要： 背景:目前人工血管的远期通畅率仍是一个亟需解决的问题,提高小口径人工血管的抗凝血性能对于其远期通畅至关重要。目的:探讨壳芯结构聚己内酯/低分子量褐藻多糖纳米纤维的抗凝血活性以及对人脐静脉内皮细胞活性的影响。方法:采用乳液静电纺丝方法制备聚己内酯纳米纤维膜与壳层为聚己内酯、芯层为低分子量褐藻多糖的聚己内酯/低分子量褐藻多糖纳米纤维膜(其中低分子量褐藻多糖与聚己内酯的质量比分别为10%,25%,40%,55%),通过扫描电子显微镜、荧光显微镜、红外光谱表征纤维的形态与结构,拉伸实验检测纤维膜的机械强度,1,9-二甲基亚甲蓝染料检测纳米纤维中低分子量褐藻多糖的负载率与缓释率,通过溶血实验、动态凝血实验、血浆再钙化实验与血小板黏附实验验证纤维膜的抗凝血性能。将5种纤维膜分别与人脐静脉内皮细胞共培养,通过CCK-8检测细胞增殖,荧光显微镜观察细胞形态。结果与结论:①扫描电镜下可见聚己内酯/低分子量褐藻多糖纳米纤维膜表面光滑,纤维直径粗细均匀,无明显串珠结构,随着纤维膜中低分子量褐藻多糖含量的增加,纤维膜的直径增加、最大拉伸应力降低,但仍符合小口径人工血管的力学性能要求;荧光图像和红外光谱图证实低分子量褐藻多糖成功载入聚己内酯纳米纤维膜中,各组纤维膜负载的低分子量褐藻多糖在12 h内存在突释,48 h后以相对低的速度进行释放。②与聚己内酯纳米纤维膜相比,聚己内酯/低分子量褐藻多糖纳米纤维膜具有更好的抗凝活性,其中低分子量褐藻多糖与聚己内酯质量比为25%组抗凝效果最好。5种纤维膜均支持人脐静脉内皮细胞的生长增殖且不影响细胞形态,无明显的细胞毒性。③结果表明,聚己内酯/低分子量褐藻多糖纳米纤维膜具有良好的抗凝血功能、血液相容性与细胞相容性。

关键词： 抗菌肽   小肠黏膜下层支架   纳米羟基磷灰石   骨组织工程   三维支架   表面修饰   支架改性   组织工程骨材料  

摘要： 背景:由肿瘤及创伤所致的骨组织缺失会对术后康复产生不良影响,因此在治疗过程中通常需要植入支架材料,然而现有的植入材料相对单一、缺乏抗菌性,早期植入后有可能导致医源性自体感染,对成骨产生不良影响。目的:构建KR-12-a5多肽-纳米羟基磷灰石-小肠黏膜下层复合支架,评估该复合支架作为促进骨缺损修复材料的可行性。方法:通过1-乙基-3-(3-二甲氨丙基)碳二亚胺盐酸盐/N-羟基琥珀酰亚胺交联法制备小肠黏膜下层支架与含25,50,100 mg/mL纳米羟基磷灰石的小肠黏膜下层支架(记为nHA-SIS支架),通过力学性能测试筛选出适宜的支架用于后续实验。检测KR-12-a5多肽溶液对金黄色葡萄球菌、格登链球菌、具核梭杆菌的抗菌性能。将nHA-SIS支架分别浸泡于250,500,1000μg/mL KR-12-a5多肽溶液中24 h,冻干制得负载多肽的纳米羟基磷灰石-猪小肠黏膜下层复合支架(记为P-nHA-SIS支架),表征3组支架的缓释性能。将nHA-SIS支架与3组P-nHA-SIS支架分别与金黄色葡萄球菌、格登链球菌、具核梭杆菌共培养24 h或48 h,通过活死细菌染色与扫描电镜筛选抗菌能力较强的支架用于后续实验。表征未交联小肠黏膜下层支架、交联小肠黏膜下层支架、nHA-SIS支架与P-nHA-SIS支架的降解性能与吸水率。将交联小肠黏膜下层支架、nHA-SIS支架、P-nHA-SIS支架浸提液分别与MC3T3-E1细胞共培养,进行CCK-8实验与活死细胞染色实验;通过Transwell小室实验检测上述3种支架浸提液对MC3T3-E1细胞迁移的影响。结果与结论:(1)25,50,100 mg/mL nHA-SIS支架的弹性模量与压缩强度均高于小肠黏膜下层支架(P<0.05),其中25 mg/mL nHA-SIS支架的弹性模量与压缩强度最高,后续实验选择该组支架负载多肽。(2)KR-12-a5多肽对骨缺损常见菌群(金黄色葡萄球菌、格登链球菌、具核梭杆菌)均具有较强的抗菌活性。3组P-nHA-SIS支架均具有缓释性能。随着多肽质量浓度的增加,P-nHA-SIS支架的抗菌性能增强,其中负载500μg/mL多肽的P-nHA-SIS支架已达到较满意的抑菌效果,后续选择该组支架。(3)3组交联支架的降解速率均低于未交联支架,吸水率均大于未交联支架。P-nHA-SIS支架可促进MC3T3-E1细胞的增殖与迁移,并且不影响MC3T3-E1细胞活性。(4)结果表明,P-nHA-SIS支架具有较强的抗菌性能与促MC3T3-E1细胞增殖、迁移能力,有望应用于骨缺损修复中。

关键词： 膝骨关节炎   硅基生物陶瓷   硅酸钙   膝关节腔注射   生理盐水   Micro-CT   Mankin评分   工程化骨材料  

摘要： 背景:目前膝骨关节炎治疗方法包括口服药物、关节腔药物注射、理疗等,但治疗效果有限。研究证实,硅基生物支架可促进软骨、软骨下骨修复与血管再生。目的:探讨不同浓度硅基生物陶瓷膝关节腔内注射治疗大鼠膝骨关节炎的效果。方法:制备硅基生物陶瓷——硅酸钙。将25只SD大鼠随机分为5组,每组5只:健康组不进行任何干预,造模组、硅酸钙低剂量组、硅酸钙高剂量组、生理盐水组采用前交叉韧带切断法建立双侧膝骨关节炎模型。造模4周后,硅酸钙低剂量组、硅酸钙高剂量组膝关节腔内分别注射50,100 mg/mL硅酸钙溶液0.05 mL,生理盐水组膝关节腔内生理盐水0.05 mL,每周1次,连续注射4周。给药第5周,进行双侧膝关节Micro-CT检测、膝关节软骨苏木精-伊红染色与改良Mankin评分。结果与结论:(1)Micro-CT检测定量分析显示,与健康组比较,造模组胫骨内侧平台骨体积分数和骨小梁数量减少(P<0.05),骨小梁分离度增加(P<0.05);与造模组比较,硅酸钙低剂量组和生理盐水组胫骨内侧平台骨体积分数和骨小梁数量增加(P<0.05),骨小梁分离度减少(P<0.05)。(2)苏木精-伊红染色显示,健康组与硅酸钙低剂量组软骨表层较为光滑、平整,软骨细胞分布均匀,无簇聚软骨细胞,潮线完整,染色均匀;硅酸钙高剂量组软骨表层略不平整,中、深层细胞排列紊乱,有少量簇聚软骨细胞,潮线不连续,染色不均匀;生理盐水组和造模组软骨表层明显毛糙,细胞排列紊乱,有大量簇聚软骨细胞,潮线消失,染色不均匀。健康组改良Mankin评分低于硅酸钙高剂量组、生理盐水组和造模组(P<0.05),硅酸钙高剂量组、低剂量组改良Mankin评分低于生理盐水组、造模组(P<0.05)。(3)结果表明,硅酸钙膝关节腔内注射治疗膝骨关节炎具有一定的疗效,相较于100 mg/mL硅酸钙溶液,50 mg/mL硅酸钙溶液可促进软骨下骨及软骨的恢复。

关键词： 氧化石墨烯   羟基磷灰石   白细胞介素4   种植体复合涂层   MC3T3-E1细胞   生物相容性   工程化材料  

摘要： 背景:纯钛及钛合金种植体因良好的生物相容性及弹性模量被广泛应用于种植修复领域,但钛基种植体表面的生物惰性导致其与周围骨组织的整合性较差,需要进行表面修饰提高钛基种植体的骨整合能力。目的:在纯钛片表面制备羟基磷灰石/氧化石墨烯/白细胞介素4涂层材料,探究涂层材料的理化性能与生物相容性。方法:通过电化学沉积法及浸泡冻干法在钛片表面制备负载羟基磷灰石/氧化石墨烯/白细胞介素4涂层,同时制备负载白细胞介素4的钛片与负载羟基磷灰石/氧化石墨烯涂层的钛片,表征纯钛片及上述3种钛片的理化性能。将MC3T3-E1细胞分别接种于纯钛片及上述3种钛片的表面,通过CCK-8、DAPI染色检测细胞增殖,Calcein-AM/PI染色检测细胞活性,扫描电镜观察细胞形态与黏附。结果与结论:①扫描电镜、X射线能量色散谱、X射线光电子能谱、X射线衍射谱、拉曼光谱检测显示,在钛片表面成功制备了羟基磷灰石/氧化石墨烯/白细胞介素4涂层。羟基磷灰石/氧化石墨烯/白细胞介素4组水接触角大于纯钛组、羟基磷灰石/氧化石墨烯组,小于白细胞介素4组。②CCK-8、DAPI染色结果显示,羟基磷灰石/氧化石墨烯/白细胞介素4涂层可促进MC3T3-E1细胞增殖。Calcein-AM/PI染色结果显示,羟基磷灰石/氧化石墨烯/白细胞介素4涂层组MC3T3-E1细胞活性较高,较少见死细胞。扫描电镜下可见MC3T3-E1细胞黏附于4组材料表面,细胞形态良好,相较于纯钛组,白细胞介素4组MC3T3-E1细胞伸出伪足更多,细胞间联系更加紧密,黏附面积更大;相较于羟基磷灰石/氧化石墨烯组,羟基磷灰石/氧化石墨烯/白细胞介素4组MC3T3-E1细胞伸出伪足更多,细胞间联系更加紧密,黏附面积更大。③结果表明,羟基磷灰石/氧化石墨烯/白细胞介素4涂层具有良好的理化性能及生物学性能。