Name: biological compatibility profile on biomaterials for bone regeneration
Uploaded: 2018-11-16T13:00:00
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根据263363赠款协议, 该研究项目得到了欧洲联盟第七个框架方案 (fp任何作为 2007-2013年) 的资助。

这些程序是根据奥地利教育、科学和研究部关于实验室动物的护理和使用的所有准则对 balb我小鼠进行的, 并得到奥地利教育、科学部道德委员会的批准和研究。
1. 原生小鼠 ob 培养
<ol><li>酶消化对新生小鼠钙质 ob 的分离
	<ol>
<li>通过斩首使1-2天的新生儿幼崽 (共 60只) 安乐死, 并将头放在培养皿中, 无菌1x 磷酸盐缓冲盐水 (pbs)。</li>
		<li>抓住头部的脖子, 用无菌剪?...

<ol>
	<li>Einhorn, T. A., Gerstenfeld, L. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fracture+healing:+mechanisms+and+interventions.">Fracture healing: mechanisms and interventions.</a> Nature Reviews Rheumatology. 11 (1), 45-54 (2015).</li><li>Marsell, R., Einhorn, T. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+biology+of+fracture+healing.">The biology of fracture healing.</a> Injury. 42 (6), 551-555 (2011).</li><li>Cooper, G. 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J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+matrix-induced+osteogenesis+in+rat+calvarial+bone+defects:+II.+Origins+of+bone-forming+cells.">Characterization of matrix-induced osteogenesis in rat calvarial bone defects: II. Origins of bone-forming cells.</a> Calcified Tissue International. 65 (6), 486-493 (1999).</li></ol>

在这里, 我们展示了一个多学科的方法, 临床前评估的生物相容性的代表性生物材料开发的骨再生和修复。我们在小鼠的关键骨缺损模型中以及在体外和体内免疫反应中测试了 ob、oc 和体内愈合反应。我们的目的是证明如何进行检测, 并总结从生物材料的检验中得出的数据和结论。我们表明, 我们的策略产生了一个有价值的配置文件的骨生物材料生物相容性。
<p class="jove_conten...

骨修复是一个复杂的过程, 从血肿的形成, 炎症, 愈伤组织的形成, 然后重塑1,2开始。然而, 骨再生潜力仅限于骨骨折的大小 1,3。例如, 创伤、癌症或骨质疏松症造成的大骨折可能无法愈合, 被称为非联合骨折。这些骨损伤往往需要治疗, 以促进健康的生理骨修复和再生。目前, 自体移植和同种异体骨移植是首选4的方法, 每年有220万例骨置换术5例。虽然这些手术的成功率很高, 但可能会出现并发症, 例如骨骼供应有限、感染、供体部位发病率和排斥4。目前正在寻求新的骨组织工程替代品, 以应对这些挑战。
6. 基于天然或合成聚合物、生物陶瓷或金属与细胞和生物活性分子相结合的生物材料的设计正在兴起。我们目前对生物材料背景下的生理骨愈合和愈合的理解取决于多种因素, 如机械性能和多种局部和系统因素, 包括来自循环和骨折部位的细胞7 ,8,9。用于骨再生的生物材料旨在促进成骨性和骨整合10 , 具有理想的生物相容性、可生物降解性和多孔性 (促进细胞迁移、氧气和营养物质)。它们还需要足够强, 以支持骨折部位缓解疼痛。此外, 需要炎症因素来启动愈合过程。然而, 如果生物材料引起过度炎症和过敏反应, 这可能会限制或抑制骨愈合11,12。因此, 有必要采取跨学科的方法来评估为修复骨骼而开发的生物材料。
在这项研究中, 我们提出了一个临床前评价的代表性材料, 1) 正天玻璃泡沫, 这是一种市售的松质骨移植替代品, 由纳米粒大小的纯β-三钙组成的磷酸三钙磷酸盐 (β-tcp) 颗粒和1型牛胶原蛋白 (c) (β-tcpe 泡沫) 和 2) β-tcp 磁盘。在这里, 我们说明了这些生物材料的生物相容性测试使用原代成骨细胞 (ob) 和破骨细胞 (oc) 检测, 一个体内模型的骨修复, 免疫学评估包括体外t 淋巴细胞增殖和细胞因子的产生,以及体内的免疫原性和过敏性, 如先前报道的 13。

biological compatibility profile on biomaterials for bone regeneration

大型非联合骨折是骨科手术中面临的一个重大挑战。虽然自体和同种异体骨移植是很好的治疗这种病变, 有潜在的并发症与他们的使用。因此, 材料科学家正在开发合成的、生物相容性的生物材料, 以克服这些问题。在这项研究中, 我们提出了一个多学科平台, 用于评估生物材料的骨修复。我们结合骨生物学和免疫学的专业知识, 开发了一个平台, 包括体外破骨细胞 (oc) 和成骨细胞 (ob) 检测, 以及体内小鼠的骨修复、免疫原性和过敏性模型。我们演示了如何进行实验, 总结结果, 并报告生物材料的生物相容性。特别是, 我们在β-磷酸三钙 (β-tcp) 磁盘的背景下测试了 ob 的活力、分化、矿化和 oc 的活力和分化。我们还测试了β-tcp/胶原蛋白 (β-tcpcp) 泡沫, 这是一种商业上可用的材料, 用于临床骨修复在一个临界大小的骨缺损小鼠模型, 以确定对骨愈合早期阶段的影响。在平行实验中, 我们评估了小鼠的免疫和过敏反应。我们的方法生成了骨生物材料的生物相容性配置文件, 并提供了一系列必要的参数, 用于预测用于患者骨愈合和修复的生物材料的生物相容性。

为了评估β-tcp 作为骨修复生物材料的有效性, 我们在体外和体内使用了筛选方法。首先, 我们测量了与基线介质单独控制相比, 我们对β-tcp 磁盘的 ob 响应。图 2显示了在培养的7天和14天时对β-tcp 磁盘的响应的 ob 可行性。从培养井代谢活性细胞中测定的细胞活力与组织培养塑料中的培养基 obs 相同, 与β-tcp 磁盘的细胞活力相同, 这表明这?...

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Biological Compatibility Profile on Biomaterials for Bone Regeneration

骨再生生物材料的生物相容性曲线

为修复大型骨病变而设计的新型生物材料的数量不断增加, 目的是加强骨愈合和克服与骨移植相关的并发症。在这里, 我们提出了一个多学科战略的临床前生物相容性测试的生物材料骨修复。

Large non-union bone fractures are a significant challenge in orthopedic surgery. Although auto- and allogeneic bone grafts are excellent for healing such ...

这些方法有助于回答生物材料领域的关键问题。特别是骨骼再生。它们用于评估生物材料的有效性和潜在的免疫反应。这个多学科平台的主要优点是，它为预测用于骨质修复的生物材料的生物相容性提供了一系列参数。这些体外和体内骨技术的影响延伸到其他骨骼疾病。由于需要临床前筛选新的骨科生物材料。皮肤学方法可以提供骨愈合的生物材料见解，它也可以应用于生物材料评估任何其他临床指示。在增加成骨矿化培养本14天后，从原发性成骨细胞中吸气培养。用 0.5 毫升 1X PBS 冲洗两次。然后通过加入0.5毫升10%缓冲的甲醛溶液并在室温下孵育10分钟来修复细胞。10分钟后，用一次使用移液器吸出10%缓冲的甲醛，用0.5毫升超纯水洗涤两次。然后添加250微升40毫摩尔阿里扎林红S染色溶液到固定的成骨细胞。在室温下将板孵育10分钟，以每分钟100次的震动。使用染色溶液孵育后，用一次使用移液器吸吸染色溶液，然后用一毫升超纯水冲洗。重复此步骤 5 到 10 次，直到冲洗溶液清除清楚，以去除非特异性染色。吸气后的最后洗涤，加入一毫升的冷PBS。和以前一样，在室温下在摇床上孵育盘子10分钟。接下来，将染色的磷酸三钙电池盘转移到新井中，然后用平板扫描仪扫描板材以记录矿化。图像捕获后，加入250微升10%的氯化物溶液，摇动15分钟，提取阿里扎林红S染料。接下来，将溶液从油井转移到单独的1.5毫升管和离心机在17，000 x g室温下5分钟。在1.5毫升管中，以1：10至1：20的稀释配给用10%的氯化物溶液稀释提取物。然后将每个稀释样品的300微升转移到96孔板的孔中。包括两口只含有10%氯乙烯的空白井。接下来，通过稀释40毫摩尔阿里扎林红S染色溶液和10%的氯酸乙基溶液，准备7个Alizarin Red S参考标准，从4400微摩尔开始，生成标准曲线。将每个标准 300 微升加载到板中。最后，阅读样品、空白和参考标准在520纳米的吸收剂。使用无菌剪刀将骨髓骨质原体前体从安乐死小鼠的股骨和头骨中分离，将腿部从臀部关节的体内取出。切开膝盖和脚踝关节的四肢，用无菌的手术刀和钳子切除软组织。切断表皮。将一个27表针插入注射器上，注射器中装满了一毫升的骨生长介质，然后将骨髓冲洗成6厘米的无菌培养皿中。对所有股骨和头骨重复此值后，将细胞悬浮液转移到 50 毫升锥形管中。用五毫升骨生长介质清洗六厘米培养皿，并转移到相同的 50 毫升锥形管中。在4摄氏度下以350xg离心5分钟。离心后，每井骨细胞分化介质将细胞重新悬浮在一毫升内。一只BALB/c小鼠为一个24井培养板提供了足够数量的骨质前体。将悬浮在骨生长介质中的原发性成骨细胞添加到生物材料上，并在每平方厘米8.8*10~4细胞下对控制。这里使用β三钙磷酸盐盘、受控牛骨和组织培养塑料。在37摄氏度的二氧化碳中孵育24小时。24小时后，在培养的原发性骨细胞中加入新鲜分离的骨髓骨细胞前体和骨细胞分化介质，在37摄氏度的二氧化碳下返回孵化器，进行5天的培养。每隔一天用新鲜准备好的骨质分化介质代替该介质。然后染色骨质，用于耐酸磷酸酶，以评估分化。剃掉麻醉的八周大BALB/c小鼠的头皮，用7.5%的波维酮碘溶液和70%乙醇清洁表面。用眼科软膏盖住眼睛，防止手术过程中干燥。由于缺乏对头趾和尾部捏紧的反应，确保适当的麻醉水平。然后，在做中线下垂切口后，用手术刀刮除右胆骨上方的副结缔组织。然后使用直径为四毫米的无菌牙骨，每分钟旋转 2000 次，在右骨骨中产生严重大小的缺陷。不断用无菌盐水溶液灌溉该区域，同时切入正确的骨质，切入内皮质和一些内皮质。为防止对 Dera Mater 造成损坏，请使用小型周密电梯突破剩余的内皮质。然后使用钳子小心地抬起钙质骨骼并将其取出。由此产生的缺陷应该是圆形的，直径约为3.5毫米。接下来，用无菌PBS预贴的磷酸磷酸胶原蛋白泡沫填充钙质缺陷。为了保持生物材料就位，在缺陷的末尾在两个相反点涂抹0.5微升组织粘合剂。然后用不可吸收的缝合线关闭皮肤。将麻醉小鼠放在其背部，剃掉腹部毛皮，用7.5%的波维酮碘溶液和70%乙醇清洁剃光的表面。沿着腹部的线状皮肤进行八毫米长的中线切口后，将PBS浸泡在皮肤下。然后用不可吸收的缝合缝合皮肤。植入后八周，用安乐死小鼠的周围组织切除植入位点。此图像表明，与培养7天和14天组织培养塑料的生长相比，在开放式棒中显示的β三钙磷酸盐盘的生长不会影响成骨细胞的生存能力。14天后，养殖的成骨细胞被染上了阿里扎林红S。与仅培养的成骨细胞相比，矿化介质控制中的矿化程度更高。并在悬浮培养井中的β三钙磷酸盐盘上。当手术诱发的关键大小钙质缺陷留空时，观察到覆盖整个缺陷的薄层，但在手术后12周没有明显骨骼形成。相比之下，当缺陷中含有磷酸原原蛋白泡沫的β三钙时，泡沫残留物被密集的纤维组织包围，包括一些血管和炎症细胞，在没有骨形成证据的情况下，将缺陷区域桥接。在皮下β三钙磷酸胶原蛋白泡沫植入后，在血氧林和Eosin染色部分观察到异体巨型细胞的炎症反应，在8周内在马森的三色染色部分发现纤维化的证据。相比之下，假对症的植入位点具有最小的炎症和没有纤维化。在尝试此过程时，在不伤害动物的情况下精确且可重复地对钙分进行分切非常重要。按照这个程序的其他方法，如骨细胞分化测定和高通量到近位免疫模型可以预制，以回答其他问题，如骨细胞对生物材料的反应和免疫反应的类型。

Research

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