Wiley

The feasibility of the use of porous ceramic materials in the permanent repair of skeletal defects was studied from the standpoint of physiological compatibility and in growth of natural bone. High‐fired calcium aluminate samples in the form of quarter‐inch diameter cylindrical pellets containing interconnecting porous networks were implanted in vivo into canine femurs for 4‐, 11‐, and 22‐week periods. The implants had 65% porosity with pore size falling within one of five distinct ranges from less than 45 μ to about 200 μ in diameter.

Thin sections were prepared by grinding (poly) methyl methacrylate‐mounted cross sections of the femurs containing the implanted ceramic samples and adjacent soft tissues. Tissue‐prosthetic compatibility was determined using standard histological thin section procedures, electron microbeam probe examinations, autoradiographic techniques, microfadiographic techniques, microchemistry techniques, and ultra‐violet fluorescent techniques. Optical microscopic evaluations of each section showed the ceramic samples to be bound lightly by natural bone and gave no detectable signs of tissue incompatibility. Minimum pore size for significant ingrowth of natural bone was indicated to be between 75 and 100 μ.

Một kỹ thuật vi điện cực đã được phát triển để cho phép nghiên cứu các điện thế phát sinh do ứng suất (SGP) trong xương với độ phân giải không gian là 5 μm. Kỹ thuật này đã được sử dụng để đo điện thế điện tử như một hàm của vi hình thái xương trong quá trình uốn bốn điểm. Các trường điện với cường độ gấp từ 30 đến 10³ lần so với giá trị đo được bằng các phương pháp vĩ mô thông thường đã được phát hiện tại các ống Haversian của xương vỏ người và bò. Biên độ và hướng của trường điện trong các osteon phụ thuộc cụ thể vào biên độ và dấu (tức là, nén hoặc kéo) của ứng suất. Những hàm ý của phát hiện này liên quan đến nguồn gốc của SGP và ý nghĩa sinh lý của chúng được xem xét.

Ảnh hưởng của độ nhám bề mặt đến sự phát triển, phân hóa và tổng hợp protein của tế bào xương được nghiên cứu. Các tế bào giống như tế bào xương người (MG63) được nuôi cấy trên các đĩa titan (Ti) đã được chuẩn bị theo một trong năm quy trình xử lý khác nhau. Tất cả các đĩa đều được xử lý trước bằng acid hydrofluoric - acid nitric và rửa (PT). Các đĩa PT cũng đã được: rửa, và sau đó mài điện (EP); phun cát mịn, ăn mòn bằng HCl và H₂SO₄, và rửa (FA); phun cát thô, ăn mòn bằng HCl và H₂SO₄, và rửa (CA); hoặc phun plasma Ti (TPS). Nhựa nuôi cấy mô tiêu chuẩn được sử dụng làm nhóm đối chứng. Topography và hình thái bề mặt được đánh giá bằng kính hiển vi sáng và tối, kính hiển vi điện tử quét phát xạ lạnh và kính hiển vi huỳnh quang laze, trong khi thành phần hóa học được lập bản đồ bằng phân tích năng lượng tán xạ tia X và phân bố nguyên tố được xác định bằng quang phổ điện tử Auger. Ảnh hưởng của độ nhám bề mặt đến các tế bào được đánh giá bằng cách đo số lượng tế bào, sự tích hợp [³H]thymidine vào ADN, hoạt tính đặc hiệu của phosphatase kiềm, sự tích hợp [³H]uridine vào ARN, sự tích hợp [³H]proline vào protein dễ tiêu hóa bằng collagenase (CDP) và protein không dễ tiêu hóa bằng collagenase (NCP), cũng như sự tích hợp [³⁵S]sulfate vào proteoglycan.

Dựa trên phân tích bề mặt, năm bề mặt Ti khác nhau được xếp hạng theo thứ tự từ mượt đến nhám nhất: EP, PT, FA, CA, và TPS. Một lớp TiO₂ được tìm thấy trên tất cả các bề mặt với độ dày dao động từ 100 Å ở nhóm mượt nhất đến 300 Å ở nhóm nhám nhất. Khi so sánh với các nền nuôi cấy tế bào liên tục trên nhựa, số lượng tế bào giảm trên các bề mặt TPS và tăng trên các bề mặt EP, trong khi số lượng tế bào trên các bề mặt khác tương đương với nhựa. Sự tích hợp [³H]Thymidine có mối liên hệ nghịch với mức độ nhám bề mặt. Hoạt tính cụ thể của phosphatase kiềm trong các tế bào được phân lập giảm khi độ nhám bề mặt tăng, ngoại trừ những tế bào được nuôi cấy trên CA. Ngược lại, hoạt tính enzyme trong lớp tế bào chỉ giảm ở các nuôi cấy được nuôi trên bề mặt đã qua xử lý FA và TPS. Có mối tương quan trực tiếp giữa độ nhám bề mặt và sản xuất RNA và CDP. Độ nhám bề mặt không có tác động rõ rệt đến sản xuất NCP. Synthesis proteoglycan của các tế bào bị ức chế trên tất cả các bề mặt đã nghiên cứu, với mức ức chế lớn nhất được quan sát trong các nhóm CA và EP. Những kết quả này chứng minh rằng độ nhám bề mặt làm thay đổi sự phát triển, phân hóa và sản xuất ma trận của tế bào xương in vitro. Kết quả cũng cho thấy rằng độ nhám bề mặt của implant có thể đóng vai trò trong việc xác định biểu hiện kiểu hình của các tế bào in vivo.

Kiến trúc của một giải pháp thay thế mô được sản xuất có vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh sự phát triển của mô. Một cấu trúc poly(D,L-lactide-co-glycolide) (PLGA) mới với kiến trúc độc đáo được sản xuất qua quy trình điện phân đã được phát triển cho các ứng dụng kỹ thuật mô. Điện phân là một quy trình mà trong đó các sợi siêu mịn được hình thành trong một trường điện tĩnh cao áp. Cấu trúc được tạo ra từ điện phân, gồm các sợi PLGA có đường kính từ 500 đến 800 nm, có hình thái tương tự như chất nền ngoại bào (ECM) của mô tự nhiên, được đặc trưng bởi sự phân bố đường kính lỗ rộng và độ xốp cao cùng với các tính chất cơ học hiệu quả. Một cấu trúc như vậy đáp ứng các tiêu chí thiết kế thiết yếu của một giàn giáo kỹ thuật lý tưởng. Sự tương tác thuận lợi giữa tế bào và chất nền trong cấu trúc tế bào hỗ trợ cho tính tương thích sinh học chủ động của cấu trúc này. Cấu trúc nan sợi điện phân có khả năng hỗ trợ sự gắn kết và phát triển của tế bào. Các tế bào được gieo lên cấu trúc này có xu hướng duy trì hình dạng kiểu hình và phát triển theo sự định hướng của các nanofiber. Giàn giáo phân hủy sinh học mới này có tiềm năng ứng dụng cho kỹ thuật mô dựa trên kiến trúc độc nhất của nó, hoạt động để hỗ trợ và hướng dẫn sự phát triển của tế bào. © 2002 Wiley Periodicals, Inc. J Biomed Mater Res 60: 613–621, 2002

Một phương pháp kỹ thuật mô đã được sử dụng để thiết kế các ma trận tổng hợp ba chiều cho việc sửa chữa xương. Đặc điểm osteoconductivity và quá trình phân hủy của một loại vật liệu thay thế xương polymer mới đã được đánh giá trong một môi trường trong ống nghiệm. Sử dụng copolymer poly(lactide‐co‐glycolide) [PLAGA], một kỹ thuật nung chảy dựa trên công nghệ microsphere đã được sử dụng để chế tạo các khung xương xốp ba chiều cho quá trình tái tạo mô xương. Các tế bào osteoblast và fibroblast được cấy trên một khung PLAGA theo tỷ lệ 50:50. Đánh giá hình thái qua kính hiển vi điện tử quét cho thấy cả hai loại tế bào đều bám dính và phát triển trên khung. Tế bào di chuyển qua ma trận bằng cách sử dụng các phần mở rộng bào tương để nối kết cấu trúc. Hình ảnh cắt ngang cho thấy sự tăng sinh tế bào đã xâm nhập vào ma trận khoảng 700 μm từ bề mặt. Kiểm tra bề mặt của các cấu trúc tế bào/ma trận cho thấy rằng sự tăng sinh tế bào đã bao phủ các lỗ của ma trận trong 14 ngày nuôi cấy tế bào. Với mục tiêu tối ưu hóa thành phần polymer và trọng lượng phân tử của polymer, một nghiên cứu về sự phân hủy đã được thực hiện sử dụng ma trận. Kết quả cho thấy rằng sự phân hủy của ma trận nung chảy phụ thuộc vào trọng lượng phân tử, tỷ lệ copolymer và thể tích lỗ. Từ dữ liệu này, đã xác định rằng 75:25 PLAGA với trọng lượng phân tử ban đầu là 100,000 có một hồ sơ phân hủy tối ưu. Những nghiên cứu này cho thấy rằng ma trận microsphere nung chảy có một cấu trúc osteoconductive có khả năng hoạt động như một khung tế bào với hồ sơ phân hủy phù hợp cho việc tái tạo xương. © 2002 Wiley Periodicals, Inc. J Biomed Mater Res 61: 421–429, 2002

Các bột thủy tinh (350 mesh) có thành phần MgO, 4.6; CaO, 44.9; SiO, 34.2; PO, 16.3; CaF, 0.5 theo tỉ lệ khối lượng đã được ép chặt, gia nhiệt lên tới 1050°C với tốc độ 5°C/phút và giữ ở 1050°C trong 2 giờ. Sản phẩm thủy tinh - gốm thu được có các tinh thể oxyapatite, fluoroapatite và wollastonite cho thấy độ bền uốn và nén cao lần lượt là 157 và 1060 MPa. Khả năng tương thích sinh học và khả năng liên kết của loại thủy tinh - gốm mới này với mô xương được đánh giá thông qua việc sử dụng xương chày thỏ, và tải trọng phá hủy sự liên kết của một số loại gốm (thủy tinh - gốm mới, hydroxyapatite đặc, 45S5 Bioglass, gốm alumina) với mô xương đã được đo. Thủy tinh - gốm mới cho thấy khả năng liên kết chặt chẽ với xương tương đương với hydroxyapatite đặc, và sau 25 tuần, tải trọng của nó đạt 70% tải trọng của mô xương.

Một đoạn chỉ khâu polyfilament tơ tằm [Số 2‐0 (USP)], dài khoảng 10 cm, đã được phủ một lớp màng mỏng (2–6 μm) chitosan, N‐acetylchitosan hoặc N‐hexanoylchitosan. Chỉ khâu đã được đưa trực tiếp vào lòng của các tĩnh mạch ngoại vi của chó. Khả năng tương thích với máu của các màng này in vivo được xác định bằng mắt thường thông qua sự hình thành huyết khối trên bề mặt màng sau 2 giờ. Một huyết khối dày đặc đã hình thành trên bề mặt màng chitosan và một huyết khối mỏng hình thành trên bề mặt màng N‐acetylchitosan, trong khi không có huyết khối nào hình thành trên bề mặt màng N‐hexanoylchitosan.

Mẫu ghép xương đông khô (FDBA) có hoặc không được tiệt trùng bằng cách tiếp xúc với ethylene oxide (EtO) trước khi đông khô đã được thu nhận từ hai nguồn thương mại. FDBA được tiệt trùng bằng EtO đã được tiếp xúc lại với EtO như một đối chứng dương tính. Các phân tích sắc ký khí cho thấy ba trong số bốn mẫu FDBA tiệt trùng bằng EtO thu được từ thương mại không có EtO phát hiện được, trong khi một mẫu có 0,21 phần triệu (PPM). Đáng ngạc nhiên, có 0,24 PPM được phát hiện trong một mẫu không được tiệt trùng bằng khí EtO. Điều này được cho là do ô nhiễm từ nút cao su được tiệt trùng bằng khí. Trong nghiên cứu độc tính tế bào, FDBA và các nguyên bào sợi lợi người (HGF) được thêm vào đồng thời, ướp lạnh trong 72 giờ, sau đó cố định và nhuộm màu. Các mẫu FDBA đã được tiệt trùng bằng EtO mà không có EtO đã không làm thay đổi sự phát triển của HGF. Tuy nhiên, mẫu đối chứng dương tính FDBA chứa 0,72 PPM EtO có tác động độc hại lên HGF. FDBA có dư lượng EtO đã gây ra sự thay đổi hình thái ở HGF. © 1992 John Wiley & Sons, Inc.

Các nghiên cứu về sự phát triển xương xốp của con người đã được thực hiện trên 19 bệnh nhân đã đồng ý thực hiện phẫu thuật thay khớp gối toàn bộ hai bên. Các xi lanh phủ titan xốp đã được cấy ghép vào mỏm xương đùi trong của đầu gối đối diện trong lần phẫu thuật TKA đầu tiên trong hai lần. Việc thu hồi vật liệu được thực hiện vào thời điểm phẫu thuật TKA thứ hai (sau 6-131 tuần), và phân tích fluorochrome đã được tiến hành. Tỷ lệ lắng đọng khoáng trung bình (MAR) tại giao diện đo được là 1,0 μm/ngày, trong khi đó, cách 4 mm, xương ngoại vi có tỷ lệ MAR trung bình là 0,8 μm/ngày. Điều này thể hiện một sự tăng tốc 25% trong tỷ lệ tái cấu trúc xương tại giao diện so với ngoại vi (P< .05). Nghiên cứu này cho thấy xương đã phát triển theo phương pháp lắng đọng tại giao diện với tốc độ khoảng 1 μm/ngày. Phân tích cho thấy khi xương cách lớp phủ xốp hơn 50 μm, quá trình phát triển của xương không xảy ra. Những kết quả này nhấn mạnh sự cần thiết của độ chính xác phẫu thuật và quản lý hậu phẫu cẩn thận để đạt được sự phát triển xương. © 1994 John Wiley & Sons, Inc.