骨組織工程課件

骨組織工程前言骨缺損在臨床上十分常見,治療比較困難。如何促進(jìn)骨缺損的盡快愈合,一直是骨科領(lǐng)域努力解決的問題。傳統(tǒng)的治療方法一般采用有自體骨移植、同種異體骨移植和人工骨材料替代,這些方法均不同程度地存在著來源局限且有創(chuàng),免疫排斥及成骨能力不確定等缺點(diǎn)。前言上世紀(jì)80年代組織工程學(xué)的誕生，為骨缺損的臨床治療開辟了嶄新的道路。組織工程支架的建構(gòu)為骨缺損的臨床治療提供了可能。組織工程支架的三維重建運(yùn)用組織工程學(xué)的方法，研究組織工程支架的三維重建及其生物材料實(shí)現(xiàn)，用程序?qū)崿F(xiàn)支架重建與層層打印。若在建構(gòu)的組織工程支架上植入種子細(xì)胞和生長因子后，能夠使病變或損傷的骨組織恢復(fù)到天然狀態(tài)，達(dá)到骨缺損修復(fù)的極致，從而為臨床治療骨缺損提供技術(shù)支持和保障。1、三維重構(gòu)

基于斷層數(shù)據(jù)的三維重構(gòu)是現(xiàn)在國內(nèi)外研究的熱點(diǎn),最初的應(yīng)用是在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。近年來,這項(xiàng)技術(shù)又與工業(yè)上興起的RP技術(shù)相結(jié)合,根據(jù)重構(gòu)的結(jié)果,輔以特殊材料快速制造出病體的替代品,這在外科手術(shù)中取得顯著成效.1973年,第一臺臨床用的計(jì)算機(jī)斷層掃描裝置(CT)研制成功，隨著電子計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展,使對CT圖像進(jìn)行三維重構(gòu)成為可能,由此發(fā)展起來一系列的三維重構(gòu)理論。如1990年,德國應(yīng)用快速制造技術(shù)研制出個體匹配性能較好的人工髖關(guān)節(jié)假肢;1997年,美國應(yīng)用快速成型制造出人工下頜骨替代病變骨.臺灣ChangGungUniversity和ChangGungMemorialHospital合作在計(jì)算機(jī)的輔助下成功的完成了一個八歲患兒的顱骨修復(fù)手術(shù)，醫(yī)生在手術(shù)前利用3D-CT在計(jì)算機(jī)上重建了顱骨缺損部分的形狀模型，再通過快速成型技術(shù)用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料制造出移植的修補(bǔ)骨，與傳統(tǒng)的手術(shù)方法相比，大大減少了手術(shù)時(shí)間，提高了手術(shù)效率，保障了手術(shù)的成功率。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀清華大學(xué)與第四軍醫(yī)大學(xué)等單位合作，通過快速成型工藝開發(fā)了與人骨組織孔隙結(jié)構(gòu)和材料結(jié)構(gòu)高度類似的大斷骨修復(fù)物，并在國際上率先完成了兔橈骨20mm節(jié)段性缺損修復(fù)試驗(yàn)，正在積極準(zhǔn)備臨床試驗(yàn)研究。上海交通大學(xué)與上海市第九人民醫(yī)院合作，在國內(nèi)首次將快速成型技術(shù)設(shè)計(jì)與制造的定做式人工關(guān)節(jié)用于臨床實(shí)踐。大連理工大學(xué)應(yīng)用Pro/E軟件實(shí)現(xiàn)人膝蓋骨的三維重建美國的Stratasys公司在03和04年分別銷售了545臺和831臺Dimension系列三維打印機(jī)，憑著這優(yōu)異成績連續(xù)兩年超過了3DSystems公司，同樣ZCorp公司也連續(xù)兩年占據(jù)著銷售量第二的位置。目前清華大學(xué)、西安交大、上海大學(xué)等國內(nèi)科研院所也在積極研發(fā)此類設(shè)備。三維打印成型圖片如下幾圖：3、三維支架材料分類：1、天然無機(jī)材料：珊瑚和珊瑚羥基磷灰石(coralhydroxyapatiteCHA)，陶瓷化骨(trueboneceramicTBC)，膠原(collogen)，殼聚糖(chitosan)，天然骨衍生材料(bioticbonederivedmaterials)2、人工合成的無機(jī)材料：主要以生物活性陶瓷和磷酸鈣水泥(calciumphosphatecement，CPC)為主．3、常用的可降解合成高分子材料有聚乳酸(polymerlacticacid，PLA)、聚乙醇酸(polygly—collicacid，PGA)、以及其共聚物PLGA、和聚已內(nèi)酯(polycaprolactam，PCL)等Vozzi等用微孔注射沉積法制備了PLGA三維多孔支架．該方法是在計(jì)算機(jī)控制下，通過三軸微孔沉積技術(shù)制備支架的，并能用計(jì)算機(jī)來控制三維支架的，孔徑等參數(shù)．Narbat等采用溶劑澆鑄法制成了羥基磷灰石-明膠的多孔組織工程支架。Xiong等用低溫沉積技術(shù)制備了聚乳酸／磷酸三鈣復(fù)合材料的三維多孔支架，通過該法制得的支架孔隙率高達(dá)89．6％以上，并且制得支架的機(jī)械強(qiáng)度高，可用于骨修復(fù)(2)二維斷層圖像分割和融合把一個斷面圖像劃分為互不相交的多個區(qū)域,每個區(qū)域只包含同一屬性組織(例如肌肉、骨骼等)。正確的分割是正確建模的前提。再將源圖像分割的結(jié)果進(jìn)行綜合（即融合）。(3)多層圖像的綜合不同層圖像的相互位置校準(zhǔn)對整、層間插值和相同屬性人體組織的三維合并。(4)建模存儲及可視化顯示采用合理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲三維數(shù)據(jù),生成各種可視化顯示。其流程如圖2所示。

圖2三維建模及可視化流程圖數(shù)據(jù)采集及預(yù)處理分層圖像分割多層對齊、插值、區(qū)域合并生成模型存儲可視化顯示三維立體打印的過程3、骨組織工程支架的材料實(shí)現(xiàn)根據(jù)支架的組織工程學(xué)的要求，選用聚乳酸（PLA）來完成腿骨支架。通過選用不同的制孔劑和采用不同的方法來提高支架的孔隙率和孔徑，為支架提供更好的支持。

組織工程支架的制備技術(shù)1、纖維粘接技術(shù)(fiberbonding)2、微粒瀝濾技術(shù)(particulateleaching)3、氣體發(fā)泡技術(shù)(gasfoaming)4、相分離技術(shù)(phaseseparation)5、微孔注射法（microsyringedeposition）6、薄膜