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孔洞的三维网络结构有助于骨组织的生长和血管形成2024-07-17 08:44:29

在设计人工骨支架时除了考虑孔隙率之外,还需要考虑孔洞的大小、形状和分布。理想的支架孔洞大小通常在100-600μm之间,这有利于细胞进入和营养物质的交换,而孔洞的三维网络结构有助于骨组织的生长和血管形成。PENG等采用镁锶改性的羟基磷灰石为基底材料,设计了一种孔径分布在10-70μm、通孔结构为300-500μm的支架结构,对支架进行细胞染色实验、降解实验,发现孔径在300-500μm范围内的支架可为营养物质的运输和细胞迁移提供通道,通过体外碱性磷酸酶活性检测发现该支架没有细胞毒性并具有良好的成骨活性。

XIA等采用激光粉末床熔融技术制备具有金刚石结构、孔径为600μm的纯锌多孔支架,通过力学实验得出该支架的弹性模量满足人体骨小梁的弹性模量,可以为骨骼提供适当的机械支撑,避免了应力屏蔽效应;通过生物细胞实验发现该支架结构可从周围骨骼中募集细胞并促进营养扩散和血管化,表现出来良好的体外细胞相容性和促成骨能力。QIU等采用渗透铸造法制备多孔锌-0.8锂(Zn-0.8Li)合金支架,不同孔径的支架均具有良好的孔隙连通性,大孔径(120-440μm)支架孔的连通性相对较好,孔的结构更加均匀,有利于细胞和血管的正常生长以及氧气和营养物质的运输,最终促进新骨组织的生长。
 
岳怀俊等采用各向同性材料惩罚模型,以保证髋关节植入体疲劳寿命且减小应力遮挡效应为优化目标,对植入假体进行结构优化,优化后的假体疲劳性能随孔径的增大而降低,应力遮挡随孔径的增加而减小,优化后假体的近端降低假体刚度,减小了整体应力遮挡,使假体的总体疲劳性能得到了提高。CHENG等通过拓扑优化设计了一种具有复杂结构的聚醚醚酮下颌骨模拟物,以应力为优化目标,对载荷和边界进行约束,发现优化后模型的最大应力和位移远低于优化前的模型,创建了更多的正常应力-应变曲线,为外科下颌重建提供更好的功能和外观。
 
出自《骨组织工程中传统与仿生支架结构设计的差异》赵越,许燕,周建平.