摘要：目的构建双层含骨基质骨器官芯片并用于体外模拟成骨细胞和破骨细胞分化,为抗骨质疏松药物开发提供新平台。方法使用WorkSoild软件制作双层双通道骨器官芯片设计图,利用光刻技术制备浇注母版。以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为原料,通过模具浇注制备芯片主体。以牛皮质骨片为间隔,分隔培养室4个通道进出口采用储液柱封闭。芯片验证实验分为成骨、破骨诱导组和成骨、破骨对照组,成骨、破骨诱导组将小鼠胚胎成骨细胞前体细胞MC3T3-E1和小鼠巨噬细胞RAW264.7分别接种于芯片上,成骨诱导14 d,破骨诱导7 d。成骨、破骨对照组为不进行诱导的MC3T3-E1细胞和RAW264.7细胞。观察指标包括:(1)芯片外观及密封性:芯片制备完成后拍照观察外观并通过密封实验观察密封性能。(2)生物相容性:MC3T3-E1细胞和RAW264.7细胞接种于芯片培养3 d及培养1、3、5 d后,分别采用钙黄绿素乙酰氧基甲酯/碘化丙啶(AM/PI)染色和细胞增殖及毒性检测试剂盒(CCK-8)实验观察细胞存活情况。(3)成骨分化情况:对成骨诱导组细胞进行碱性磷酸酶(ALP)染色、茜素红染色观察成骨细胞诱导情况。收集成骨诱导组和成骨对照组细胞RNA,qPCR检测成骨细胞标志基因Runt相关转录因子2(RUNX2)、骨钙素(OCN)、Ⅰ型胶原(COL1A1)表达情况,观察成骨细胞分化程度和成骨能力。(4)破骨分化情况:对破骨诱导组细胞进行抗酒石酸酸性磷酸酶(TRAP)染色观察破骨细胞分化情况。提取破骨诱导组和破骨对照组细胞RNA进行破骨分化基因qPCR,检测破骨细胞标志基因TRAP、组织蛋白酶K(CTSK)和树突状细胞特异性跨膜蛋白(DC-STAMP)表达水平。结果双层含骨基质骨器官芯片大小为3 cm×3 cm,整体透光,芯片系统结构对接紧凑,无渗液。钙黄绿素AM/PI染色结果显示,MC3T3-E1细胞和RAW264.7细胞培养3 d后,呈红色荧光死细胞极少。CCK-8实验结果显示,MC3T3-E1细胞和RAW264.7细胞培养5 d内,细胞活力均在90%以上,表明芯片生物相容性好,细胞可以正常存活并增殖。ALP染色和茜素红染色结果显示,成骨诱导14 d,成骨诱导组MC3T3-E1细胞成功分化为成骨细胞并产生钙化结节。qPCR结果显示,成骨诱导组MC3T3-E1细胞的RUNX2相对表达量为4.98±0.74,显著高于对照组的0.99±0.03(P<0.01);MC3T3-E1细胞的OCN相对表达量为7.98±0.76,显著高于对照组的1.00±0.06(P<0.01);MC3T3-E1细胞的COL1A1相对表达量为7.07±0.56,显著高于对照组的0.97±0.03(P<0.01)。TRAP染色结果显示,破骨诱导7 d,破骨诱导组RAW264.7细胞形成巨大的多核破骨细胞,破骨细胞表达大量TRAP蛋白。qPCR检测结果显示,破骨诱导组RAW264.7细胞的TRAP相对表达量为3.35±0.37,显著高于对照组的1.01±0.06(P<0.01);RAW264.7细胞的CTSK相对表达量为3.46±0.79,显著高于对照组的1.01±0.05(P<0.01);RAW264.7细胞的DC-STAMP相对表达量为1.92±0.12,显著高于对照组的0.98±0.08(P<0.01)。结论双层含骨基质骨器官芯片结构紧凑,可长期体外培养,生物相容性好,可进行成骨和破骨细胞分化诱导,有望为骨质疏松机制探究和药物筛选提供新的研究平台。

摘要：目的构建微流控器官芯片,并评估其在模拟骨关节炎进程中软骨下骨骨重塑的能力。方法基于微流控技术和细胞共培养技术设计芯片主体,MC3T3-E1细胞贴壁培养在细胞接种小室的内部,在细胞接种小室的底部以0.5 ml/min的流速灌流培养基。评价指标:(1)微流控器官芯片的评价:灌流生长培养基,采用模拟仿真实验测试不同时间点细胞接种小室内部和底部液体的浓度差和平衡时间;活死染色观察细胞在设定流速下连续培养3、7 d的生物相容性,分为3 d组和7 d组。(2)微流控器官芯片的促成骨作用:灌流成骨诱导培养基,通过碱性磷酸酶(ALP)染色和PCR比较细胞在静态和灌流条件下3、7 d的黑色ALP阳性细胞数量和成骨相关标志基因成骨特异性转录因子2(RUNX2)、Ⅰ型胶原(COL1A1)、骨形态发生蛋白-2(BMP-2)、骨钙素(OCN)的表达情况,分为静态未诱导组、静态诱导组和灌流诱导组。(3)三种成骨细胞亚型外泌体(EVs)的形态和大小表征及生物相容性:获取三种不同细胞亚型[内皮型成骨细胞(EnOB)-EVs、基质型成骨细胞(StOB)-EVs和矿化型成骨细胞(MinOB)-EVs],通过透射电镜和粒径分析获取形态和大小;灌流含有三种不同细胞亚型EVs的生长培养基,通过细胞增殖/凋亡检测实验比较添加不同EVs浓度(1、1.25、2.5、5μg/ml)24 h的生物相容性,分为EnOB-EVs组、StOB-EVs组、MinOB-EVs组。(4)三种成骨细胞亚型EVs的促成骨作用:灌流含有三种不同细胞亚型EVs的成骨诱导培养基3 d,通过ALP染色和PCR比较黑色ALP阳性细胞数量和成骨相关标志基因RUNX2、COL1A1、BMP-2、OCN的表达情况,分为无EVs组、EnOB-EVs组、StOB-EVs组和MinOB-EVs组。结果(1)微流控器官芯片的评价:模拟仿真结果显示,在持续灌流12 h后,上室最上层浓度达到下室浓度的95%以上,最下层为下室浓度的96.5%左右,上下室的浓度差达到平衡状态。活死染色结果表明,芯片在0.5 ml/min的流速下,生物相容性好,灌流3、7 d细胞存活率分别为(99.48±0.12)%、(97.07±1.05)%(P0.05);静态未诱导组COL1A1、BMP-2、OCN表达水平分别为1.00±0.03、1.00±0.13、1.00±0.09,静态诱导组分别为9.38±0.25、14.27±4.35、84.01±4.02,灌流诱导组分别为2.39±0.08、133.64±8.87、86.64±8.36(P<0.01)。3、7 d时静态未诱导组、静态诱导组和灌流诱导组相互比较,均为灌流诱导组的促成骨能力最强。(3)三种成骨细胞亚型EVs的形态和大小表征及生物相容性:透射电镜下EnOB-EVs、StOB-EVs、MinOB-EVs均为典型的茶托状形态。粒径分析结果显示,EnOB-EVs、StOB-EVs、MinOB-EVs的大小分别为(91.3±14.7)nm、(106.0±16.0)nm、(68.1±10.7)nm。细胞增殖/凋亡检测结果显示,EnOB-EVs、StOB-EVs、MinOB-EVs的最佳给药浓度均为1.25μg/ml。(4)微流控器官芯片对于三种EVs促成骨功能验证:ALP染色结果显示,无EVs组黑色ALP阳性细胞最少,添加EnOB-EVs组其次,StOB-EVs组再者,MinOB-EVs组最多。PCR结果显示,无EVs组RUNX2、COL1A1、BMP-2、OCN表达水平分别为1.00±0.01、1.00±0.03、1.00±0.02、1.00±0.02,EnOB-EVs组分别为1.95±0.11、6.78±2.04、7.99±0.57、6.93±3.83,StOB-EVs组分别为0.79±0.12、5.68±1.53、12.59±3.15、25.59±0.95,MinOB-EVs组分别为0.68±0.

摘要：骨质疏松性骨折是在骨质疏松症基础上发生的骨折,又称脆性骨折。随着我国快速进入老龄化社会,骨质疏松症发病率骤升,随之而来的骨质疏松性骨折患者增加,骨创伤疾病谱发生了显著变化。骨质疏松性骨折具有一般骨折的共性和自身特殊性,治疗充满挑战。与此同时,交叉学科的兴起与骨代谢基础研究的深入为提升骨质疏松性骨折的疗效带来诸多机遇。笔者从疾病认知、骨折评估、药物研发、内置物设计、术后康复及再骨折预防等方面系统阐述和分析我国在骨质疏松性骨折治疗领域面临的挑战和解决途径,为骨质疏松性骨折的诊疗提供参考。

摘要：目的构建基于血管化机制的骨不连类器官芯片,并探讨无菌性骨不连发生机制。方法设计半开放微流控芯片,实现人骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stromal cells,BMSC)、人胚肺成纤维细胞(human fetal lung fibroblast 1,HFL1)与人脐静脉内皮细胞(human umbilical vein endothelial cells,HUVEC)共培养,建立三维器官芯片体系。设置HFL1与HUVEC不同比例与BMSC共培养,分为对照组(HFL1∶HUVEC=1∶1)、纤维化组(HFL1∶HUVEC=3∶1)与血管化组(HFL1∶HUVEC=1∶3)。通过碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)、茜素红(alizarin red)染色观察BMSC成骨分化情况,qPCR分析成骨标志基因SP7、RUNX2、ALPL、BGLAP及血管化相关基因KDR、VWF转录情况,Western blot检测成骨标志蛋白RUNX2和ALP表达水平。结果BMSC、HFL1和HUVEC共培养体系中BMSC正常生长且出现明显生物矿化行为,血管内皮细胞能够形成有序血管结构,证实体系构建成功。相较对照组,纤维化组BMSC成骨分化下降趋势不明显,矿化标志基因ALPL和BGLAP相对表达量为0.55±0.19、0.42±0.27,差异均有统计学意义(P<0.05);血管化组基因KDR和VWF下调,相对表达量为0.49±0.17、0.49±0.21,差异均有统计学意义(P<0.05)。相较对照组,血管化组BMSC成骨分化基因SP7、RUNX2、ALPL和BGLAP上调,相对表达量分别为2.91±0.52、3.83±1.87、3.22±1.29和5.21±1.46,差异均有统计学意义(P<0.05);血管化基因KDR、VWF上调,相对表达为8.24±2.84、5.32±1.67,差异均有统计学意义(P<0.05)。Western blot结果表明RUNX2、ALP在血管化组中表达增加,纤维化组中表达减少。结论骨不连类器官芯片能够部分模拟骨不连局部微环境,纤维化可能导致骨形成能力和血管化水平显著下降,是无菌性骨不连发生的潜在重要原因。

摘要：目的回顾比较髂筋膜间隙阻滞(同时阻滞股神经、股外侧皮神经和闭孔神经)复合喉罩全麻与蛛网膜下隙阻滞应用于80岁以上人工股骨头置换术患者(非骨水泥型)的优劣性,探讨适合骨科高龄患者的个体化麻醉方案。方法回顾性分析98例80岁以上人工股骨头置换术患者的麻醉相关资料,其中髂筋膜间隙阻滞复合喉罩全麻44例(G组),蛛网膜下隙阻滞54例(S组),美国麻醉医师协会(ASA)分级为Ⅱ~Ⅳ级。记录麻醉诱导前以及诱导后5、10、15、20、30min时的平均动脉压(MAP)和心率(HR),术前及术后即刻、术后6h、术后24h的疼痛视觉模拟评分(VAS);记录麻黄碱使用次数、合并疾病、不良反应发生情况、手术后住院天数及术前、术后1d睡眠质量;调查手术医生对麻醉方案的满意度。结果两组术前年龄、性别、体质量指数等差异无统计学意义,G组患者ASAⅣ级例数多于S组(P0.05)。结论对高龄髋关节置换患者需根据患者的具体情况选择麻醉方案。在病例选择适当的情况下,髂筋膜阻滞复合喉罩全麻与蛛网膜下隙阻滞相比术后镇痛时间长,安全可行。

摘要：背景:桡骨骨折常遗留严重的并发症如骨不连等,采用新的生物力学分析手段为肱骨骨折、骨不连的功能预后提供新思路。目的:建立桡骨三维有限元模型,并探讨其相关的生物力学意义。设计:以三维有限元模型分析桡骨生物力学特征。单位:解放军第二军医大学附属长海医院骨科和同济大学生命科学与生物工程学院。材料:实验于2001-01/2003-05在解放军第二军医大学长海医院骨科实验室和同济大学生命科学与生物工程学院实验室完成。选择典型的成年男性湿桡骨标本1根,行CT成像得到桡骨每层横截面图像。方法:采用大型有限元分析软件ANSYS5.6建立桡骨三维模型,建模步骤为①对齐切片。②确定坐标原点。③提取轮廓。采用三维十结点四面体实体单元进行网格划分及计算。主要观察指标:①构建的桡骨三维有限元模型的生物力学特性。②三维有限元分析及计算。结果:所构建桡骨三维模型,共划分为76089个结点、49111个单元,客观反映桡骨真实解剖形态及生物力学行为,同时与CT切片图相对比以判断其精确性。结论:桡骨三维有限元模型的构建,可以为桡骨正常力学行为以及骨折后内固定的力学基础研究提供精确模型。

摘要：目的:对比观察动力髋螺钉、Gamma钉与股骨近端髓内钉治疗高龄患者股骨转子间骨折的生物相容性及临床疗效。方法:选择2006-06/2008-03解放军第二军医大学长海医院骨科收治的股骨转子间骨折患者95例,男26例,女69例,年龄70～88岁。根据Evans分型系统,95例患者随机分为3组,动力髋螺钉内固定治疗组(n=30),Gamma钉内固定治疗组(n=30)和股骨近端髓内钉内固定治疗组(n=35),3组患者分别采用动力髋螺钉、Gamma钉和股骨近端髓内钉进行治疗。记录术中、术后出血量,手术时间,住院时间;观察骨折愈合情况、术后并发症及材料与宿主的组织相容性;术后9个月采用Harris评分标准对患髋进行评估。结果:3组患者均获得随访。①Gamma钉内固定治疗组和股骨近端髓内钉内固定治疗组术中出血量少于动力髋螺钉内固定治疗组(P0.05),但统计结果显示,动力髋螺钉内固定治疗组相对最长,股骨近端髓内钉内固定治疗组相对最短。3组患者住院时间差异无显著性意义(P>0.05)。②动力髋螺钉内固定治疗组并发髋内翻1例,伤肢短缩1例。Gamma钉内固定治疗组术后股骨干骨折1例,无伤肢短缩等并发症。股骨近端髓内钉内固定治疗组伤口全部Ⅰ期愈合,无并发症发生。Gamma钉内固定治疗组中2例切开组织液化,2例切开表浅感染,无切开深部感染;动力髋螺钉组中3例出现切开组织液化,2例切开表浅感染,1例切开深部感染。均未出现内固定物切出股骨头或断裂等内固定失效现象。③髋关节Harris功能评分显示,动力髋螺钉内固定治疗组优23例,良4例,可3例,优良率90.0%。Gamma钉内固定治疗组优24例,良4例,可2例,优良率93.3%。股骨近端髓内钉内固定治疗组优32例,良2例,可1例,优良率97.1%。3组间差异无显著性意义(P>0.05)。结论:应用动力髋螺钉、Gamma钉和股骨近端髓内钉治疗老年股骨转子间骨折,在疗效方面无明显差异。Gamma钉和股骨近端髓内钉可缩短手术时间、减少术中出血量及术后并发症。对于稳定性骨折,3种内固定装置均可选择,而动力髋螺钉具有价格便宜的优点;对于不稳定性骨折,股骨近端髓内钉、Gamma钉由于生物力学上的优势,都是不错的选择。

摘要：目的 探讨一种基于熔融沉积快速成型-三维打印技术制备个体化枕骨髁螺钉导航模板的可行性,并对该方法辅助置钉的准确性和安全性进行评估.方法 选取30具成人尸体的枕颈部标本,将其CT扫描数据导入Mimics软件,对枕颈部行选择性重建,测量枕骨髁相关解剖结构以确定置钉参数.手工选取钉道,设计与枕骨后部结构相贴合的阴模,并利用三维打印技术成型.基于枕骨髁打印模型,直视下徒手将阴模制成具有双侧枕骨髁螺钉钉道的导航模板,并在其辅助下于尸体标本置入双侧枕骨髁螺钉.术后对寰枕间隙行解剖观察并再次行CT扫描评估螺钉位置.结果 根据生成的计算机三维模型设计并制作30个枕骨髁螺钉个体化导航模板,在其辅助下置钉的操作耗时为（91.4 ±8.2）s.60枚螺钉的轴位内倾角、矢状位倾角和进钉点至寰枕关节面的垂直距离分别为（33.2±6.4）°、（8.9±3.4）°和（3.9 ±0.9）mm,性别及个体左右侧所致相关参数的差异均无统计学意义（P＞0.05）.术后解剖及CT检查提示所有螺钉均未侵犯椎动脉、舌下神经管、髁导静脉管或寰枕关节面.除1枚螺钉穿破枕骨髁外侧皮质外,余钉位准确.结论 本研究结果表明,基于CT图像,使用Mimics软件能够精确重建枕骨髁及相关解剖结构,并建立其对应阴模.利用三维打印模型所设计的个体化导航模板,辅助置钉准确性高、操作简单,为枕骨髁螺钉的精确置入提供了一种可供选择的新方法.

摘要：目的 :分析镍钛聚髌器这一髌骨骨折内固定器的设计合理性及治疗粉碎性髌骨骨折 ,促进骨折愈合的生物力学基础。 方法 :利用 ANSYS软件对聚髌器进行分析 ,建模后进行网格划分 ,有限元单元采用 2 0节点、八面体的三维砖块单元 ,六个定义自由度 ,共划分了 10 483个单元 ,节点数为 1795 9。髌骨三维有限元模型划分为 8775个单元 ,节点数 15 847。根据聚髌器的五个聚合方向 ,对髌骨模型施加载荷。结果 :镍钛聚髌器内表面受拉力 ,外表面受压力 ,其最大值分别为 195 .8MPa和- 18MPa,远小于其极限应力 ,同时亦远小于其疲劳极限。聚髌器的记忆加压聚合力为 134N。整个髌骨表面受力比较均匀 ,约为 0 .8Mpa。髌骨各节点应力计算表明 ,所受应力主要为正应力。结论 :本器设计合理 ,重复使用性好。固定后允许患者早期活动 (术后 ) 。

摘要：目的:观察动力髋螺钉与Gamma钉材料治疗70岁以上股骨转子间骨折的生物相容性及临床疗效并予比较。方法:选择2003-01/2006-01收治于解放军第二军医大学长海医院骨科的股骨转子间骨折患者130例。按随机数字表分配进入动力髋螺钉组65例及Gamma钉组65例。按常规手术方式进行手术,平均手术时间从切开皮肤至关闭伤口计算,闭合复位的时间不纳入统计。手术出血量以红细胞压积所代表的百分数表示。术后9个月时评估肢体功能水平。观察材料与宿主的组织相容性。结果:130例均得到随访,平均随访9个月。①术中问题:Gamma钉平均手术时间47.1min(13～120min),平均出血量160mL;动力髋螺钉组平均手术时间53.4min(30～150min),平均出血量152mL。②疗效评估:全部骨折均在9个月随访时间内达到骨性愈合,双下肢基本等长,无髋内翻畸形。Gamma钉组优59例,良3例;动力髋螺钉组优60例,良2例。③材料与宿主的生物相容性:Gamma钉组中5例出现伤口表皮感染;动力髋螺钉组中1例出现伤口表皮感染。均未出现内固定物切出股骨头或断裂等内固定失效现象。结论:对于稳定性骨折,两种内固定装置均可选择,而动力髋螺钉具有价格便宜的优点;对于不稳定性骨折,Gamma钉具有生物力学上的优势,应优先选择。