β-TCP支架体外构建组织工程骨及其流体力学研究

Study of Flow Field on In vitro Construction of Tissue Engineering Bone by a β-Tricalcium Phosphate Scaffold

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摘要骨髓基质干细胞在β-tricalcium phosphate(β-TCP)支架上分别进行了1、2和4周的三维动态培养,对支架上不同时间和部位的细胞面积/微孔面积及支架动态培养的流体环境进行了研究.研究表明,第1周细胞在支架大部分孔道内粘附生长并出现一定区域的单细胞层和多细胞层,第2周部分区域的部分孔道已填满了细胞并出现多细胞层,第4周大部分孔道几乎填满了细胞,主管道内壁出现了较多的细胞生长.同时发现,支架上各个区域细胞粘附面积不等,部分区域无细胞存在,有的部位2周后细胞逐渐减少.为了研究支架各个位置细胞增殖与流速、剪切应力的关系,建立了支架随机孔道结构的流体分析模型,通过支架上流速和剪切应力分布探讨实验中细胞分布现象的机理.结合计算和实验发现,流体能流到的部位几乎都有细胞生长,细胞生长较快的部位速度大多集中在0.24～0.53 mm/s,剪切力大多在0.0050～0.023 Pa,主管道底部及靠近进口的部位可能存在由于过大的剪切力影响细胞生长的区域.上述结果在一定程度上反映了细胞-支架-流体三者在成骨转化过程中的作用,对指导体外灌注培养的流量确定、灌注工艺及骨转化动力学研究有重要的意义.

作者徐尚龙 ^[1] 李涤尘 ^[1] 谢幼专 ^[2] 卢建熙 ^[3] 卢秉恒 ^[1] 朱振安 ^[2] 汤亭亭 ^[2] 戴尅戎 ^[2] 王臻 ^[4] 学术成果认领

作者单位西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室,西安,710049 ^[1] 上海交通大学附属第九人民医院骨科,上海,200011 ^[2] 上海交通大学附属第九人民医院骨科,上海,200011;Laboratory of Biomaterials and Biotechnologies(LR2B),Littoral University,Marseile,France ^[3] 第四军医大学附属西京医院骨科,西安,710032 ^[4]

关键词支架流体剪切应力动态细胞培养计算流体力学生物反应器骨髓基质干细胞

主题词支架(Stents)细胞(Cells)流体动力学(Hydrodynamics)研究(Research)骨髓(Bone Marrow)

分类号 Q813.11

栏目名称 研究报告

DOI 10.3321/j.issn:1000-3282.2006.09.014

发布时间 2006-10-17

基金项目

国家自然科学基金 国际科技合作项目