Abstract—during the last decades, b

Abstract—during the last decades, bone tissue repair and
regeneration have been increasing interest in the clinical
therapy scientific field, and with the development of materials,
biology and tissue engineering, the bone tissue engineering has
been as an efficient method to treat bone defects. This review
summarizes several aspects related to bone tissue engineering
for bone repair and regeneration: the biomaterials in the bone
tissue engineering, the stem cell behavior in bone tissue
engineering, and the development of biomaterials and bone
tissue engineering. We also highlight several latest
advancements in bone tissue engineering. Finally, a brief
summary of the bone tissue engineering challenges in the field
are provided with suggestions for future research directions.
I. INTRODUCTION
ONES are important structural components for the
vertebrates, which is composed of 60% hydroxyapatite,
10% water and 30% collagen proteins. Bones play important
roles to provide mechanical support for locomotion,
protecting vital organs, and regulating the metabolism of
calcium and phosphorus, and so on. All these functions
requires a healthy bone balance system [1]. However,
millions of people in the world suffer from bone defects due
to many reasons, including trauma, tumor, bone diseases,
congenital defects and aging. These defects are increasingly
becoming the major clinical cases.
The biomaterials are indispensable in the bone repair
therapies; recent advances in the bone repair research have
highlighted the cell-material composite of tissue engineering
which provide the unique self-repair capacity to remodel.
Once implanted, the cell-material composite help the body to
heal itself [2].The constructs are seeded with stem cells,
usually derived from the bone marrow, and then different into
the bone cells under the process of proliferation and
Manuscript received Juny 22, 2011. This work was supported in part by
the Chongqing University of Science and Technology under Grant
CK2010B18.
First Author, Wenfeng Xu, was with the Department of Chemical and
Environmental Engineering, Chongqing University of Art and Science,
Chongqing, China, 402160 (corresponding phone: [phone]; fax:
023-49682200, e-mail: [e-mail]).
Second Author, Xiaoling Liao﹡, was the paper’s corresponding author
with the Institute of Biomaterials and Living cell Imaging, Chongqing
University of Science and Technology, Chongqing, China,
401331(corresponding phone: [phone], fax: [phone]; e-mail:
[e-mail]).
Third Author, Bo Li, was with the Institute of Biomaterials and Living
cell Imaging, Chongqing University of Science and Technology, Chongqing,
China,401331(corresponding phone: [phone], fax: [phone];
e-mail: [e-mail]).
Fourth Author, was with the Institute of Biomaterials and Living cell
Imaging, Chongqing University of Science and Technology, Chongqing,
China,400050(corresponding phone: [phone], fax: [phone]).
differentiation in vitro conditions [3]. The new bone tissue
regeneration is charged by these bone cells under tightly
controlled microenvironment including chemical and
mechanical stimuli, for example, the surface chemical and
physical characteristics of the scaffold, the shear stress of the
humour, and so on [4].
In this paper, we summarize and provide an overview of
published studies on the biomaterials in the bone tissue
engineering, the stem cell behavior in bone tissue
engineering. We also highlight several latest advancements in
bone tissue engineering. Finally, a brief summary of the bone
tissue engineering challenges in the field are provided with
suggestions for future research directions.
II. BIOMATERIALS FOR BONE TISSUE ENGINEERING
Although slight bone fractures can be easily self-repaired,
serious bone defects or diseases (i.e., comminuted fracture,
osteoporotic and cartilaginous tissues) are difficult to
regenerate and remodel by itself-healing [5]. In this case,
surgery is often required to implant bone graft or artificial
materials at the site of injury or disease [6]. According to
statistics, there are more than 12 million operations requiring
bone substitutes in our world alone each year and the demand
continues to rise drastically. For example, there will be a
174% increase for first-time total hip replacements, and a
673% increase for first-time total knee replacements by the
year 2030 (AAOS 2006c). Such statistics does not include the
steadily growing number of revision surgeries resulted from
the average lifespan (only 10 to 15 years) of an orthopedic
implant [7]. It is clear that the bone implants are becoming a
highly demanded resource for the clinical needs, which will
have significant socio-economic benefits over worldwide.
The traditional bone repair procedure involves the use of
autografts (from the patient iliac crest) and allografts (from
the cadaver bone) [8]. Autograft is still considered as the gold
standard in the reconstruction of bone defects until now,
because it has the structural stability and natural osteogenic
ability [9]. Although the autograft and allograft procedures
have been fairly successful, there are serious limitations such
as limited supply of donor bone tissue, unpredictable
rejection characteristics, infection and donor site morbidity
[10]. Particularly, large bone defects are a major clinical
problem since autologous bone grafts are not available in up
to 40% of these patients [11]. Therefore, there is a pressing
need for more reliable and abundant bone substitutes to
replace or repair bone defects in clinics.
In the past decades, with the development of materials
science and biology, a series of bone graft substitutes have
been produced. Indeed, there are currently over 100 approved
bone replacement materials in Germany alone [12], through
which three different generations have been evolved [13]: the
Biomaterials and Bone Tissue Engineering
Wenfeng Xu, Xiaoling Liao﹡, Bo Li and Taifu Li
B
224
first-generation “bioinert” materials; the second-generation
“bioactive and biodegradable” materials; and the
third-generation “cell- and gene-activating” materials
(designed to stimulate specific cellular responses at the
molecular level with the aim of developing materials that,
once implanted, will stimulate the body to heal by itself).
These three generations of materials are shown in Table 1 as
follows [14]
During the 1960s and 1970s, the first-generation
materials were developed with the simple goal of achieving
“a suitable combination of physical properties to match those
of the replaced tissue with a minimal toxic response in the
host” [1]. In 1980, around 2 to 3 million prosthetic parts were
implanted in patients in the United States, which had
enhanced these patients’ life quality for 5 to 25 years with
such “inert” biomaterials [3]. In the mid-1980s, the second
generation “bioactive” materials were developed and applied
in clinics for orthopedic and dental applications. By the
1990s, bioactive composites including hydroxyapitite
particles have become important in the repair and
replacement of bones [1]-[4]. Although some of the above
first and second generation substitutes have been successfully
applied to replace or repair bone defects in clinics, they are
limited in part due to the fact that they are man-made, and
thus cannot respond to physiological loads change or
biochemical stimuli. For most first and second generation
biomaterials, stress shielding effect results from the mismatch
of the mechanical properties between the host bone and the
implant. In addition, the surface properties inhibiting the new
tissue regeneration which can lead to the loosening of implant
from host bones. This became the main reason of orthopedic
implant failure, and also a third to half of prostheses failed
within 10 to 25 years [4]. New strategy is hence needed to
further improve the repair and regeneration of bone tissues.
During the first decade of the 21st century, the new third
generation, “cell- and gene-activating” biomaterials (also
called bone tissue engineering materials), have been tailored
into the extracellular matrix (ECM) scaffolds. This allows the
bone progenitor cells to seed on scaffolds for proliferation
and differentiation in vitro, thus better mimicking naturally
surrounding tissue before being implanted into the patients
[3]. Bone tissue engineering has gained increasing
recognition to treat bone defect since it can stimulate new
bone tissue regeneration in the host by inducing bone cells
adhesion and proliferation. This provides a more effective
approach than the traditional methods (Laurencin, Ambrosio
et al. 1999; Hench and Thompson 2010). This hybrid
construct is a typical third-generation “cell- and
gene-activating” material [4-6]. After a minimally invasive
surgery to insert the hybrid construct to the disease or injury
site, the self-healing process occurs by stimulating the
specific response of cells at a molecular level, activating
specific gene expression to regulates regeneration, and
gradually replacing the missing bone with newly formed
tissue [15]. Thus, the new bone repair therapy can be simply
defined as the ‘science of persuading the body to heal by its
intrinsic repair mechanisms’ [15]-[17].
To date, one of the most advanced bone tissue
engineering methods is to transplant hybrid cell-material
constructs into patients, which incorporate cells, a 3D porous
scaffold, and bioactive factors as an integrated bone graft
substitute. Recently, many new biomaterials scaffold
appeared, specially, the activated biomaterials particles and
3D porous activated biomaterials scaffold.
For example, Xu [18]-[20] preparated the porous Carbon
fiber/Polylactic acid/Chitosan (CF/PLA/CS) composites
scaffold by using process of solvent blending and
freeze-drying technique (Fig.1).The results shows that the
sizes of pores in the composites were from 20 μm to 500 μm,
the pores distributed well, and connected each other.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

นามธรรมซึ่งในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา การซ่อมแซมเนื้อเยื่อกระดูก และฟื้นฟูได้ถูกเพิ่มสนใจในการวิจัยทางคลินิกรักษาฟิลด์วิทยาศาสตร์ และ มีการพัฒนาวัสดุชีววิทยาและวิศวกรรมเนื้อเยื่อ วิศวกรรมเนื้อเยื่อกระดูกได้แล้วเป็นวิธีมีประสิทธิภาพในการรักษากระดูกข้อบกพร่อง บทความนี้สรุปด้านต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องกับวิศวกรรมเนื้อเยื่อกระดูกฟื้นฟูและซ่อมแซมกระดูก: ชีววัสดุในกระดูกวิศวกรรม การรักษาสเต็มเซลล์ในเนื้อเยื่อกระดูกเนื้อเยื่อวิศวกรรมศาสตร์ และการพัฒนาของชีววัสดุและกระดูกวิศวกรรมเนื้อเยื่อ นอกจากนี้เรายังเน้นล่าสุดหลายก้าวหน้าวิศวกรรมเนื้อเยื่อกระดูก สุดท้าย ย่อสรุปของเนื้อเยื่อกระดูกวิศวกรรมความท้าทายในฟิลด์จะมีคำแนะนำสำหรับทิศทางการวิจัยในอนาคตI. บทนำคนมีองค์ประกอบโครงสร้างที่สำคัญในการvertebrates ซึ่งเป็นส่วนประกอบของ hydroxyapatite 60%10% 30% และน้ำคอลลาเจนโปรตีน กระดูกเล่นสำคัญบทบาทให้การสนับสนุนเครื่องจักรกลสำหรับ locomotionป้องกันอวัยวะสำคัญ และการควบคุมการเผาผลาญแคลเซียม และฟอสฟอรัส และอื่น ๆ ฟังก์ชันเหล่านี้ทั้งหมดต้องการระบบสมดุลสุขภาพกระดูก [1] อย่างไรก็ตามล้านคนในโลกต้องทนทุกข์ทรมานจากกระดูกบกพร่องเนื่องเพื่อเหตุผลหลาย รวมทั้งการบาดเจ็บ เนื้องอก โรคกระดูกข้อบกพร่องแต่กำเนิดและอายุ ข้อบกพร่องเหล่านี้มีมากขึ้นเป็นกรณีสำคัญทางคลินิกผู้มีความสำคัญในการซ่อมแซมกระดูกรักษา มีความก้าวหน้าล่าสุดในงานวิจัยการซ่อมแซมกระดูกเน้นเซลล์วัสดุคอมโพสิตของวิศวกรรมเนื้อเยื่อซึ่งให้กำลังซ่อมแซมตัวเองที่ไม่ซ้ำกันสร้างใหม่เมื่อ implanted คอมโพสิตวัสดุเซลล์ช่วยให้ร่างกายรักษาตัวเอง [2]โครงสร้างมี seeded สเต็มเซลล์มักได้มา จาก ไขกระดูก และแตกต่างกันไปแล้วเซลล์กระดูกที่อยู่ภายใต้กระบวนการของการงอก และฉบับรับ Juny 22, 2011 งานนี้ได้รับการสนับสนุนบางส่วนโดยชองมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีภายใต้เงินช่วยเหลือCK2010B18ผู้เขียนแรก เวนเฟง Xu ถูกกับภาควิชาเคมี และวิศวกรรมสิ่งแวดล้อม มหาวิทยาลัยจุงกิงของศิลปะ และ วิทยาศาสตร์ฉงชิ่ง จีน 402160 (สอดคล้องโทรศัพท์: 023-49682200 โทรสาร:023-49682200 อีเมล์: [e-mail])ผู้เขียนสอง มิงเซียวลิง Liao﹡ เป็นผู้เขียนที่สอดคล้องกันของกระดาษสถาบันชีววัสดุและชีวิตเซลล์ภาพ จุงกิงมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ฉงชิ่ง จีน401331 (สอดคล้องโทรศัพท์: 023-65023701 โทรสาร: 023-65023701 อีเมล์:[e-mail])ผู้เขียนสาม Bo Li ถูกสถาบันชีววัสดุและนั่งเล่นภาพ ชองมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์ และ เทคโนโลยี ฉงชิ่ง เซลล์จีน 401331 (สอดคล้องโทรศัพท์: 023-65023701 โทรสาร: 023-65023701อีเมล์: [e-mail])ผู้เขียนสี่ ถูกกับเซลล์สถาบันชีววัสดุและนั่งเล่นภาพ ชองมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ฉงชิ่งจีน 400050 (สอดคล้องโทรศัพท์: 023-65023701 โทรสาร: 023-65023701)สร้างความแตกต่างในเครื่อง [3] เนื้อเยื่อกระดูกใหม่ฟื้นฟูเรียกเซลล์กระดูกเหล่านี้ภายใต้อย่างใกล้ชิดควบคุม microenvironment รวมทั้งสารเคมี และสิ่งเร้าทางกล เช่น พื้นผิวทางเคมี และลักษณะทางกายภาพของนั่งร้าน ความเครียดเฉือนของการอารมณ์ขัน และอื่น ๆ [4]ในเอกสารนี้ เราสรุป และให้ภาพรวมของเผยแพร่การศึกษาชีววัสดุในเนื้อเยื่อกระดูกวิศวกรรม การรักษาสเต็มเซลล์ในเนื้อเยื่อกระดูกวิศวกรรม นอกจากนี้เรายังเน้นหลายก้าวหน้าล่าสุดในวิศวกรรมเนื้อเยื่อกระดูก สุดท้าย สรุปโดยย่อของกระดูกมีความท้าทายทางวิศวกรรมเนื้อเยื่อในฟิลด์คำแนะนำสำหรับทิศทางการวิจัยในอนาคตครั้งที่สองชีววัสดุสำหรับวิศวกรรมเนื้อเยื่อกระดูกแม้ว่ากระดูกหักกระดูกเล็กน้อยได้อย่างง่าย ๆ ด้วยตนเองซ่อมแซมข้อบกพร่องร้ายแรงกระดูกหรือโรค (เช่น comminuted กระดูกเนื้อเยื่อ osteoporotic และ cartilaginous) ยากสร้างใหม่ และสร้างใหม่ ด้วยตัวเองรักษา [5] ในกรณีนี้การผ่าตัดมักจะเป็นต้องปลูกฝังกระดูกรับสินบน หรือประดิษฐ์วัสดุที่ไซต์การบาดเจ็บหรือโรค [6] ตามที่สถิติ มีการดำเนินงานมากกว่า 12 ล้านที่ต้องการกระดูกแทนโลกของเราคนเดียวแต่ละปีและความต้องการยังคงเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ตัวอย่าง จะมีการเพิ่มขึ้น 174% ในครั้งแรกรวมสะโพกแทน และ673% เพิ่มขึ้นสำหรับครั้งแรกเข่าแทนโดยการปีปี 2030 (AAOS 2006c) สถิติดังกล่าวไม่รวมการเติบโตอย่างต่อเนื่องจำนวนผ่าตัดเป็นผลมาจากการปรับปรุงอายุเฉลี่ย (ปี 10-15 เท่า) ของการศัลยกรรมกระดูกและข้อรากฟันเทียม [7] เป็นที่ชัดเจนว่า ปลูกกระดูกจะกลายเป็นการทรัพยากรต้องสูงคลินิกความต้องการ ซึ่งจะมีผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจสังคมที่สำคัญไปทั่วโลกกระบวนการซ่อมแซมกระดูกโบราณเกี่ยวข้องกับการใช้autografts (จากยอด iliac ผู้ป่วย) และ allografts (จากกระดูก cadaver) [8] Autograft ยังคงถือว่าเป็นทองมาตรฐานในการฟื้นฟูของกระดูกบกพร่องจนถึงขณะนี้เนื่องจากมีเสถียรภาพทางโครงสร้างและธรรมชาติ osteogenicสามารถ [9] แม้ว่าขั้นตอนการ autograft และ allograftมีธรรมประสบความสำเร็จ มีข้อจำกัดรุนแรงดังกล่าวเป็นจำกัดจัดหาผู้บริจาคกระดูกเนื้อเยื่อ ไม่แน่นอนลักษณะการปฏิเสธ การติดเชื้อ และผู้บริจาคเว็บไซต์ morbidity[10] โดยเฉพาะ กระดูกใหญ่ข้อบกพร่องมีความสำคัญทางคลินิกปัญหาเนื่องจากกระดูก autologous grafts ไม่มีค่า40% ของผู้ป่วยเหล่านี้ [11] ดังนั้น มีการกดแป้นต้องการมากมาย และเชื่อถือได้มากขึ้นกระดูกทดแทนการเปลี่ยน หรือซ่อมแซมกระดูกบกพร่องในคลินิกในทศวรรษ กับการพัฒนาของวัสดุวิทยาศาสตร์และชีววิทยา ชุดทดแทนกระดูกรับสินบนได้การผลิต จริง ขณะนี้มีกว่า 100 ที่อนุมัติกระดูกวัสดุทดแทนในเยอรมนีเพียงอย่างเดียว [12], ผ่านรุ่นต่าง ๆ ที่สามได้รับการพัฒนา [13]: การชีววัสดุและวิศวกรรมเนื้อเยื่อกระดูกเวนเฟง Xu, Liao﹡ มิงเซียวลิง บ่อหลี่ และ หลี่ TaifuB224วัสดุรุ่น "bioinert" second-generation"กรรมการก และสลาย" วัสดุ และวัสดุรุ่นที่สาม "เซลล์ - และยีนเปิดใช้งาน"(ออกแบบมาเพื่อกระตุ้นการตอบเฉพาะโทรศัพท์เคลื่อนที่ระดับโมเลกุลกับจุดมุ่งหมายของการพัฒนาวัสดุที่เมื่อ implanted จะกระตุ้นร่างกายรักษา ด้วยตัวเอง)รุ่นสามนี้การผลิตจะแสดงในตารางที่ 1 เป็นดังนี้ [14]ในช่วงปี 1960 และทศวรรษ 1970 รุ่นวัสดุที่ได้รับการพัฒนา มีเป้าหมายเรื่องการบรรลุเป้าหมาย"ที่เหมาะสมทั้งคุณสมบัติทางกายภาพให้ตรงกับของเนื้อเยื่อที่มีการตอบสนองต่อพิษน้อยที่สุดในการโฮสต์" [1] ในปี 1980 อะไหล่เทียมประมาณ 2 ถึง 3 ล้านได้implanted ในผู้ป่วยในสหรัฐอเมริกา ซึ่งมีเพิ่มคุณภาพชีวิตของผู้ป่วยเหล่านี้ 5 ถึง 25 ปีด้วยชีววัสดุเช่น "inert" [3] ในกลางไฟต์ ที่สองสร้างพัฒนา และใช้วัสดุ "กรรมการก"ในคลินิกสำหรับกระดูก และฟัน โดยปี 1990 คอมโพสิตกรรมการกรวม hydroxyapititeอนุภาคเป็นสำคัญในการซ่อมแซม และแทนที่ของกระดูก [1] - [4] แม้บางอย่างข้างต้นครั้งแรก และรุ่นสองที่ทดแทนได้รับเรียบร้อยแล้วใช้แทน หรือซ่อมแซมกระดูกบกพร่องในคลินิก พวกเขาจะจำกัดบางส่วนเนื่องจากข้อเท็จจริงที่ว่าพวกเขาจะจำลอง และจึง ไม่สามารถตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงโหลดสรีรวิทยา หรือชีวเคมีสิ่งเร้า ในที่สุด และสองชีววัสดุ ความเครียดผลการป้องกันผลจากการไม่ตรงกันคุณสมบัติทางกลระหว่างกระดูกโฮสต์และรากเทียม นอกจากนี้ คุณสมบัติผิว inhibiting ใหม่ฟื้นฟูเนื้อเยื่อซึ่งจะนำไปสู่การคลายของรากเทียมจากโฮสต์กระดูก นี้เป็นเหตุผลหลักของกระดูกปลูกฝังความล้มเหลว และที่สามครึ่งหนึ่งของ prostheses ล้มเหลวภายใน 10-25 ปี [4] ดังนั้นกลยุทธ์ใหม่เป็นสิ่งจำเป็นเพื่อเพิ่มเติม ปรับปรุงซ่อมแซมและฟื้นฟูเนื้อเยื่อกระดูกในช่วงทศวรรษแรกของศตวรรษ 21 สามใหม่สร้าง "เซลล์ - และยีนเปิดใช้งาน" ชีววัสดุ (ยังเรียกว่ากระดูกเนื้อเยื่อวิศวกรรมวัสดุ), มีการปรับเป็น scaffolds เคลือบ (ECM) นี้ช่วยให้การกระดูกเซลล์ progenitor เมล็ดบน scaffolds สำหรับการงอกและสร้างความแตกต่างในการเพาะเลี้ยง จึง ดีกว่า mimicking ตามธรรมชาติเนื้อเยื่อโดยรอบก่อนการ implanted ในผู้ป่วย[3] . วิศวกรรมเนื้อเยื่อกระดูกได้รับเพิ่มขึ้นการรับรู้ในการรักษากระดูกความบกพร่องเนื่องจากมันสามารถกระตุ้นใหม่เนื้อเยื่อกระดูกงอกในโฮสต์โดย inducing เซลล์กระดูกยึดเกาะและการแพร่หลาย ให้มีประสิทธิภาพมากขึ้นวิธีกว่าวิธีดั้งเดิม (Laurencin, Ambrosioร้อยเอ็ด al. 1999 Hench ก 2010 ทอมป์สัน) ผสมนี้สร้างเป็นรุ่น ที่สามทั่วไป "เซลล์ - และยีนเปิดใช้งาน"วัสดุ [4-6] หลังจากผ่ารุกรานการผ่าตัดใส่โครงสร้างผสมโรคหรือบาดเจ็บไซต์ การรักษาด้วยตนเองเกิดขึ้น โดยการกระตุ้นการการตอบสนองของเซลล์ที่เป็นโมเลกุลเปิดระดับเฉพาะยีนการฟื้นฟู กำหนด และค่อย ๆ เปลี่ยนกระดูกหายไปกับรูปแบบใหม่เนื้อเยื่อ [15] ดังนั้น การรักษาซ่อมแซมกระดูกใหม่ได้เพียงกำหนดเป็นการ ' วิทยาศาสตร์ของร่างกายเพื่อรักษาโดยการจูงใจของซ่อมแซม intrinsic กลไก [15] - [17]วันที่ กระดูกเนื้อเยื่อขั้นสูงสุดอย่างใดอย่างหนึ่งวิศวกรรมวิธีคือการ ปลูกถ่ายเซลล์วัสดุผสมโครงสร้างเป็นผู้ป่วย ซึ่งรวมเซลล์ porous 3 มิตินั่งร้าน และปัจจัยกรรมการกเป็นการรับสินบนรวมกระดูกทดแทน นั่งร้านผู้มากใหม่ล่าสุดปรากฏ พิเศษ อนุภาคผู้เปิดใช้งาน และผู้เปิด 3D porous นั่งร้านตัวอย่าง Xu [18] - [20] preparated คาร์บอน porousคอมโพสิตกรด/ไคโตซาน (CF/ปลา/CS) ไฟเบอร์/เกิดสารประกอบเชิงซ้อนนั่งร้านโดยขั้นตอนการผสมตัวทำละลาย และขั้นเทคนิค (ภาพ)ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าการขนาดของรูขุมขนในวัสดุผสมได้จาก 20 μm 500 μmรูขุมขนกระจายดี และเชื่อมต่อกัน

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

บทคัดย่อ ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา ซ่อมแซมกระดูกและเนื้อเยื่อ
ฟื้นฟูได้ให้ความสนใจเพิ่มมากขึ้นในการรักษาทางคลินิก
เขตข้อมูลทางวิทยาศาสตร์ และการพัฒนาวัสดุ
ชีววิทยาและวิศวกรรมเนื้อเยื่อกระดูก เนื้อเยื่อวิศวกรรม
เป็นวิธีการที่มีประสิทธิภาพในการรักษากระดูกและข้อบกพร่อง รีวิวนี้
สรุปหลายประเด็นที่เกี่ยวข้องกับวิศวกรรมเนื้อเยื่อกระดูก
ซ่อมแซมกระดูกและการฟื้นฟู : วัสดุชีวภาพในกระดูก
วิศวกรรมเนื้อเยื่อเซลล์ต้นกําเนิดของวิศวกรรมเนื้อเยื่อ
กระดูกและการพัฒนาของวัสดุชีวภาพและกระดูก
วิศวกรรมเนื้อเยื่อ นอกจากนี้เรายังเน้นหลายล่าสุด
advancements ในกระดูกวิศวกรรมเนื้อเยื่อ สุดท้าย สรุปสั้น ๆของวิศวกรรมเนื้อเยื่อกระดูก

ความท้าทายในฟิลด์ให้ข้อเสนอแนะทิศทางการวิจัยในอนาคต .
ผมแนะนำที่เป็นโครงสร้างสำคัญ

สัตว์มีกระดูกสันหลังซึ่งประกอบด้วยไฮดรอกซี
น้ำ 60% , 10% และ 30% โปรตีนคอลลาเจน กระดูกมีบทบาทสำคัญ
เพื่อให้การสนับสนุนทางกลของ
ปกป้องอวัยวะสำคัญและควบคุมการเผาผลาญ
แคลเซียมและฟอสฟอรัส และอื่น ๆฟังก์ชัน
ทั้งหมดนี้ต้องปรับสมดุลระบบสุขภาพกระดูก [ 1 ] อย่างไรก็ตาม
ล้านคนทั่วโลกต้องทนทุกข์ทรมานจากข้อบกพร่องเนื่องจากกระดูก
เหตุผลมากมาย รวมถึงอุบัติเหตุ เนื้องอก โรคกระดูก
บกพร่องแต่กำเนิด และอายุ ข้อบกพร่องเหล่านี้จะเพิ่มขึ้นเป็นหลัก

คลินิกราย โดยเป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้ในการรักษากระดูกซ่อม
;ความก้าวหน้าล่าสุดในการวิจัยมีการซ่อมแซมกระดูก
เน้นเซลล์วัสดุคอมโพสิตของวิศวกรรมเนื้อเยื่อ
ซึ่งให้ความจุซ่อมแซมตนเองเฉพาะ remodel .
เมื่อใส่ มือถือ วัสดุคอมโพสิต

ช่วยให้ร่างกายรักษาตัวเอง [ 2 ] . โครงสร้างมีเมล็ดด้วยสเต็มเซลล์
มักจะได้มาจากไขกระดูก และ แล้วที่แตกต่างกันใน
กระดูกเซลล์ภายใต้กระบวนการของการงอกและ
ต้นฉบับได้รับมิถุนายน 22 , 2011 งานวิจัยนี้ได้รับการสนับสนุนในส่วนของ
ฉงชิ่งมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีภายใต้ ck2010b18 ให้
.
แรกผู้เขียนค้นหา ซู กับภาควิชาวิศวกรรมเคมีและ
วิศวกรรมสิ่งแวดล้อม , ฉงชิ่งมหาวิทยาลัยศิลปะและวิทยาศาสตร์
ฉงชิ่ง , จีน , 402160 ( เทียบเท่าโทรศัพท์ : 023-49682200 โทรสาร :
;023-49682200 E-mail : xwf_228 @ 163 . com )
เขียนสอง เสี่ยวหลิงเหลียว﹡ เป็นกระดาษที่เขียน
กับสถาบันของวัสดุชีวภาพและอาศัยการถ่ายภาพเซลล์ , ฉงชิ่ง
มหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีฉงชิ่ง , จีน ,
401331 ( เทียบเท่าโทรศัพท์ : 023-65023701 โทรสาร : 023-65023701 ; e :
zxc_228 @ 163 . com )
เขียนสาม โบ ลี กับ สถาบัน และใช้ชีวิต
วัสดุชีวภาพภาพเซลล์ , ฉงชิ่งมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี , ฉงชิ่ง ,
จีน 401331 ( เทียบเท่าโทรศัพท์ : 023-65023701 โทรสาร : อีเมลล์ : leewave 023-65023701 ;
@ 126 . com )
เขียนสี่ กับสถาบันของวัสดุชีวภาพและอาศัยการถ่ายภาพเซลล์
, ฉงชิ่ง และมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี
, ฉงชิ่ง , จีน 400050 ( เทียบเท่าโทรศัพท์ : 023-65023701 โทรสาร :
023-65023701 )ความแตกต่างในหลอดทดลองเงื่อนไข [ 3 ] กระดูกเนื้อเยื่อใหม่
การคิดค่าบริการ โดยเซลล์กระดูกเหล่านี้ภายใต้แน่น
ควบคุม microenvironment รวมทั้งเคมีและเครื่องกล
สิ่งเร้า เช่น ผิวทางเคมีและ
ลักษณะทางกายภาพของนั่งร้าน , ความเค้นเฉือนของ
อารมณ์ขันและอื่น ๆ [ 4 ] .
ในกระดาษนี้เราสรุปและให้ภาพรวม ของ
เผยแพร่การศึกษาในวัสดุชีวภาพในกระดูกเนื้อเยื่อ
วิศวกรรม , สเต็มเซลล์ในกระดูกของวิศวกรรมเนื้อเยื่อ

นอกจากนี้เรายังเน้นหลายล่าสุดความก้าวหน้าทางวิศวกรรมเนื้อเยื่อ
กระดูก สุดท้าย สรุปสั้น ๆของวิศวกรรมเนื้อเยื่อกระดูก
ความท้าทายในด้านให้คำแนะนำสำหรับทิศทางการวิจัยในอนาคต
.
2 สำหรับวิศวกรรมเนื้อเยื่อ
กระดูกวัสดุชีวภาพแม้ว่ากระดูกร้าวเล็กน้อยสามารถได้อย่างง่ายดายด้วยตนเอง แก้ไขข้อบกพร่องร้ายแรงหรือโรคกระดูก
( เช่น ความท้อแท้ใจแตก และเนื้อเยื่อ
โรคกระดูกพรุนคาทิแลจ ) ยากที่จะสร้างใหม่ และการปรับรูปแบบโดยตัวเองรักษา
[ 5 ] ในกรณีนี้
ผ่าตัดมักจะต้องทำการปลูกถ่ายกระดูกหรือวัสดุเทียม
ที่เว็บไซต์ของการบาดเจ็บหรือโรค [ 6 ] ตาม
สถิติมีมากกว่า 12 ล้านการผ่าตัดที่ต้องการ
กระดูกเทียมในโลกของเราคนเดียวในแต่ละปีและความต้องการ
ยังคงเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ตัวอย่างเช่น จะมี
174 เพิ่มขึ้นครั้งแรกเปลี่ยนสะโพกรวม และเพิ่มขึ้นเป็นครั้งแรก

เปลี่ยนข้อเข่าโดยปี 2030 ( aaos 2006c ) สถิติดังกล่าวไม่ได้รวม
การเติบโตอย่างต่อเนื่อง เป็นผลจากจำนวนของการผ่าตัดแก้ไข
อายุขัยเฉลี่ยเพียง 10 ถึง 15 ปี ) ของกระดูก
( [ 7 ] เป็นที่ชัดเจนว่า กระดูกเทียมจะกลายเป็น
ต้องการมากทรัพยากรเพื่อตอบสนองความต้องการทางคลินิกซึ่งจะได้ประโยชน์ทางเศรษฐกิจและสังคม

ที่สำคัญไปทั่วโลก กระบวนการซ่อมแซมกระดูกแบบดั้งเดิมเกี่ยวข้องกับการใช้
autografts ( iliac crest จากผู้ป่วย ) และ allografts ( จาก
ซากศพกระดูก ) [ 8 ] คนโรมันก็ยังถือว่าเป็นทอง
มาตรฐานในการฟื้นฟูของกระดูกบกพร่องจนถึงตอนนี้
เพราะมีเสถียรภาพทางโครงสร้าง และธรรมชาติ osteogenic
ความสามารถ [ 9 ] แม้ว่าคนโรมันเปียก
ได้รับความสําเร็จและขั้นตอนที่ค่อนข้างมีข้อจำกัด เช่น
ร้ายแรงเป็นจัดหา จำกัด ของผู้บริจาคเนื้อเยื่อกระดูก ลักษณะการคาดเดาไม่ได้
, การติดเชื้อและการบริจาคเว็บไซต์
[ 10 ] . โดยเฉพาะอย่างยิ่งข้อบกพร่องกระดูกขนาดใหญ่เป็นหลักเนื่องจาก Grafts กระดูกของปัญหาทางคลินิก

ไม่ได้มีอยู่ในขึ้นถึง 40% ของผู้ป่วยเหล่านี้ [ 11 ] ดังนั้นมันจึงมีการกด
ต้องเชื่อถือได้ และ มากมาย วัสดุทดแทนกระดูก

เปลี่ยนหรือซ่อมแซมกระดูก
บกพร่องในคลินิกในทศวรรษที่ผ่านมากับการพัฒนาวัสดุ
วิทยาศาสตร์และชีววิทยา ชุดกระดูกปลูกถ่ายทดแทนได้
ถูกผลิต แน่นอน ขณะนี้มีกว่า 100 ได้รับกระดูกทดแทนวัสดุในเยอรมันคนเดียว

[ 12 ] ผ่านสามรุ่นต่าง ๆได้พัฒนา [ 13 ] :

ค้นหา Xu ชีวะวิศวกรรมเนื้อเยื่อและกระดูก เสี่ยวหลิงเหลียว﹡ โบ ลี และ ทางด้านขวามือ ร้านหลี


b 224รุ่นแรก " bioinert " รุ่นที่สอง " วัสดุ และวัสดุย่อยสลายได้ทางชีวภาพ

; " และรุ่น " เซลล์และยีนกระตุ้น "
( วัสดุที่ออกแบบมาเพื่อกระตุ้นการตอบสนองเฉพาะเซลล์ที่
ระดับโมเลกุลที่มีจุดมุ่งหมายในการพัฒนาวัสดุที่
เมื่อฝัง จะกระตุ้นให้ร่างกายรักษาตัวเอง )
ทั้งสามรุ่นของวัสดุที่แสดงในตารางที่ 1
1 [ 14 ]
ในช่วงทศวรรษที่ 1960 และ 1970 , รุ่นแรก วัสดุที่ถูกพัฒนาด้วย

" ง่ายเป้าหมายของการบรรลุการรวมกันของสมบัติทางกายภาพที่เหมาะสมที่จะตรงกับ
ของแทนที่เนื้อเยื่อที่มีพิษน้อยที่สุดในการโฮสต์ [ 1
" ] ในปี 1980 ประมาณ 2 ถึง 3 ล้านบาท ส่วน
เทียมติดตามผู้ป่วย ในสหรัฐอเมริกา ซึ่งมีการปรับปรุงคุณภาพชีวิตของผู้ป่วยเหล่านี้

5 ถึง 25 ปีด้วยเช่น " เฉื่อย " ชีวะ [ 3 ] ในช่วงกลางทศวรรษที่ 1980 , ที่สอง
รุ่น " สาร " วัสดุที่ถูกพัฒนาและใช้ในคลินิกศัลยกรรมกระดูกและฟัน
สำหรับโปรแกรม โดย
1990 , คอมโพสิตสาร hydroxyapitite
รวมทั้งอนุภาคได้กลายเป็นที่สำคัญในการซ่อมแซมและทดแทนกระดูก
[ 1 ] - [ 4 ] แม้ว่าบางส่วนของด้านบน
1 และ 2 ทดแทนรุ่นได้รับเรียบร้อยแล้ว
ใช้เพื่อแทนที่หรือซ่อมแซมกระดูกข้อบกพร่องในคลินิก มี
จำกัดในส่วนหนึ่งเนื่องจากความจริงที่ว่าพวกเขาเป็นมนุษย์และดังนั้นจึงไม่สามารถตอบสนองทางสรีรวิทยา

โหลดเปลี่ยนแปลง หรือสิ่งเร้าทางชีวเคมีอย่างแรกที่สุดและวัสดุชีวภาพรุ่น
2 ผลจากความเครียดและผลไม่ตรงกัน
ของสมบัติเชิงกลระหว่างโฮสต์และกระดูก
เทียม นอกจากนี้ คุณสมบัติของพื้นผิวการใหม่
เนื้อเยื่องอกซึ่งสามารถนำไปสู่ปัญหาของรากเทียม
จากกระดูกของโฮสต์ นี่กลายเป็นเหตุผลหลักของกระดูก
( ความล้มเหลวและยัง สามครึ่ง ขาเทียมล้มเหลว
ภายใน 10 ถึง 25 ปี [ 4 ] กลยุทธ์ใหม่จึงจำเป็นต้อง
เพิ่มเติม ปรับปรุงและสร้างเนื้อเยื่อ ซ่อมแซมกระดูก
ในช่วงทศวรรษแรกของศตวรรษที่ 21 , รุ่นที่สาม
ใหม่ " เซลล์และยีนกระตุ้น " วัสดุชีวภาพ (
เรียกว่ากระดูกเนื้อเยื่อวิศวกรรมวัสดุ ) ได้รับนอ
เป็นเมทริกซ์ภายนอกเซลล์ ( ECM ) นั่งร้านนี้จะช่วยให้กระดูกเซลล์ต้นกำเนิดเพื่อเมล็ดพันธุ์

นั่งร้านสำหรับการแพร่กระจายและความแตกต่างในหลอดทดลอง ดังนั้น น่าจะเลียนแบบธรรมชาติ
เนื้อเยื่อรอบก่อนที่จะถูกฝังลงในผู้ป่วย
[ 3 ] วิศวกรรมเนื้อเยื่อกระดูกได้รับการยอมรับเพื่อรักษากระดูก
ข้อบกพร่องเนื่องจากมันสามารถกระตุ้นใหม่
กระดูกเนื้อเยื่องอกในโฮสต์โดยการกระตุ้นเซลล์กระดูก
และ proliferation .นี้มีวิธีการที่มีประสิทธิภาพมากกว่าวิธีการแบบดั้งเดิม (

ลอเรนซิน แอมโบรซิโอ , et al . 2542 ; เฮนช์และทอมป์สัน 2010 )
ไฮบริดนี้สร้างเป็นรุ่นทั่วไป " เซลล์ -
ยีนใช้วัสดุ " [ 4 ] หลังจากผ่าตัด minimally invasive
แทรกไฮบริดเพื่อสร้างเว็บไซต์โรคหรือการบาดเจ็บ
, ดูเหมือนว่ากระบวนการเกิดขึ้นด้วยการกระตุ้น
การตอบสนองที่เฉพาะเจาะจงของเซลล์ในระดับโมเลกุล การกระตุ้นการแสดงออกของยีนที่เฉพาะเจาะจงเพื่อควบคุมการงอก

ค่อย ๆหายไป และแทนที่ด้วยเนื้อเยื่อกระดูกใหม่ขึ้น
[ 15 ] ดังนั้น การซ่อม การรักษากระดูกใหม่ได้เพียงแค่
นิยามเป็น ' วิทยาศาสตร์ชวนร่างกายเพื่อรักษา โดยเนื้อแท้ของ
ซ่อมกลไก ' [ 15 ] - [ 17 ] .
วันที่หนึ่งของกระดูกเนื้อเยื่อ
ขั้นสูงสุดวิธีทางวิศวกรรมคือการปลูกถ่ายเซลล์ลูกผสมในผู้ป่วย
วัสดุโครงสร้างซึ่งรวมเซลล์ 3D พรุน
นั่งร้าน และปัจจัยทางชีวภาพ เช่น กระดูกรับสินบนรวม
แทน เมื่อเร็ว ๆนี้ใหม่ โดยนั่งร้าน
ปรากฏ , พิเศษ , เปิดใช้งานโดยอนุภาคและ
3D รูพรุนเปิดโดยนั่งร้าน .
ตัวอย่างเช่น Xu [ 18 ] - [ 20 ] preparated พรุน
คาร์บอนไฟเบอร์ / Polylactic acid / ไคโตซาน ( CF / ปลา / CS ) นั่งร้านคอมโพสิต
โดยใช้กระบวนการและเทคนิคของตัวทำละลายผสม
ทำแห้ง ( ” ) ผลการวิจัยแสดงให้เห็นว่า
ขนาดของรูในคอมจาก 20 μ M 500 μ M ,
รูขุมขนกระจายดีและเชื่อมต่อกับแต่ละอื่น ๆ