力学环境对骨愈合初期的新生血管形成图式的影响研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
11072021
项目类别：
面上项目
资助金额：
45.0万
负责人：
赵峰
依托单位：
北京航空航天大学
学科分类：
A1001.生物固体力学与生物流体力学
结题年份：
2013
批准年份：
2010
项目状态：
已结题
起止时间：
2011-01-01 至2013-12-31

项目参与者：
张弢；贾潇凌；阮文东；张昆亚；莫中军；付鑫；
关键词：
新生血管形成（neovascularization）骨愈合（bone healing）力学环境（mechanical .图式形成(pattern environment）formation)

项目摘要

骨折部位新生血管形成的几何形态图式对愈合过程有重要影响，而新生血管形成图式对力学环境很敏感。本项目拟从生物学图式形成的新视角，建立新生血管形成图式的定量描述指标体系，应用血管灌注microCT 成像技术探索如下科学问题：骨愈合初期的新生血管形成图式如何响应骨断端的力学环境？研制轴向微动范围可控的微型外固定器；对大鼠胫骨骨干横断骨折，分组施行骨断端间距或微动范围不同的固定；术后定期进行在体骨断端微动和外固定器力学测量；并在不同愈合时期取骨折部位离体标本进行组织学观测、免疫组化分析、力学测试和血管灌注microCT成像；三维重建新生血管系统；并用血管密度、方向、分支和分形维数等指标分析新生血管形成的图式及其演化；进而定量探索力学因素对该图式的影响。本研究的成功完成，将为临床骨折的治疗、骨外固定器的设计和骨组织工程中再血管化的力学配置等提供依据。

结项摘要

本项目骨折部位新生血管形成的几何形态图式对愈合过程有重要影响，而新生血管形成图式对力学环境很敏感。本项目从生物学图式形成的新视角，应用血管灌注microCT 成像技术探索如下科学问题：骨愈合初期的新生血管形成图式如何响应骨断端的力学环境？.研制轴向微动范围可控的微型外固定器和在体力学适时无线遥测系统；对大鼠胫骨骨干横断骨折，分组施行骨断端间距或微动范围不同的固定；术后定期进行在体骨断端微动和外固定器力学测量；并在不同愈合时期取骨折部位离体标本进行血管灌注micro-CT成像和免疫组化分析；Micro-CT扫描三维重建骨折部位的血管结构，并用血管密度、血管体积比、血管分支数，血管分叉角度和分形维数等指标分析新生血管形成的图式及其演化，进而探索力学因素对该图式的影响。.研究表明：Micro-CT能方便地重建血管的三维几何结构，能够更好地研究血管新生的形成图式。本研究针对CON、FNF、FSF、FMF、FGS、和FGM六组固定方式，测试了骨-微型外固定器系统的离体力学特性，并研究了力学环境对血管新生图式形成的影响。图像结果表明，FSF组的血管明显多于其它组，血管的新生优于其他组；牢稳的固定比微动固定更有利于血管的新生。CON的血管图式要比其它组的血管图式简单；而FMF的图式比FSF复杂，FGM的血管图式比FGS复杂；FGS的图式比FSF的图式复杂，FGM的图式比FMF的图式复杂；而FNF的血管生长图式最为复杂，相对于其它组，在胫骨的横向血管形成较多。相对于微动组FMF和FGM而言，牢稳固定组FSF和FGS的血管新生更加接近胫骨纵向生长。数据结果表明，骨折后语2、4周，FNF在血管数量、血管体积比和血管表面积密度均显著高于CON；骨折后6周，FSF血管数量显著高于其它组，FMF血管体积比与血管表面及密度显著高于其它组；对于各级血管角度，特别是在骨折后2、6周，FSF与FMF两组显著小于FGS与FGM。.总之，新生血管及其图式形成受骨折部位力学环境的显著影响，牢稳固定能促进血管沿胫骨纵向图式的形成，更利于骨折愈合。这本项目的研究，将为临床骨折的治疗、骨外固定器的设计等提供依据。