学术背景 在组织修复过程中，慢性缺氧（chronic hypoxia）会对干细胞的功能产生负面影响。骨膜干细胞（Periosteal Stem Cells, PSCs）作为骨修复的主要贡献者，其功能在缺氧条件下的变化尚不明确。尽管缺氧在组织修复早期可能对某些干细胞有益，但长时间的缺氧会引发细胞凋亡（apoptosis），从而阻碍骨再生。因此，开发一种能够根据时间需求精确调节氧气供应的系统，对于优化PSCs功能、促进骨再生具有重要意义。 本研究旨在解决以下问题： 1. 缺氧对PSCs的时效性影响：缺氧在何时从有益转为有害？ 2. 智能氧气供应系统的开发：如何设计一种能够远程控制氧气释放的系统，以应对缺氧对PSCs的负面影响？ 3. 血管生成与骨再生的协同作用：如何通过药物（如普伐他汀，Prav...

聚酰亚胺纤维表面修饰促进韧带-骨愈合的研究 学术背景 前交叉韧带（Anterior Cruciate Ligament, ACL）损伤是全球范围内常见的运动损伤之一，每年约有1/1250的人需要进行ACL重建手术。目前，ACL重建的主要方法包括自体移植和异体移植，但这些方法存在免疫排斥和供体部位并发症等问题。人工韧带，尤其是不可降解的聚合物材料，因其优异的机械强度和术后恢复快等优点，逐渐成为临床上的重要选择。然而，现有的人工韧带材料如聚对苯二甲酸乙二醇酯（Polyethylene Terephthalate, PET）在骨再生方面的生物活性不足，导致纤维包裹形成，阻碍了韧带-骨愈合，增加了手术失败的风险。 聚酰亚胺（Polyimide, PI）是一种具有优异机械性能、热稳定性和生物相容性的聚...

超声波背向散射技术在肌腱定量表征中的应用 学术背景 肌腱病（tendinopathy）是一种常见的肌肉骨骼系统疾病，其特点是肌腱的微结构、组成和细胞组织发生改变，导致疼痛和功能下降。肌腱病通常由过度使用引发，可能伴随血管增生、炎症、胶原纤维紊乱等多种病理变化。虽然肌腱病的早期诊断至关重要，但现有的诊断方法主要依赖于医生的经验，缺乏定量、客观的评估手段。超声波成像技术在肌腱病的诊断中已有应用，但其依赖医生的主观判断，无法提供定量数据。因此，开发一种非侵入性、定量的诊断方法对于肌腱病的早期诊断和治疗具有重要意义。 超声波背向散射技术（ultrasound backscatter technique）是一种基于超声波信号分析的定量方法，已广泛应用于骨骼、心肌等组织的表征。研究表明，超声波背向散射参...

雌激素缺乏对血管化和矿化动态的影响——基于新型3D人类化血管化骨类器官模型的研究 学术背景 骨质疏松症（osteoporosis）是一种常见的骨骼疾病，尤其在绝经后女性中发病率较高。骨质疏松不仅表现为骨量减少，还伴随着骨矿物质成分的变化。雌激素（estrogen）在维持骨稳态中起着关键作用，其缺乏会导致骨重塑失衡，骨吸收超过骨形成，进而引发骨质流失。尽管已有研究揭示了雌激素缺乏对成骨细胞（osteoblast）矿化沉积、骨细胞（osteocyte）机械敏感性以及骨细胞调控破骨细胞生成（osteoclastogenesis）的影响，但现有体外骨模型大多忽略了血管细胞在骨质疏松病理中的作用。血管化是骨形成的关键步骤，尤其是在软骨内骨化（endochondral ossification）过程中，...

建筑工人穿戴膝关节外骨骼辅助平衡与工作任务评估 背景介绍 建筑工人在危险的工作环境中面临着严重的安全和健康风险，尤其是在高处施工时，长时间的站立和跪姿可能会导致膝关节损伤、肌肉骨骼疾病以及视觉干扰等因素影响工人的平衡能力。为了防止跌倒和其他工伤事故，研究人员开始关注如何通过技术手段提升建筑工人在这些高风险环境中的平衡能力。膝关节外骨骼（knee exoskeleton）作为一种可穿戴设备，被认为是一种有潜力的干预措施，可以减少膝关节的负荷，帮助工人在各种工作姿势中保持平衡。 本研究的核心在于探讨下肢关节，特别是膝关节，在站立和跪姿中对神经平衡控制策略的影响。同时，研究还评估了高处环境和膝关节外骨骼对建筑工人姿势平衡及焊接任务表现的影响。通过虚拟现实（VR）和混合现实（MR）技术，研究人员模拟...

基于视觉-惯性传感器的上肢关节角度估计及其校准方法的影响研究 学术背景 上肢功能障碍，尤其是中风后患者的上肢功能受损，严重影响了他们的日常生活能力。康复训练是恢复上肢功能的重要手段，但其效果往往依赖于对关节角度的准确评估。传统的基于光学标记的运动捕捉系统（optical motion capture, OMC）是关节角度估计的“金标准”，但其昂贵且笨重，难以在现实临床环境中广泛应用。近年来，视觉-惯性测量单元（visual-inertial measurement units, VIMU）等低成本传感器成为了一种有前景的替代方案，但其固有的测量误差和校准问题限制了其临床应用。 本研究旨在探讨不同校准程序、逆运动学方法（inverse kinematics, IK）和测量模式对康复训练中上肢关...

通过气凝胶骨水泥及远程加热实现骨植入物-骨水泥界面微创修复 背景介绍 在全球范围内，下肢骨折是最常见的骨折类型，尤其是在老年人和骨质疏松患者中发生率更高。在骨科手术中，骨水泥（bone cement）被广泛用于固定植入物，以治疗长骨骨折。然而，植入物与骨水泥之间的界面在循环载荷下容易松动，导致植入物稳定性下降，甚至可能引发植入物失效，需要进行痛苦的翻修手术。现有的骨水泥和修复方法仍然面临一个严重的挑战：修复手术通常需要开放式手术，这不仅增加了患者的痛苦，还延长了恢复时间。为了解决这一问题，研究人员提出了一种基于气凝胶骨水泥和远程加热的微创修复方法，旨在通过远程加热修复植入物与骨水泥界面的裂纹，从而提高植入物的使用寿命、稳定性和患者的舒适度。 论文来源 该研究由来自美国Vanderbilt U...

融入骨来源细胞外基质（Bone-Derived ECM）至大孔径微带支架加速骨再生研究报告 随着生物医学领域的不断进展，组织工程和再生医学在多种组织修复中的应用变得日益重要，然而，对于骨组织再生的研究仍面临诸多挑战。骨骼损伤与再生能力不足是现代医学亟待解决的问题，尤其是在老龄化和特定疾病导致骨再生能力显著下降的情况下（如骨骼缺陷和创伤）。Critical-Sized Bone Defects（临界尺寸骨缺损）是一类无法自行愈合的骨损伤，目前常用的治疗方式包括自体或异体骨移植。然而，这种治疗方式存在供体组织有限、供体部位疾病风险以及免疫原性等问题。因此，开发创新材料以模拟骨基质环境并促进骨再生成为一个重要的科学议题。 在以上背景下，本文聚焦于开发大孔径的微带支架（Macroporous Mic...

增强骨植入物的免疫调节和骨整合：基于凝血酶激活的富含血小板血浆(PRP)自组装技术的研究详解 背景介绍 为了应对骨缺损修复的挑战，骨植入物在现代医学中发挥着至关重要的作用。然而，现有骨植入材料如聚醚醚酮（Polyetheretherketone，简称PEEK）尽管在化学稳定性、弹性模量和成像兼容性方面具有显著优势，却面临着一个最主要的障碍：生物惰性。生物惰性会阻碍植入物与周围骨组织的整合进程，进而引发术后炎症、骨吸收甚至植入物失效。 为了解决这一问题，植入物表面通常会引入生物活性物质。然而，这些外源性物质因可能引发免疫排斥，或因影响其表面机械性能而备受限制。另一方面，富含血小板血浆（Platelet-Rich Plasma，简称PRP）作为一种自体衍生的生物活性液体，因其富含生长因子（如转化...

3D生物打印支架促进骨再生的研究 学术背景 近年来，由于工业和交通的发展以及战争和冲突的频繁发生，头部和颅面损伤的发病率显著增加。这些损伤及其相关治疗（如减压颅骨切除术）可能导致颅骨缺损，进而影响脑功能的恢复，甚至引发心理障碍，并带来社会经济负担。因此，颅骨成形术的成功实施至关重要。传统的自体骨移植被认为是颅骨成形术的理想方法，但在临床实践中，自体骨髓间充质干细胞（auto-BMSCs）的获取存在诸多限制，例如骨髓衰老和造血系统疾病。因此，异体骨髓间充质干细胞（allo-BMSCs）成为一种潜在的替代方案。然而，allo-BMSCs在骨再生中的作用尚不明确。本研究旨在探索allo-BMSCs在3D打印自体骨颗粒（ABP）支架中的骨再生促进作用。 论文来源 本论文由Yu Huan、Hongqi...