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Abstract: According to the construction of railway tunnel in Lanyu line, in this paper, long bolt is the main method to control the displacement. It provides the process of numerical simulation of tunnel type anchorage and analyzes the stability of surrounding rock. In the soft surrounding rock tunnel, the reinforcement effect of the advanced long bolt is better than that of the common bolt.
关键词: 锚固试验;软弱围岩;长锚杆;数值模拟
Key words: anchoring test;soft surrounding rock;long bolt;numerical simulation
0 引言
目前,普遍应用于地质条件较好的岩土工程中的锚杆,其支护效果表现良好。但在围岩松软破碎、高地应力等复杂条件下的大变形隧道中,锚杆支护仍然是尚待解决的难题。国内外锚杆支护正朝着提高锚固力、提高支护效率、扩大应用范围方向发展。普遍认为开发具有强初撑、急增阻、高阻力力学特性的锚杆支护,是控制高应力、软岩大变形隧道的有效途径,是锚杆支护的主要发展方向[1]。
本文以兰渝线兰州至广元段铁路隧道施工为工况模拟背景,针对该工程隧道开挖中围岩大变形问题(开挖变形达25cm),以长锚杆作为变形控制的主要手段,对现场试验进行模拟对比验证计算,为完善软岩大变形控制方法提供进一步依据。
1 工程概况
该工程位于甘肃省岷县县城东边。隧道于洮河右岸岷县奈子沟村东侧山坡(DK201+820)进洞,在岷县正龙骨料饲料厂后山坡(DK206+955)出洞。隧道全长5135m,为双线隧道。隧道进、出口位于国道G212路边,交通方便。洞身段落山大沟深,地形起伏很大,距离国道较远,交通不便。该工程地貌上位于西秦岭中山区。山高沟深,山坡、谷坡较陡,隧道洞身最大埋深248m,梁顶植被覆盖较好。该隧道洞身经过的地层有第四系全新统坡积砂质黄土、碎石土;二叠系下统炭质板岩、板岩、砂岩,三叠系中统板岩、砂岩等。山坡表层覆盖有第四系全新统坡积黏质黄土,坡积、滑坡堆积粗角砾土、碎石土等。
2 锚固试验施工方法
考虑到成本投入和施工的便利性、可操作性,制定方案主要如下。以长锚杆作为变形控制的主要手段设置试验段,沿中线对称布置,锚杆钻孔施作采用专用帮锚杆机。分三组试验:第一组锚杆长3m;第二组锚杆长6m;第三组锚杆长8m;锚杆间距均为1m。锚杆布置情况如图1所示。该控制措施效果富余时,可再确定加大锚杆间排距试验,以便于确定合理的加固措施。其中3m、6m、8m长锚杆分别选用?准22螺纹钢、?准42注浆钢管、?准70注浆钢管,其施作富余部分与钢拱架焊接,锁定钢拱架。施作步骤:钻孔快硬水泥卷与螺纹钢端头插入送快硬水泥卷与螺纹钢入孔注浆螺纹钢锁定钢拱架。
3 模拟计算及分析
为分析锚杆对隧道围岩变形控制的影响,根据实际工程的地质条件分别进行锚杆长度和直径的对比试验的模拟研究。
3.1 隧道计算范围及地质条件 隧道左右侧边界为隧道开挖洞径的4倍,上下侧为隧道开挖洞径的3倍(隧道毛断面净高12.5m,跨度14.0m)。依据地形条件加载自重应力。围岩为Ⅴ级,处在F3断层内,隧道洞身二叠系~三叠系板岩、砂岩岩体节理裂隙发育,工程地质条件差。 转贴于
3.2 计算单元和计算参数的选取 根据隧道结构的不同部分的特点选用合适的单元可以使模型更加接近工程实际,提高计算精度,减小解题规模。本次模拟采用ANSYS软件对隧道开挖采用二维方式模拟,计算采用了三种单元,用实体单元PLANE42模拟围岩和挖去的土体单元,用杆单元LINE1模拟隧道锚杆,用梁单元BEAM3模拟喷射混凝土和钢拱架。主要模拟计算参数喷射混凝土:厚度0.3m,弹性模量30e9Pa,泊松比0.2,密度2551kg/m3;围岩:弹性模量1.3e9Pa,泊松比0.38,凝聚力0.2e6Pa,内摩擦角21;锚杆:弹性模量200ePa,泊松比0.3,密度7840kg/m3 。
3.3 数值模拟分析 采用ANSYS软件对长锚杆支护软弱围岩隧道方案进行模拟,取经过隧道纵轴线的围岩立面为研究对象,分别得到27根4米锚杆、26根6米锚杆、12根8米锚杆作用下的围岩竖向位移分布云图。
3.3.1 以ANSYS模拟开挖和支护效果,选取合理的模拟计算参数十分重要,经多次反复调试及验证才能获得有效的接近工程实际的模拟云图。
3.3.2 位移控制效果分析。如图2,27根3m锚杆控制最大变形量为18.947cm,26根6m锚杆控制最大变形量为14.009cm,12根8m锚杆控制最大变形量为14.7cm,且都发生在仰拱处,可见,优化的锚杆设置控制变形最为有效。由锚杆轴力图知,锚杆近端轴力大,远端轴力小,而且拱顶轴力比两侧的大,且锚杆的轴力相对于隧道结构来说是对称的。
3.3.3 围岩稳定性分析。在长锚杆的作用下,由于长锚杆较强的锚固力作用,改善了围岩的应力状态,临空面附近稳定性较弱的岩体与深部稳定性较好的岩体通过长锚杆连接在一起,增强了岩体结构的整体作用,使得围岩的整体性和承载能力得到了提高,围岩的稳定性亦显着提高。
4 结论
4.1 对现场试验进行数值模拟计算,为软岩大变形控制方法的研究提供了一定的依据。
4.2 大变形隧道锚杆与围岩相互作用虽取决于围岩的力学特性以及隧道所处地形情况,但长锚杆对软弱围岩隧道的变形也具有一定的控制作用,长锚杆能够改变围岩的力学特性,提高围岩的自承能力,减少围岩变形,保持隧道围岩的稳定性。
4.3 针对具体地形以及隧道围岩的力学性质等因素优化锚杆设置,对于软弱围岩隧道,长锚杆的设置对围岩的加固效果优于普通锚杆设置。
参考文献
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【关键词】 骨髓间充质干细胞; 肺气肿; 移植
慢性阻塞性肺疾病(慢阻肺,COPD)严重影响人类健康,与慢性支气管炎及阻塞性肺气肿密切相关,而阻塞性肺气肿可出现肺泡、支气管上皮细胞的损伤,造成肺实质结构的破坏,且随着病情进展,肺功能进行性下降。现行的内科治疗手段是尽早去除致病因素,最大限度减少损伤细胞的数量及损伤程度,但往往无满意的疗效。肺移植是目前终末期间质性肺疾病、慢阻肺患者唯一有效的治疗方法,但由于存在供体数量的下降、免疫排斥反应等问题而限制了其应用。目前人民迫切寻求一种新的、组织替代疗法来治疗这类不可逆的肺部疾病。骨髓间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSCs)由于来源方便、分离简单、扩增迅速,可以取材于患者本人,传代扩增并定向诱导为特异细胞后,回输给患者本人,安全性高,免疫原性低,且具有多向分化潜能引起广泛的关注,被认为是细胞移植和组织工程的种子细胞[1-3]。本实验将骨髓间充质干细胞(MSCs)经尾静脉注入肺气肿大鼠体内,观察MSCs植入大鼠体内后在肺组织中的存活,为MSCs治疗慢阻肺提供实验依据。
1 材料与方法
1.1 大鼠MSCs的体外分离与鉴定 (1)MSCs的分离与培养:无菌条件下取出大鼠双侧股骨和胫骨,无菌PBS冲洗骨髓腔获取骨单细胞悬液,将单细胞悬液1000 r/min,离心5 min,10%胎牛血清的DMEM培养液5 mL重悬细胞,接种于培养瓶37 ℃、5% CO2培养箱培,每3天换液一次。倒置相差显微镜逐日观察并记录的形态及生长情况,当细胞融合达90%时,按1∶3比例传代培养。取第4代MSCs进行鉴定。(2)流式细胞仪检测细胞CD表型:取第3代MSCs,生长至90%融合时PBS洗涤2次,1×106的MSCs重悬于含0.1 mL PBS的PE管中,各管加入CD34、CD45、CD44及CD29,加入抗兔FITC,室温孵育40 min,流式细胞仪检测上述细胞表型,阴性对照为未加荧光抗体的MSCs细胞悬液。
1.2 移植MSCs的培养、标记 取6孔培养板,向每孔中加入2 mL含(1~2)×105个细胞培养液,37 ℃ 5% CO2培养至40%~50%汇合时转染(汇合过度,不利于转染细胞)。PBS洗细胞,10% FBS的DMEM/F12继续培养,72 h后荧光显微镜下观察转染细胞的绿色荧光,弃病毒混合培养液,流式细胞仪检测转染效率,转染后携带GFP的MSCs(GFP-MSCs)按1:3传代培养,取第4代MSCs进行鉴定。
1.3 实验动物分组及大鼠肺气肿模型建立 SD大鼠34只按随机数字表分为四组,MSCs干预组(A组,10只,慢阻肺大鼠,尾静脉输注MSCs 1×106个/mL),肺气肿模型组(B组,10只,慢阻肺大鼠,尾静脉输注等体积PBS)及MSCs对照组(C组,10只,正常大鼠,尾静脉输注MSCs 1×106个/mL),正常对照组(D组,4只,正常大鼠,尾静脉输注等体积PBS)。采用烟熏法复制大鼠肺气肿模型。将A、B组大鼠置于烟室内,采用静式吸入染毒方法,10支椰树牌香烟置于吸烟孔内,点燃香烟,每支香烟每分钟吸一次,35 mL/次,收集主流烟气和侧流烟气,通过塑料软管与熏烟箱相连,将烟雾导入熏烟箱。其间,每隔5秒将箱内流风机开启10 s,使箱内气体分布均匀。8 min香烟点燃完毕,关闭吸烟系统。动物每次暴露45 min,45 min后取出动物,清洗熏烟箱。2次/d,共12周。烟雾暴露时动物可在箱内自由取食饮水。按上述方法将MSCs干预组第3代的转染GFP质粒的间充质干细胞(每只1×106个/mL)尾静脉注入A组大鼠体内,B组注入等体积PBS;C组在相同时间内注入1×106个/mL骨髓间充质干细胞等,D组注入等体积PBS,注入后24 h内处死大鼠,取肺组织迅速冰冻切片,共聚焦激光显微镜下观察观察转染GPF的间充质干细胞在大鼠肺内定植情况。第3代的转染GFP质粒的间充质干细胞(每只1×106)进行下一步实验。
1.4 统计学处理 采用SPSS 12.0统计学软件对数据进行统计分析,计量资料以(x±s)表示,比较采用单因素方差分析,以P
2 结果
2.1 MSCs培养与鉴定 原代培养的MSCs第24小时即可见梭形细胞贴壁生长,到第6天时有大量梭形细胞呈克隆生长,第10天左右细胞可长满皿底。细胞长满后与成体MSCs相似,呈旋涡状(图1)。按1:3进行传代培养,细胞在体外培养可稳定传至48代,在第4代做流式细胞表型鉴定,符合目前公认间充质干细胞细胞表型标志。经流式细胞仪检测,分离细胞传至第4代时有99.5%表达CD44、99.6%表达CD29等间充质干细胞表面标志,0.4%表达CD34、1.0%表达CD45单核细胞以及造血干细胞表型(图2)。
图1 MSCs的原代培养(×400)
注:原代培养的MSCs第10天左右细胞长满皿底后,成体MSCs相似,呈旋涡状。
2.2 SD大鼠肺气肿模型的建立 香烟烟雾暴露后A、B组大鼠小气道上皮呈锯齿状增生增厚,上皮脱落,纤毛倒伏,气管内见大量炎性渗出物,管壁结缔组织增生,可见炎性细胞,及淋巴小结。肺泡结构紊乱,肺泡壁断裂,肺泡腔扩大,部分融合成肺大疱(图3A)。C、D对照组大鼠小气道黏膜上皮完整,纤毛未见黏连脱落,管壁规整未见增厚,未见炎细胞浸润,管腔内未见炎性渗出物,肺泡腔未见病理性扩大(图3B)。
香烟烟雾暴露组(A、B组)平均肺泡间隔为(119.0±26.2)μm,高于对照组(C、D组)的(89.8±17.3)μm,差异有统计学意义(P
表1 大鼠肺组织病理学改变情况(x±s)
组别 支气管数
(只) 平均肺泡间隔(μm) 肺泡数
(个/mm2)
对照组(n=14) 27 89.8±17.3 280.3±104.0
香烟组(n=20) 28 119.0±26.2 173.86±68.3
F值 - 3.8 4.7
P值 -
2.3 各组转染GPF绿色荧光蛋白的表达 取第8代培养的间充质干细胞,调整合适的间充质干细胞培养密度,细胞融合40%~5%时转染GPF绿色荧光蛋白质粒,24 h后观察转染效果,在转染GPF绿色荧光蛋白质粒后48~96 h表达效果最好,质粒发光强度大、数量多,效率可达40%左右。微共聚焦发现MSCs经尾静脉注入大鼠体内24 h后,A组大鼠肺组织内可见携带MSCs的绿色荧光,而B组、C组及D组均未见转染荧光(图4)。
3 讨论
慢阻肺是一种全球性患病率较高的疾病,40岁以上人群,慢阻肺患病率为8.2%[5]。其患病率之高十分惊人,死亡率高,目前居全球死亡原因的第4位,经济负担重,已成为世界第5大负担的疾病,由于慢阻肺的发病机制复杂,病理改变可引起气道结构重塑、肺泡结构破坏及肺血管减少,依靠机体的自我再生能力无法达到完全的修复,导致病情进行性进展。目前慢阻肺的内科治疗以抗炎、扩张支气管、氧疗、呼吸运动锻炼及增强免疫力等来缓解患者症状及降低患者未来健康恶化的风险,其作用非常有限,外科肺减容术及经纤支镜肺减容术等治疗目的在于缓解症状和改善生活质量,二者均不能阻止病情的进行性发展。因此,如能寻找到一种有效修复气道及肺部组织结构,从而恢复肺功能的方法,将在慢阻肺的治疗上将具有里程碑式的意义。
骨髓间充质干细胞是一类具有自我更新和多向分化潜能的成体干细胞。在一定条件下它可分化为心肌细胞、支气管上皮细胞、肺泡上皮细胞等多个胚层来源的细胞[6-8]。而且骨髓间充质干细胞在体外易于分离、培养和扩增,免疫原性低,使其在组织工程、细胞移植、基因治疗等领域具有十分广阔的应用前景[1]。近年来许多研究表明,干细胞移植可能为某些肺部疾病的治疗带来新希望[9-13]。1995年Pereira等[14]从表达人小基因胶原酶I的转基因鼠中分离获得成年骨髓间充质干细胞,体外扩增、培养,再通过尾静脉注射入受致死剂量照射的小鼠中,1~5个月后,发现肺实质、骨、软骨细胞中都含有胶原酶I阳性的细胞,骨髓来源干细胞移植移植到博莱霉素肺纤维化小鼠体内,可产生肺泡I型细胞,并使其肺纤维化程度得到改善。目前MSCs在肺部疾病治疗研究主要集中于急性肺损伤与肺间质纤维化,在慢阻肺中的研究较少,骨髓间充质干细胞是否在慢阻肺大鼠体内定植、分化呢?本研究通过全骨髓贴壁法获得了足够数量和活力的骨髓间充质干细胞,培养的MSCs不表达CD34和CD45,表达CD29和CD44,在一定的诱导条件下可向脂肪细胞骨细胞及软骨细胞分化,提示成功培养MSCs。应用GFP标记的MSCs可表达绿色荧光蛋白,可应用于体内实验。笔者应用香烟烟熏成功复制肺气肿大鼠,观察经尾静脉注入的MSCs在肺气肿大鼠肺内的生存。将转染GFP质粒的大鼠骨髓间充质干细胞经尾静脉输注入肺气肿模型大鼠体内,经快速冰冻切片发现肺气肿模型大鼠肺内骨髓间充质干细胞有骨髓间充质干细胞定植,这与Kidds等[15]报道相一致,为MSCs治疗慢阻肺提供理论基础。
参考文献
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[关键词]骨髓间充质干细胞;骨组织工程;细胞膜片;磷酸三钙
[中图分类号]R318[文献标识码]A[文章编号]1008-6455(2011)03-0408-03
Engineering bone tissue using bone marrow mesenchymal stem cell sheet and β-tricalcium phosphate ceramic
MA Dong-yang1,MA Jing2,JIANG Dong-hong3,WANG Jian-feng3
(1.Department of Oral and Maxillofacial Surgery,2. Department of Otolaryngology,3. Department of Medical Administration,Lanzhou General Hospital,Lanzhou Command,PLA,730052,Gansu,China)
Abstract:ObjectiveTo investigate the feasibility of constructing bone tissue using bone marrow mesenchymal stem cell (BMSC) sheet and β-tricalcium phosphate ceramic (TCP).MethodsWe first harvested a cell sheet from rabbit BMSCs using a continuous culture method and a scraping technique. The cell sheet was then wraped around a cylinder of β-TCP. Finally,the constructs were implanted into the subcutaneous pockets of nude mice for in vivo experiments. Gross view and histological examinations were performed to evaluate the harvested specimens. Results The cell sheet, with an average thickness of 158 mm, was composed of multi-layered cells separated in the extracellular matrix. Six weeks after implantation, the new bone tissue was present both on the edge and at the center of the TCP in sheet-TCP group. A layer of woven bone formed in the cell-sheet group. In contrast, the TCP was filled only with fibrous tissue in the TCP group,without evidence of bone formation.ConclusionThe study indicates that the combination of osteogenic BMSC sheet and β-TCP ceramic can engineer bone tissue and the engineered construct might be considered as a promising substitute for bone repair.
Key words:bone mesenchymal stem cell; bone tissue engineering; cell sheet; β-tricalcium phosphate
近年来,随着再生医学的迅速发展,组织工程有望为骨缺损提供理想的修复方法[1]。组织工程骨的传统构建方法是将具有成骨分化功能的种子细胞与三维支架材料复合[1-2]。细胞在体外扩增后常用胰蛋白酶消化成离散细胞悬液,在此过程中,细胞自分泌的细胞外基质、细胞-基质连接、以及细胞-细胞连接等结构都被破坏,而这些结构对于细胞分化、特异性表型维持、分泌、组织形成等功能非常重要[3]。再者,细胞与支架材料直接复合的方法存在细胞利用率低的缺点[4]。为了解决上述问题,我们提出新的组织工程构建策略,即应用细胞膜片与可降解的外源性支架材料复合来构建工程化骨组织。为验证这一构想,本研究选用来源丰富、容易获取、体外扩增速度快、安全实用性、无伦理学争议的骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cell, BMSC)作为种子细胞来构建细胞膜片,同时选择具有良好的生物相容性、可降解性、与松质骨的结构类似的多孔样磷酸三钙(β-tricalcium phosphate, TCP)作为支架材料。
1材料和方法
1.1 材料:3月龄成年新西兰大耳白兔,体重2.6~3.0kg,雌雄不限,由总医院动物中心提供。6周龄裸鼠(NIH strain, outbred) 购自中国科学院上海实验动物中心。DMEM培养基(购自Gibco, Invitrogen Corp);L-谷胺酰胺、地塞米松、抗坏血酸、β-甘油磷酸钠、胰蛋白酶(均购自美国Sigma公司,胎牛血清(杭州四季青公司),CO2细胞培养箱(Forma公司3110Ⅱ,美国),倒置显微镜及照相系统(Olympas IX71. A21PH, 日本),离心机(Heraens Cryofuge 8000, 德国),一型超净工作台(苏州净化设备厂)。
1.2 方法
1.2.1 兔BMSCs分离、培养、及细胞膜片构建:氯胺酮(10 mg/kg)肌内注射麻醉下,切取兔双侧髂骨并劈开,用含200 U/ml肝素的低糖DMEM冲洗髓腔、过滤骨髓、离心、弃上清、加入含10%胎牛血清的低糖DMEM培养液,轻轻吹打成单细胞悬液,接种到直径为10cm的普通培养皿里。加入含100 U/ml 青霉素、10%胎牛血清、50mg/L抗坏血酸、0.27g/L L-谷胺酰胺的低糖DMEM,置于37℃、5% CO2的孵箱内培养,每隔2天更换培养液一次。当细胞达90%融合时,用0.25%胰酶消化后按1:3 传代,换成含10%胎牛血清的高糖DMEM培养液,90%融合时再消化,按密度1×105个/cm2接种到直径为10cm的培养皿。细胞融合后,更换为含10%胎牛血清,1×10-7mol/L地塞水松,50mg/L抗坏血酸,10mmol/L β-甘油磷酸钠的高糖DMEM条件培养液,每隔2 天换培养液1次,经2周的连续培养,用细胞刮刀由外周向中心沿底壁仔细刮起,获得完整的细胞膜片[5]。
1.2.2 细胞膜片显微结构观察:随机选取所获细胞膜片,4%多聚甲醛固定,梯度乙醇脱水,常规石蜡包埋,切成5μm厚切片,苏木精-伊红染色(H&E)光镜下观察组织结构。部分膜片样本经丙酮固定,钙钴法进行碱性磷酸酶染色。部分膜片经2.5% 戊二醛固定,梯度乙醇脱水,干燥,喷金,扫描电子显微镜观察标本表面形貌及层面结构。
1.2.3 体内试验:实验组将单层细胞膜片剪切成10mm×25mm的长方形状(图1A),并由一端卷起包裹预制成的TCP圆柱体(直径0.8cm,高度1.0cm,70%孔隙率,平均孔径450± 50μm,图2A、B),静置孵育24h后移植到裸鼠背部皮下。作为对照,相同大小的细胞膜片和同规格经成骨培养基孵育24h的单纯材料也进行皮下移植。术后6周处死动物取材,进行大体观察及组织形态学分析:①组织学定性分析:各样本经石蜡包埋、切片后HE及Mallory 三色染色光镜观察;②组织学半定量分析:每组每例样本连续4张5μm厚切片,横贯整个样本,Mallory 三色染色后由独立的观察者采用NIH Image J图像分析系统在10倍镜下分析切片中骨样组织(砖红色)与纤维组织(淡蓝色)所占的面积百分比。每张切片随机选取4个视野,计量后收集各组数据,取其平均值。
2结果
2.1 膜片的构建:融合BMSCs经过2周连续培养,皿底有透明乳白色薄膜样物质形成,表面散在多个白色结节。用细胞刮沿皿底轻刮即可使其与培养皿底分离,刮起后膜片自行收缩,具有弹性和较稳定的机械性能,可以用镊子或血管钳进行钳夹操作。HE染色,所获膜片具有类似三维结构,由约8~10层细胞及细胞外基质组成,厚度平均158μm (图1B)。扫描电镜下观察:膜片中细胞被细胞外基质包埋,基质表面可见矿化结节聚集(图2C)。
2.2 体内实验
2.2.1 移植6周后:实验组和TCP组取材标本的形状与移植前无明显变化,但前者表面较硬,容易与周围软组织分离,后者表面被覆一层质软的纤维组织,不易分离。膜片组见纸片状硬质组织形成。
2.2.2 组织学结果:实验组的外周表现为矿化程度较高的板层状骨组织,可见致密骨基质、骨陷窝、骨细胞、成骨细胞等结构,材料内部的孔隙中央为纤维组织,周边见低度矿化的小梁骨(图3A、B、C)。组织定量学分析,骨与纤维组织的所占面积分别为22.5%和59.6%。单一TCP组孔隙内为纤维组织(面积比为76.1%),未见骨或软骨样组织。单纯膜片组见片状编织骨形成,致密的骨基质中可见类髓腔样结构(图3D)。
3讨论
本研究证实了BMSC膜片与多孔TCP支架材料复合构建组织工程骨的可行性。与传统方法相比,本研究应用的构建方法具有以下优点:①采用物理刮治的方法将体外扩增的细胞连同培养过程中自分泌的细胞外基质、形成的细胞基质连接一同收集,避免了传统用胰蛋白酶消化的有创收集方法;②具有较高的细胞利用率。
细胞膜片技术由日科学家Okano等[6]发明,他们将温度敏感性聚合物凝胶涂层于普通培养皿底壁制备出了温敏性培养皿,在37℃时聚合物对其表面扩增融合的单层细胞膜片有绝对亲和性,但降至其临界溶液温度32℃以下时,此聚合物对单层细胞膜片的亲和性消失,使细胞膜片自动从培养皿底壁释放。该培养技术避免了对细胞进行传统胰蛋白酶消化等处理,进而保留了细胞自分泌的细胞外基质以及一些重要的细胞表面蛋白如离子通道、生长因子受体、细胞-细胞连接蛋白。利用此技术,角膜、皮肤、心肌、肝组织等多种细胞密集型软组织已被成功构建[3],但在用于骨组织方面的研究较少。2007年,Zhou等[4]首先报道用细胞膜片技术与复合离散细胞悬液的聚合物-陶瓷材料(磷酸三钙-聚已酸内酯复合物)构建出组织工程骨;Gao等[7]则用多层细胞膜片与管状珊瑚构建出管型骨。Okano等获取膜片的技术操作程序较复杂,而且应用温敏聚合物,可能会影响细胞的增殖分化。同时该技术获得的膜片为单层细胞组成,厚度只有约10μm[8]。相比之下,我们的细胞膜片获取方法简单易行,无需特殊材料或者设备,而且由多层细胞及细胞外基质组成,厚度可达158μm,更像三维结构的组织。另外,一定的厚度赋予了膜片相应的弹性和较稳定的机械性能,增加了可操作性。本研究则用单层膜片与已用于临床的人工骨替代材料TCP复合。
有趣的是,实验组中,不仅在支架材料的外周有矿化程度较高的骨组织形成,而且在材料内部也可见相当数量的骨小梁。这一结果表明:作为细胞释放载体系统,细胞膜片可赋予无机材料以生物活性。另一个有趣的结果是,与单纯材料组相比,实验组材料孔隙结构内的纤维组织量较少,意味着细胞膜片在促进成骨的同时阻止了纤维组织的张入,有望成为新型的具有生物活性的组织引导再生膜。
组织工程骨要取代自体骨移植大范围应用于临床,首先需要解决大体积支架内部细胞的氧气、营养供应以及代谢产物排泄。种子细胞在体外依赖于培养介质提供营养,而植入到体内后,如同非血管化的游离骨移植,则需依靠受区组织液的弥散渗透作用获得营养。然而,理论上体内环境通常所能提供的最大弥散距离是150~200μm,因此大体积复合物内相当数量的细胞因为无法获取营养物质并排泄代谢产物而死亡[9-10]。尽管已有诸多方法可促进组织工程植入物与宿主血管网的紧密联系,提高细胞成活率和组织修复功能,但目前为止,任何促进血管生长的方法都需要5~7天以上时间才能使植入细胞获得血液供应,在这段时间内,细胞需从组织液中获得足够营养[10]。本实验所应用的BMSC膜片厚度为 158μm左右,在有效组织弥散范围内。我们推测将其植入体内后易于成活,有利于提高细胞治疗的效率。
[参考文献]
[1]Meijer GJ,de Bruijn JD,Koole R,et al. Cell-based bone tissue engineering[J]. PLoS Med,2007,4(2):e9.
[2]Quarto R,Mastrogiacomo M,Cancedda R,et al. Repair of large bone defects with the use of autologous bone marrow stromal cells[J].N Engl J Med,2001,344(5):385-386.
[3]Yang J,Yamato M, Shimizu T, et al. Reconstruction of functional tissues with cell sheet engineering[J]. Biomaterials,2007,28(34):5033-5043.
[4]Zhou Y,Chen F,Ho ST,et al. Combined marrow stromal cell-sheet techniques and high-strength biodegradable composite scaffolds for engineered functional bone grafts[J]. Biomaterials,2007,28(5):814-824.
[5]Ma D,Ren L,Liu Y,et al. Engineering scaffold-free bone tissue using bone marrow strom cell sheets[J].J Orthop Res,2010,28(5):697-702.
[6]Okano T,Yamada N,Sakai H,et al. A novel recovery system for cultured cells using plasma-treated polystyrene dishes grafted with poly (N-isopropylacrylamide)[J].J Biomed Mater Res,1993,27(10):1243-1251.
[7]Gao Z,Chen F,Zhang J,et al. Vitalisation of tubular coral scaffolds with cell sheets for regeneration of long bones: a preliminary study in nude mice[J].Br J Oral Maxillofac Surg,2009,47:116-122.
[8]Iwata T,Yamato M,Tsuchioka H,et al. Periodontal regeneration with multi-layered periodontal ligament-derived cell sheets in a canine model[J].Biomaterials,2009,14:2716-2723.
[9]Ren LL,Ma DY,Feng X,et al. A novel strategy for prefabrication of large and axially vascularized tissue engineered bone by using an arteriovenous loop[J].Med Hypotheses,2008,71(5):737-740.
这个下午,我们都在读雪
入心的柔,热饮的暖
持续到傍晚。路灯的
温和,让先前扑棱着的
那些鸟儿,安静地归巢
小酌。淡雅弥漫着
伸出在窗外。次第
梨花白,一地可爱的
猫咪。雪守望着幸福
和来年的春光
春天来了
下午的阴沉,介于
冷和暖之间,我滞留在
有你的磁场里,水杯
热度,干冷的空气
不适宜传递。想想梦中
那株海棠,花还在枝头
不曾远离的默契
卧龙岗院内的银杏树上
亲爱的鸽子,等待着
雪落的消息。我闭上眼
仿佛春就要到来,一场
获奖的感言。季节
趋于萌动,爱和你
风吹的夜晚
不羁的风。月亮是夜的
心结,那只出走的鸟儿
又飞回来。林子里暗藏着
无数的惊叹和停顿
巢,却并不适宜做句号
这就像,你永远
也不能看清楚的我
沙子在城市里推磨
河流被光阴逐渐剥离
谜底,一切都离得那么远
荆紫关,土层
呆滞着,我的停顿
走不进你的忧伤
密不透风的篱笆。油菜花
无数的子弹划过之后
流星远去,这个角落
更加凄凉黑暗。和你
隔世的眼泪,他们的墓地
以及低垂着的旌幡
发丝不愿萎缩,一根
捆绑在阳光上的哭泣
从荆紫关的那个夜晚里
醒来,风掠过石头的沉默
钟声
重叠覆盖。隐约听见
钟声,迷茫的人决不能
轻易死去,略微衰老
是个别羽毛,障目的
叶子完全可以舍弃
没有理由去怀疑梦中
的那片雪花,有佳人
在抚弄,花开的声音
春的咒语就是力量
和勇气。潮水
泛滥,我沐浴着你
与永伟、江离、罗羽和向威
这首诗继续着它的
滑翔。客从鲁山云游而来
在宛城南关的古宅
青砖,瓦片。车水马龙里
诗性地存在者,捡起
这渐渐远去的标签
与江南对接。赊店的
青花瓷,打开烟雨
紫薇花浓,唐朝的夜幕
贝贝、亚刀、青树和我
在油田
岁末的畅想 如盘中
坚果,五一路上
我和魔头,不断地
嗑出问号、惊叹号
一地的零落,雪再次
被撕开。撒欢儿的啤酒
充当下午的句号
皇帝又着新装,你我
谁也不是神笔马良
这样的试探,毫无意义
虚和实之间繁生着四季
花开花落。依水的苍茫
熟悉的孤独,是我无数次
都想砍倒的那些树
酒醒的时候,想起
一个词语:徒劳
村口的老榆树刚离开人世
黑乌鸦就开始怀念它
心伤是个无人认领的孩子
杨柳依依
饱满的阳光,中
杨柳依依。风拂弄
坝堤,等待那个可以
拥你的季节,雪的冰洁
定会是一种水柔
心越过春天,我们信仰
爱和思念。那团火
燃烧在玫瑰的唇红里
如冷风吹灭
张牙舞爪。如你的春天
雪韵尚未展开
这个夜晚燃得很节制
烛光靠近,淅沥的雨
敲不开众生的心事
冷风吹灭在文化宫
夜,眼角弹泪
散去的是雾霾
啤酒瓶习惯歪倒
就像总在此时
难眠的你我
落泪
深深的刺痛,稻草人
这不是雪的一部分
2013的元旦
盆窑,河是用笔画出的记忆体
春答应了梦想
我答应了泪水和忧伤
多情的人啊
开播式安排在我国重要的轨道交通装备高端产品基地,也是该片推出的唯一一家轨道交通制造企业――中国北车唐山轨道客车有限责任公司(以下简称唐车公司)高速动车组生产线举行。宏大的厂房里,停放着唐车公司自主研发的CRH3A动车组、CRH3G动车组、石家庄A型地铁样车和出口土耳其的100%低地板现代有轨电车。这些轨道交通装备新产品,代表着我国轨道装备制造业的先进水平。
唐车,一个始建于1881年的百年老厂,何以能领跑世界速度,在新百年的征程上再次焕发出灼人的青春和活力?唐车公司青年方阵给了我们一个响亮的回答。
用青春托举高速动车制造技术平台
“能制造350公里高速动车的三维流线型司机室的,全世界只有空客、西门子和我们唐车三家。”
来到唐车青年中间,常常能听到血气方刚的小伙子、飒爽英姿的大姑娘说出的“该项技术只有我们拥有”、“这方面我们在国际领先”等话语。的确,他们创造了世界轨道交通第一速度,他(她)们有资格自信、自豪。
“靠引进、消化、吸收、再创新,到最终拥有完全自主知识产权,唐车用5年时间走完了国外企业20年的路,掌握了动车组列车的车体总成、总组装、调试等动车组关键制造技术。”为提高技术人员和工人水平,形成再创新的能力,构建产品持续发展的平台,这些年唐车公司共派出90多个团组、1000多人次参加出国培训,90%都是35岁以下的青年员工。
唐车公司现有员工6700余人,其中35岁以下青年3800余人,团员2000余人。
立足时速350公里CRH3动车组生产,唐车公司团委按照中央企业团工委和中国北车集团公司团委实施青年创新创效活动的总体部署,组织青年员工广泛开展了科技创新、管理创新、操作创新和服务创新活动。近三年来实现科技创新成果100多项,管理创新成果200多项,一线技术工人的操作创新成果近500项。
走进唐车公司的生产现场,随处都可看到以操作者名字命名的创新操作法指示牌,一张张青年员工的笑脸就象一朵朵盛开的鲜花,在动车组生产线上绽放。
CRH3动车组已经达到了每秒近百米的运行速度,近于“陆地飞行”的状态,生产中每一个细小的操作失误,都将对动车组运行产生重大影响,产品质量必须要有极为可靠的保证。据测算,每列CRH3动车组需要使用电缆线达100多种、4万多根,有8万多个接头,连在一起将近400公里,相当于从北京到郑州的直线距离。
在电线放线、布线和剪线操作中,青年女工刘莉莉自创了适于动车组生产的“刘莉莉剪线法”,匠心独具地研制了“过线架”、“过线孔细化板”等工装,保证缆线不沾地、不纠缠,使电线前端破损率降低为零,提高工作效率一倍以上。在接线工序中,刘莉莉创新发明的“5步接线操作法”,更是保证接线操作实现了“万根无差错”的水平。据统计,CRH3动车组的组装接线准确率达到了99.997%,创造了同行业的世界之最。
“世界最先进的动车组上刻着我们的名字!”
“时速350公里运营,世界上没有经验。所以,哪怕一个小小的螺栓,一块裙板,一根电线,员工生产的每一个细小操作都必须一丝不苟的按标准进行,并记录在案。”不到40岁的高级工程师黄烈威说。
青年铝焊工技师殷丽荣说:“我们焊的动车组,用X光照,也不能找出一个气泡,100%没有缺陷。我们每个焊工的钢印都打在上面。”
“继续努力,专注工作”,这是唐车公司“万根接线无差错”第一人高向丽纯朴的获奖感言。高向丽是唐车公司总装配厂一名青年女工,捋线、核线、接线、剥线……她巧手翻飞,在盘根错节的电缆丛林中把‘剪不断,理还乱’的电缆编织成一副美丽的画卷。她参与了接线工艺流程的标准化设计,仅从第一列CRH3动车组生产到第14列出厂,就累计完成了10582根接线无差错,得到公司嘉奖。
华灯初上,完成了一天工作的高向丽把写有自己名字的作业牌捆扎在绑好的线缆上,记名作业牌放上去,就再也不会取下来了,她的名字将和CRH3动车组紧紧绑在一起,飞驰在祖国的大地上。
接轨世界,普通青工同样能当顶梁柱
要做轨道交通装备行业世界级企业,需要与世界接轨的各种青年人才。
孙斌斌30出头,别看她年纪轻轻,却是中国北车资深专家,是唐车公司首批“与世界接轨”的女焊工。这位19岁技校毕业就进工厂当焊工的姑娘,近年出国培训多次,全国仅有包括她在内的两人通过欧洲最高级的7项焊接资格认证,具有做“国际焊接教师”的资格,她的200多名学生焊接了世界上运营速度最快的CRH3“和谐号”动车组。