磷酸鈣與聚甲基丙烯酸甲酯制備復(fù)合型骨水泥的生物學(xué)研究.pdf

1、目的：
　　1.探討磷酸鈣(CPC)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)按不同比例混合而制備新型復(fù)合型骨水泥(CPC/PMMA)的方法及生物力學(xué)性能。
　　2.探討復(fù)合型骨水泥材料CPC/PMMA生物安全性、組織相容性。
　　3.探索復(fù)合型骨水泥材料CPC/PMMA移植入SD大鼠脛骨臨界性骨缺損處，觀察測(cè)量其降解及骨缺損修復(fù)情況。
　　4.篩選出CPC/PMMA最佳配比濃度，滿足機(jī)體負(fù)重區(qū)域或非負(fù)重區(qū)域均可植入該復(fù)合型

2、骨水泥材料以達(dá)到最佳治療模式的需要。
　　方法：
　　1.復(fù)合型骨水泥CPC/PMMA的制備與分組
　　制備CPC(100％)組、PMMA(100％)組、CPC/PMMA(3/1，75％)組、CPC/PMMA(2/1,67％)組、CPC/PMMA(1/1,50％)組、CPC/PMMA(1/2,33％)組、CPC/PMMA(1/5,16.7％)組、CPC/PMMA(1/10,9.1％)組、CPC/PMMA(1/15，6.

3、25％)組、CPC/PMMA(1/20，4.8％)組骨水泥試件。
　　2.復(fù)合型骨水泥CPC/PMMA生物安全性檢測(cè)
　　2.1 細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn)
　　2.1.1 各組骨水泥浸提液的制備
　　將無(wú)菌條件下制成的CPC、PMMA、CPC+PMMA復(fù)合骨水泥各組:CPC/PMMA(75％)組、CPC/PMMA(67％)組、CPC/PMMA(50％)組、CPC/PMMA(33％)組、CPC/PMMA(16.7％)組、CPC

4、/PMMA(9.1％)組、CPC/PMMA(6.25％)組、CPC/PMMA(4.8％)組材料試件分別置于培養(yǎng)基中，3 cm2/ml培養(yǎng)基37℃中120 h，制備CPC、PMMA、復(fù)合骨水泥(CPC+PMMA)各組浸提液。
　　2.1.2 成骨前體細(xì)胞（MC3T3-E1，小鼠來(lái)源）的體外培養(yǎng)
　　遵照細(xì)胞體外培養(yǎng)技術(shù)與原則。
　　2.2 全身亞急性毒性實(shí)驗(yàn)
　　本課題相關(guān)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，我們都遵循實(shí)驗(yàn)動(dòng)物保護(hù)原則。

5、r>　　將雌雄各半的昆明小鼠隨機(jī)分組，體重25g-30g、5只/組，并進(jìn)行標(biāo)記，利用電子天平測(cè)量各組小鼠的體重。各組小鼠按50ml/kg注射骨水泥浸提液（腹腔注射），Control組注射生理鹽水。注射后24h、7d、14d觀察各組小鼠的一般狀態(tài)（皮膚、被毛、眼、粘膜變化）、存活情況（呼吸、循環(huán)、行為等），并測(cè)量體重及組織臟器變化情況。
　　2.3 熱源實(shí)驗(yàn)
　　無(wú)菌條件下制備CPC(100％)組、CPC/PMMA(75％)組

6、、CPC/PMMA(67％)組、CPC/PMMA(50％)組、CPC/PMMA(33％)組、CPC/PMMA(16.7％)組、CPC/PMMA(9.1％)組、CPC/PMMA(6.25％)組、CPC/PMMA(4.8％)組、PMMA(100％)組浸提液。鼠尾靜脈注射骨水泥浸提液、3ml浸提液/只（對(duì)照組注射生理鹽水）。分別注射后1h、2h、3h、24h測(cè)定SD大鼠的肛溫變化值。每只SD大鼠測(cè)3次取平均值。
　　2.4 致敏實(shí)驗(yàn):<

7、br>　　于SD大鼠小腿內(nèi)側(cè)注入骨水泥浸提液、0.1 ml/點(diǎn)（對(duì)照組注射生理鹽水）。分別注射后15min、30min、1h、24h觀察SD大鼠注射點(diǎn)的紅斑、水腫、硬結(jié)及焦痂等形成情況。
　　3.復(fù)合型骨水泥CPC/PMMA理化性能的檢測(cè)
　　3.1 初級(jí)性能檢測(cè):
　　3.2 高級(jí)性能檢測(cè)
　　3.2.1 固化時(shí)間檢測(cè)
　　3.2.2 電鏡掃描形態(tài)學(xué)觀察
　　3.2.3 物相組成份析檢測(cè)
　　

8、4.復(fù)合型骨水泥CPC/PMMA的組織相容性實(shí)驗(yàn)
　　4.1 細(xì)胞粘附實(shí)驗(yàn):顯微鏡下觀察12孔板中骨水泥試件周圍的細(xì)胞生長(zhǎng)形態(tài)與狀態(tài)。
　　4.2 骨水泥試件植入臨界性骨缺損、肌袋組織中的動(dòng)物模型建立。
　　4.3 骨水泥試件植入術(shù)后動(dòng)物模型的X線檢查（術(shù)后4周、12周、15周）。
　　結(jié)果：
　　1.復(fù)合型骨水泥CPC/PMMA的制備
　　將CPC和PMMA骨水泥的同相粉末按質(zhì)量比3∶1，2∶1，1

9、∶1，1∶2，1∶5，1∶10，1∶15，1∶20均勻混合得到不同比例的混合骨水泥固相系列:CPC/PMMA(75％)組、CPC/PMMA(67％)組、CPC/PMMA(50％)組、CPC/PMMA(33％)組、CPC/PMMA(16.7％)組、CPC/PMMA(9.1％)組、CPC/PMMA(6.25％)組、CPC/PMMA(4.8％)組，根據(jù)本課題實(shí)驗(yàn)的需要，分別制備出與檢測(cè)要求相符合的骨水泥試件。
　　2.1 細(xì)胞毒性分級(jí)標(biāo)

10、準(zhǔn)分為6個(gè)級(jí)別:0級(jí)為≥100％，1級(jí)為75％-99％，2級(jí)為50％-74％，3級(jí)為26％-49％，4級(jí)為1％-25％，5級(jí)為0。無(wú)毒性即為0級(jí)，高毒性為5級(jí)。與空白對(duì)照組比較，骨水泥浸提液CPC/PMMA(16.7％)組，CPC/PMMA(9.10％)組，CPC/PMMA(6.25％)組，CPC/PMMA(4.80％)組和PMMA組有細(xì)胞毒性。
　　2.2 全身亞急性毒性實(shí)驗(yàn)各組SD大鼠機(jī)體狀態(tài)指標(biāo)變化無(wú)顯著性差異。
　　

11、2.3 熱源實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)各組SD大鼠體溫變化無(wú)顯著性差異。
　　3.1 抗壓強(qiáng)度、抗拉伸強(qiáng)度及三點(diǎn)彎實(shí)驗(yàn)的抗折強(qiáng)度結(jié)果顯示:CPC(100％)組，CPC/PMMA(75％)組、CPC/PMMA(67％)組、CPC/PMMA(50％)組、CPC/PMMA(33％)組、CPC/PMMA(16.7％)組、CPC/PMMA(9.1％)組、CPC/PMMA(6.25％)組、CPC/PMMA(4.8％)組和PMMA(100％)組的抗壓強(qiáng)度、抗拉伸

12、強(qiáng)度及抗折強(qiáng)度均有顯著性差異(P＜0.05)。
　　3.2 凝固溫度
　　CPC(100％)組為對(duì)照組，其凝固溫度與室溫接近約為27℃，CPC/PMMA(75％)組、CPC/PMMA(67％)組、CPC/PMMA(50％)組、CPC/PMMA(33％)組、CPC/PMMA(16.7％)組、CPC/PMMA(9.1％)組、CPC/PMMA(6.25％)組、CPC/PMMA(4.8％)組、PMMA(100％)組的凝固溫度有顯著性

13、差異(P＜0.05)，各組復(fù)合型骨水泥凝固溫度介于40℃-80℃之間，而PMMA組凝固溫度最高達(dá)78℃左右。
　　3.3 固化時(shí)間
　　CPC(100％)組固化時(shí)間較長(zhǎng)、約11 min，PMMA(100％)組固化時(shí)間較短、約2min，復(fù)合型骨水泥組的固化時(shí)間介于2min-6min之間，以PMMA(100％)組為對(duì)照組，CPC/PMMA(75％)組、CPC/PMMA(67％)組、CPC/PMMA(50％)組、CPC/PMMA(

14、33％)組、CPC/PMMA(16.7％)組、CPC/PMMA(9.1％)組、CPC/PMMA(6.25％)組、CPC/PMMA(4.8％)組和CPC(100％)組為試驗(yàn)組，各試驗(yàn)組的固化時(shí)間均有顯著性差異（P＜0.05）。
　　4.1 細(xì)胞粘附實(shí)驗(yàn)
　　顯微鏡下觀察12孔板中骨水泥試件與成骨前體細(xì)胞(MC3T3-E1)共培養(yǎng)的細(xì)胞生長(zhǎng)情況。
　　4.2 骨水泥試件植入SD大鼠脛骨臨界性骨缺損動(dòng)物模型建立。
　　

15、4.3.1 骨水泥試件植入SD大鼠脛骨臨界性骨缺損術(shù)后4周，動(dòng)物模型的X線檢查。影像學(xué)檢查結(jié)果提示:骨水泥明顯存在于各組脛骨臨界性骨缺損填充處，術(shù)后4周各組尚未見(jiàn)到骨水泥有顯著性降解。
　　4.3.2 骨水泥試件植入術(shù)后12周，動(dòng)物模型的X線觀察
　　CPC組骨材料降解情況較術(shù)后4周骨降解略明顯，尤其是脛骨骨缺損邊緣處的骨水泥、與周圍骨組織間出現(xiàn)模糊陰影;PMMA組術(shù)后12周依然沒(méi)有明顯降解，骨水泥邊緣整齊、周圍骨質(zhì)殘存透亮

16、影。
　　4.3.3 骨水泥試件植入SD大鼠脛骨臨界性骨缺損術(shù)后15周X線觀察
　　CPC組骨材料降解情況較術(shù)后12周骨降解明顯，脛骨骨缺損處的骨水泥陰影模糊增強(qiáng)、與周圍骨組織連接緊密;PMMA組術(shù)后15周沒(méi)有明顯降解，骨水泥邊緣整齊、周圍骨質(zhì)的透亮影消失。
　　結(jié)論：
　　1.采用骨水泥CPC+PMMA為原料，物理?xiàng)l件下將兩者按照不同質(zhì)量比混合，以PMMA單體液調(diào)和，制備了新型復(fù)合型骨水泥CPC/PMMA，制備

17、過(guò)程簡(jiǎn)便可靠，PMMA的介入并不影響CPC的特性，復(fù)合骨水泥材料隨著PMMA含量的逐漸增高，其機(jī)械性抗壓強(qiáng)度、抗拉伸強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度也隨之增高，而體內(nèi)降解速度逐漸減慢，PMMA含量超過(guò)50％幾乎無(wú)法降解。
　　2.復(fù)合型骨水泥CPC/PMMA(75％、67％、50％)屬于無(wú)細(xì)胞毒性的生物材料，具有良好的細(xì)胞相容性。
　　3.復(fù)合型骨水泥CPC/PMMA無(wú)血液毒性，不引發(fā)遲發(fā)型超敏反應(yīng)，不具有全身亞急性毒性，無(wú)溶血性，具有良好的