Ti6A14V表面人重組骨形態(tài)蛋白-2微球涂層的生物性骨長(zhǎng)入的研究.pdf

1、[研究背景]接受人工全髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)的患者逐年增加，由于非骨水泥假體的近期和遠(yuǎn)期效果良好，即使是年輕患者，接受關(guān)節(jié)置換手術(shù)的也在逐年增多。目前很多醫(yī)師推薦術(shù)后早期下地負(fù)重，但對(duì)于非骨水泥股骨柄來(lái)說(shuō)，存在著早期假體移位、松動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。因此，有些作者對(duì)假體表面進(jìn)行處理，如等離子噴涂多孔鈦，同時(shí)進(jìn)行羥基磷灰石涂層，這種方法可以通過骨長(zhǎng)入來(lái)增強(qiáng)周圍骨質(zhì)與假體的固定，然而，關(guān)節(jié)假體的移位和松動(dòng)仍然是個(gè)難題。骨形態(tài)蛋白(BMPs)屬于轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子超家

2、族中的成員，其中BMP-2具有最強(qiáng)、最快速的骨誘導(dǎo)能力。然而臨床上，如果將BMP-2直接應(yīng)用于局部，將很快被分散和吸收，其誘導(dǎo)骨生成的作用非常有限。為了獲得BMP-2的最大骨誘導(dǎo)能力，需要尋找一種理想的載體。據(jù)報(bào)道，生長(zhǎng)因子可以通過不同的非共價(jià)保留機(jī)制來(lái)穩(wěn)定其活性，包括物理包埋、吸收配位等。除此之外，也可采用聚乳酸羥基乙酸(PLGA)將BMP-2制備成微球。這種微球技術(shù)可以獲得BMP-2的緩釋，從而使其骨形成能力獲得最大化。Ti6Al4

3、V合金具有良好的機(jī)械學(xué)韌性、抗腐蝕性、化學(xué)穩(wěn)定性及生物兼容性，使鈦合金能夠應(yīng)用于航空及生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。鈦合金表面的粗糙度可以明顯地影響成骨細(xì)胞的反應(yīng)及附著。在假體表面涂上具有活性的生長(zhǎng)因子，可能會(huì)影響骨-植入物界面的重塑，從而促進(jìn)骨與植入物的結(jié)合。
　　[研究目的]本研究的目的是研發(fā)一種可以促進(jìn)內(nèi)植物表面骨長(zhǎng)入的生物材料，為生物型股骨柄假體及內(nèi)固定物的研制提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
　　[材料與方法]對(duì)Ti6Al4V表面進(jìn)行吹砂處理(參數(shù)

4、為砂粒60目，壓力5Pa，角度45％)，先用丙酮超聲清洗20分鐘，再用酒精超聲清洗20分鐘，最后用去離子水超聲清洗20分鐘。用3％HCl+48％H2SO4+49％去離子水的溶液，煮沸侵泡2分鐘，用去離子水沖凈試樣。用FEI QUANTA600環(huán)境掃描電鏡對(duì)試樣的表面進(jìn)行觀察和測(cè)量孔隙同時(shí)與對(duì)照組對(duì)比。采用水包油包水(W/O/W)超聲復(fù)乳法，將rhBMP-2制備成rhBMP-2微球，粒度測(cè)試儀測(cè)得其粒徑，掃面電鏡觀察其形貌。使用α-氰基丙

5、烯酸正丁酯酯水凝膠(康派特凝膠由北京瞬康醫(yī)用膠有限公司提供)制備成rhBMP-2微球/α-氰基丙烯酸正丁酯酯水凝膠緩釋體系，同時(shí)采用酶聯(lián)夾心法ELISA評(píng)價(jià)其體外緩釋情況，同時(shí)測(cè)得rhBMP-2微球的包封率。利用康派特膠的水溶性將rhBMP-2微球灌入Ti6Al4表面的多孔內(nèi)，制備成生物性Ti6Al4V假體。選用36只新西蘭大白兔，(雌雄不限，4-6月齡，2.5-3kg)，隨機(jī)分為Ti6Al4V涂有5mg rhBMP-2微球組；Ti6A

6、l4V多孔組，Ti6Al4V空白對(duì)照組，左右股骨遠(yuǎn)端各植入Ti6Al4V一枚。術(shù)后4周、5周、6周、7周、8周、12周從各組中隨機(jī)抽取一只動(dòng)物處死，取內(nèi)植物標(biāo)本，進(jìn)行電鏡掃描及能譜分析，確定各組中早期骨長(zhǎng)入的時(shí)間點(diǎn)；術(shù)后12周(臨床愈合期)，將剩余兔子處死，每組隨機(jī)取3只兔子股骨遠(yuǎn)端(即6個(gè)標(biāo)本)，采用Giemsa及甲苯胺藍(lán)染色，觀察假體表面骨長(zhǎng)入情況，按照骨長(zhǎng)入占整個(gè)內(nèi)植入冠狀面的周徑進(jìn)行半定量評(píng)估，最后，每組3只兔子(6個(gè)標(biāo)本)進(jìn)行

7、推出實(shí)驗(yàn)，測(cè)植入物與周圍骨之間的結(jié)合力，同時(shí)進(jìn)行能譜分析植入物表面的元素成份。
　　[結(jié)果]酸蝕2分鐘可使Ti6Al4V表面獲得了均勻的蜂窩狀孔，且大孔鑲嵌小孔，大孔孔徑約10-60μm，小孔孔徑約2-5μm。該表面是一個(gè)很好的二維多孔結(jié)構(gòu)，可以提供涂層較大的摩擦系數(shù)，增加涂層的結(jié)合力，有利于涂層的結(jié)合。采用W/O/W超聲復(fù)乳法制備的rhBMP-2微球，其形態(tài)良好，表面光滑，粒徑大小約為1μm，其包封率達(dá)98.86％，使用康派特水

8、凝膠可以很好的控制其突釋(約為24％)，并且能使rhBMP-2緩釋一個(gè)月以上。術(shù)后4周起，每周取材行SEM及能譜分析，結(jié)果顯示：①rhBMP-2組6周即有明顯骨長(zhǎng)入，多孔組8周有骨長(zhǎng)入，而空白對(duì)照組則在12周才發(fā)現(xiàn)有骨長(zhǎng)入；②同時(shí)病理結(jié)果也表明了術(shù)后12周，SPSS軟件統(tǒng)計(jì)rhBMP-2組骨長(zhǎng)入明顯高于其他兩組(P<0.05)，空白組有部分骨長(zhǎng)入，而空白對(duì)照組內(nèi)植物表面以纖維組織長(zhǎng)入為主；③推出實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證明，SPSS軟件統(tǒng)計(jì)rhBMP

9、-2組需要的推出力明顯高于其余兩組(P<0.05)，同時(shí)將推出的Ti6Al4V表面進(jìn)行能譜分析，rhBMP-2組植入物表面含有有多量的Ca和P元素，說(shuō)明其表面孔內(nèi)骨長(zhǎng)入多。
　　[結(jié)論]采用酸蝕加熱法可使Ti6Al4V表面成為二維多孔結(jié)構(gòu)，有利于涂層的結(jié)合。W/O/W超聲復(fù)乳法制備出的rhBMP-2微球，包封率高(98.86％)，同時(shí)康派特水凝膠可以控制其突釋，且流動(dòng)性好，結(jié)合力強(qiáng)，可很好地將rhBMP-2微球灌入Ti6Al4V表