改良中空加壓螺釘復合可注射BMP緩釋載體治療股骨頸骨折的實驗研究.pdf

1、股骨頸骨折是臨床上常見的一種骨折，約占全身骨折的3.6％。由于股骨頸位置深在，解剖結(jié)構(gòu)和生物力學都非常特殊，股骨頸骨折后極易損傷頭、頸的血運，使股骨頭血供減少，不但使骨折不易愈合，而且容易發(fā)生股骨頭缺血性壞死，文獻報道股骨頸骨折繼發(fā)骨不連的發(fā)病率為20％，繼發(fā)股骨頭壞死的發(fā)病率高達30％。隨著組織工程技術(shù)的出現(xiàn)、發(fā)展和不斷進步，將開辟股骨頸骨折及其并發(fā)癥系列治療的新途徑。本課題以股骨頸骨折為研究對象，在骨折解剖復位和堅強內(nèi)固定的基礎(chǔ)上，

2、結(jié)合組織工程學研究，將組織工程技術(shù)與骨折內(nèi)固定原理相結(jié)合，通過改良中空加壓螺釘-BMP定向緩釋體系治療犬股骨頸骨折，為臨床治療股骨頸骨折進行初步嘗試和探索性實驗研究。 目的： 1．建立改良中空加壓螺釘內(nèi)固定股骨頸骨折的有限元模型，計算其內(nèi)固定股骨頸骨折的相關(guān)應力分析，為其改良設(shè)計提供合理的力學驗證。 2．制備rhBMP-2/PLGA微球并將其與纖維蛋白膠復合，構(gòu)建具有自固化能力的可注射性BMP緩釋體系，探討rhB

3、MP-2/PLGA微球/纖維蛋白凝膠臨床實際應用的可行性。 3．測定復合材料的rhBMP-2體外釋放活性，并通過體外細胞培養(yǎng)和體內(nèi)異位成骨兩種方法探討其材料的組織相容性和異位成骨能力。 4．建立犬股骨頸骨折的動物實驗模型，觀察改良中空加壓螺釘-BMP緩釋系統(tǒng)在股骨頸骨折治療中的應用，為治療股骨頸骨折進行初步嘗試和探索性實驗研究。 材料與方法： 1．在普通加壓螺釘設(shè)計的基礎(chǔ)上，進行改良中空加壓螺釘?shù)脑O(shè)計，利

4、用有限元分析軟件ANSYS9.0對改良中空加壓螺釘微孔的分布以及螺釘?shù)膹姸冗M行優(yōu)化設(shè)計． 2．采用復乳-溶劑揮發(fā)法制備W/O/W型rhBMP-2/PLGA載藥微球，并將攜載rhBMP-2的PLGA微球與纖維蛋白膠復合，建立具有自固化能力的可注射BMP緩釋系統(tǒng)。 3．通過體外培養(yǎng)BMSC，用rhBMP-2/PLGA微球和rhBMP-2/PLGA微球/纖維蛋白膠作為培養(yǎng)條件，通過ALP試劑盒檢測它們對BMSC分化的影響；并將

5、材料植入股部肌袋，通過組織學檢查評價材料的異位成骨能力。 4．選用健康成年雜種犬18只，均采用手術(shù)方法造成雙側(cè)股骨頸移位骨折模型，對照側(cè)采用改良中空加壓螺釘內(nèi)固定、實驗側(cè)采用改良中空加壓螺釘內(nèi)固定復合可注射BMP緩釋載體，實驗動物分別在4，8、12周處死取材，通過X線攝片、放射性核素骨掃描、及大體組織病理學等方法觀察股骨頸骨折愈合過程，客觀評價改良中空加壓螺釘內(nèi)固定復合可注射BMP緩釋載體治療股骨頸骨折的療效。 結(jié)果：

6、 1．有限元分析結(jié)果表明，開孔中空加壓螺釘可以滿足固定股骨頸骨折的力學強度。隨著開孔直徑的增加，中空加壓螺釘上的最大的Mises應力就越大，也就是最大應力越趨近于中空加壓螺釘?shù)膹姸葮O限(896MPa)，根據(jù)計算結(jié)果確定出開孔的上限值為d=2.0mm。 2．通過復乳-溶劑揮發(fā)法制備載藥微球粒徑為53.2±2.1μm，載藥率為(5.12±1.32)％。釋藥測定結(jié)果顯示：rhBMP-2/PLGA微球與rhBMP-2/PLGA微球

7、/纖維蛋白膠體外釋放均呈雙相，在微球組2h、8h、24h、2d釋放BMP量分別為3.65％、5.17％、8.95％、11.76％。隨后的3-42d呈持續(xù)緩慢釋放，42天釋放BMP量達到91.75％。在rhBMP-2/PLGA微球/纖維蛋白膠組2h、8h、24h釋放BMP量分別1.15％、1.75％、6.68％，2dBMP釋放量達到16.76％，隨后的3-42d也呈持續(xù)緩慢釋放，但釋放量均較BMP組少，42天釋放BMP量達到76.75％，

8、低于微球組(91.75％)。 3．堿性磷酸酶活性檢測結(jié)果顯示二組對 BMSC的ALP活性均有促進作用(P＜0.05)，并具有較強的異位誘導成骨能力。 4．結(jié)果：①X線檢查4周時骨折線模糊，8周骨折已基本消失，12周時骨折完全愈合，頭內(nèi)骨小梁清晰，密度正常，均無壞死表現(xiàn)，分別請放射科2位醫(yī)師單盲對比全部犬實驗側(cè)及對照側(cè)骨折愈合情況均認為實驗側(cè)優(yōu)于對照側(cè)。②從獲取標本的股骨頸斷面上觀察，實驗組較對照組愈合良好。③組織學觀察也

9、發(fā)現(xiàn)術(shù)后4、8、12周實驗側(cè)較對照側(cè)股骨頸修復過程快。④術(shù)后核素骨掃描檢查發(fā)現(xiàn)4周雙側(cè)股骨頭血供開始恢復，且實驗側(cè)股骨頭血供恢復及骨組織修復過程快。術(shù)后4，8周實驗側(cè)頭/干比值大于對照側(cè)，差異顯著(P＜0.01)，而對照側(cè)于12周出現(xiàn)最大值，此時對照側(cè)頭/干比值大于實驗側(cè)，差異顯著(P＜0.01)。 結(jié)論： 1．改良中空加壓螺釘可以保證股骨頸骨折的解剖復位和堅強內(nèi)固定，為中空加壓螺釘?shù)倪M一步優(yōu)化設(shè)計和醫(yī)療實踐提供了有力的

10、依據(jù)。 2．rhBMP-2/PLGA微球/纖維蛋白膠具有良好的緩釋效果并具有可注射性，既可以降低局部的酸環(huán)境，又可以在局部維持較高濃度，達到所期望的生物效應。 3．rhBMP-2/PLGA微球/纖維蛋白膠復合材料可以作為BMP的可注射性載體，具有良好的生物活性、安全性、可生物降解，釋放的BMP具有較強的異位誘導成骨能力。 4．改良中空加壓螺釘-BMP定向釋放系統(tǒng)的設(shè)計思路是可行的，該系統(tǒng)既能完成骨折端加壓，達到堅