胸壁缺損生物修復材料的制備與實驗研究.pdf

1、胸壁腫瘤、胸部感染、放射性骨壞死的廣泛切除及胸部外傷均可造成胸壁缺損。在胸壁切除與胸壁重建的處理中,最重要的是閉合大塊胸壁缺損。重建胸壁缺損的材料分為自體組織、同種異體組織和人工材料。人工材料對胸壁的骨性支持較好,而且簡化手術(shù)操作過程,縮短手術(shù)時間,減少手術(shù)創(chuàng)傷。因此臨床上對于大塊胸壁缺損的骨性重建傾向于使用人工材料修補。許多人工材料曾被嘗試應用于胸壁重建,但到目前為止尚無完全理想的胸壁重建材料。目前臨床上使用的材料仍然存在各種問題。近

2、年來隨著組織工程的發(fā)展,可降解高分子材料在修復重建外科中的應用成為研究的熱點。大量實驗和臨床研究表明生物可降解材料與傳統(tǒng)材料相比具有更好的生物相容性、更合適的降解速度,更利于細胞貼附生長等優(yōu)點。我們與上海交通大學材料科學與工程學院合作,研究設(shè)計了可降解蠶絲纖維增強聚已內(nèi)酯多孔復合材料,對該材料作為胸壁缺損修復材料的可行性進行了一系列的研究。 研究目的： (1)研究胸壁修復材料的結(jié)構(gòu)特性和理化性能,通過材料的復合成型技術(shù)制

3、備合適的胸壁缺損修復支架； (2)按照醫(yī)療器械生物學評價標準,研究胸壁修復材料的生物相容性,并對其生物安全性進行綜合評價； (3)通過體內(nèi)外降解試驗,綜合評價可降解胸壁修復材料在降解吸收過程中,其物理化學性能變化以及機體對材料的組織反應情況； (4)運用組織工程學原理培養(yǎng)誘導骨髓間充質(zhì)干細胞,以胸壁修復材料作為支架載體,觀察BMSCs細胞在支架載體上的粘附、增殖和分化情況,研究材料與細胞之間的相互作用與適應性。

4、 研究內(nèi)容與方法： 第一部分：胸壁修復材料的選材與設(shè)計制備 篩選出具有良好生物相容性、可降解性和良好韌性的聚己內(nèi)酯(PCL)作為胸壁修復材料的基體材料,用蠶絲纖維作增強劑,采用熔融共混法制備蠶絲纖維增強聚已內(nèi)酯多孔復合材料,并對其力學性能、微觀結(jié)構(gòu)進行了研究,選出最佳纖維含量和孔徑大小,制備成樣。 第二部分：胸壁修復材料的生物學評價 按照醫(yī)療器械生物學評價標準ISO10993-1992和GB/T16

5、886-1997標準和要求對胸壁修復材料進行了體內(nèi)外生物安全性試驗研究,包括細胞毒性試驗、急性全身毒性試驗、溶血試驗、熱源試驗、皮膚致敏試驗,旨在對該材料進行有效的細胞毒理學分析和生物相容性評價。 第三部分：胸壁修復材料的體內(nèi)外降解試驗通 過體外降解試驗,動態(tài)觀察可降解胸壁修復材料在降解過程中,其降解液PH值、吸水率、重量損失率等變化；通過體內(nèi)降解試驗,觀察材料在機體內(nèi)吸收過程中,表觀和微觀結(jié)構(gòu)的變化、生物吸收率以及機體

6、對材料的組織反應情況。 第四部分:BMSCs細胞培養(yǎng)分化以及結(jié)合胸壁修復材料支架的實驗研究 將犬BMSCs細胞接種于完全培養(yǎng)基,置于細胞培養(yǎng)箱中培養(yǎng),傳代后改用含地塞米松、β-甘油磷酸鈉和維生素C的條件培養(yǎng)基培養(yǎng),觀察細胞的生長、增殖情況,行細胞計數(shù),繪制生長曲線,并行細胞堿性磷酸酶(ALP)染色,礦化結(jié)節(jié)Von-kossa染色及茜素紅染色。然后將BMSCs細胞高密度接種于胸壁修復支架上,體外培養(yǎng),行MTT細胞增殖測定和

7、堿性磷酸酶測定,并用掃描電鏡觀察細胞在支架上的生長、增殖情況。 研究結(jié)果： 第一部分：蠶絲纖維增強PCL多孔復合材料保持了純PCL的自身優(yōu)點,通過200-300μm直徑的多孔結(jié)構(gòu)提高了材料的降解速率,通過纖維增強來提高材料的力學性能。制備出的材料既有合適的降解速率,又不易發(fā)生形變斷裂,較以往傳統(tǒng)胸壁修復材料有很大的優(yōu)越性。 第二部分：純PCL及蠶絲纖維增強PCL多孔復合材料無明顯細胞毒性,對細胞形態(tài)和增殖不構(gòu)成損

8、害,材料不產(chǎn)生全身毒性反應和溶血反應,熱原含量符合生物體的要求,不存在潛在致敏性物質(zhì),具有良好的細胞相容性、血液相容性、組織相容性和使用安全性。 第三部分：體內(nèi)外降解試驗表明蠶絲纖維增強PCL多孔復合材料降解速度快于純PCL,體內(nèi)降解速度快于體外降解,植入體內(nèi)未見組織變性、壞死或異常增生現(xiàn)象。蠶絲纖維增強PCL多孔復合材料在保持組織相容性好,可塑性強等優(yōu)點的基礎(chǔ)上,加快了降解速度,改善材料局部PH值和周圍微環(huán)境,有利于組織細胞的

9、生長和修復。第四部分:BMSCs細胞生長旺盛,傳代順利,經(jīng)條件培養(yǎng)液誘導后堿性磷酸酶(ALP)染色,Von-kossa染色及茜素紅染色均呈陽性,成功分化為成骨細胞。細胞和支架復合培養(yǎng)過程中,細胞順利貼附于支架,表現(xiàn)出良好的相容性、黏附性,增殖活躍,表明蠶絲纖維增強PCL多孔復合材料與細胞具有良好的協(xié)同性,利于細胞貼附增生。 實驗結(jié)論： 蠶絲纖維增強聚己內(nèi)酯多孔復合材料具有適宜的力學強度,易塑形,能夠?qū)π乇谔峁┯行У闹巫?/p>