自凝固磷酸鈣-纖維蛋白協(xié)同誘導(dǎo)成骨機(jī)制的研究及成骨材料的研制.pdf

1、尋找理想的生物填充材料來治療和修復(fù)大段骨缺損,一直是骨科臨床醫(yī)生和材料學(xué)者共同努力的目標(biāo)。理想的生物填充材料應(yīng)該具備以下特點:1具有良好的生物相容性,該材料在體內(nèi)沒有細(xì)胞毒性和明顯的炎性反應(yīng)。2可吸收、可降解,且材料的降解速度與骨再生的速度相適應(yīng)。3有良好的機(jī)械強(qiáng)度。4常溫下易加工。5有合適的孔徑和孔隙率,使得細(xì)胞能夠長入等。自固化磷酸鈣骨水泥(CPC)由于其良好的生物相容性、良好的骨傳導(dǎo)和骨誘導(dǎo)作用而被材料學(xué)者所關(guān)注,然而,CPC因其

2、脆性較強(qiáng),無法應(yīng)用于受力部位的骨缺損的修復(fù)和治療。因此,改良和提高CPC的生物力學(xué)性狀同時又保持其良好的促進(jìn)骨再生的能力,也成為廣大學(xué)者研究的熱點。在CPC中引入不同的物質(zhì)在某種程度上解決了CPC力學(xué)性狀差的現(xiàn)象,生物蛋白膠(FS)是臨床上應(yīng)用廣泛的一種生物粘合劑,對創(chuàng)傷止血、組織粘連以及促進(jìn)組織再生方面有良好的作用。生物蛋白膠的引入是否能改良CPC的脆性,同時和周圍骨組織又具有良好的生物相容性,且能刺激周圍骨組織再生,仍需要進(jìn)一步的研

3、究探索。本研究旨在探尋復(fù)合材料CPC/FG的成骨效應(yīng)以及尋求兩者的最佳配比濃度。
　　1、不同配比濃度的復(fù)合材料CPC/FG材料性狀的研究以及對成骨細(xì)胞生物學(xué)行為的影響
　　本實驗擬通過構(gòu)建不同配比的納微米復(fù)合材料CPC/FG,探索不同配比復(fù)合材料的材料學(xué)特性,繼而通過細(xì)胞學(xué)等技術(shù)和方法,研究CPC/FG誘導(dǎo)成骨的細(xì)胞學(xué)依據(jù)。
　　本實驗擬通過對配比濃度為1:1、3:1、5:1(ml/g)的CPC/FG進(jìn)行初凝和終凝時

4、間的測定、電鏡掃描以及體外生物力學(xué)測試,單純的CPC作為實驗對照組,來判斷不同配比濃度的CPC/FG在材料學(xué)性能上的差異。以及通過研究成骨細(xì)胞在不同配比濃度的材料表面的黏附、增殖以及功能表達(dá),評價不同材料在骨與材料界面的體外模型中促進(jìn)成骨能力上的差異。初凝和終凝時間的測定結(jié)果(min):1:1、3:1、5:1組的初凝時間分別為20.41±1.21、15.37±1.1、8.33±0.62;終凝時間分別為24.33±1.36、17.26±1

5、.04、9.63±0.79,均能滿足臨床需要。從電鏡掃描結(jié)果可以發(fā)現(xiàn),CPC/FG的表面較單純的CPC組致密而光滑,孔徑也隨著FG濃度的增加而降低,單純的CPC表面顆粒直徑懸殊較大,且有較大的孔洞存在。體外生物力學(xué)測試發(fā)現(xiàn),任意配比濃度的CPC/FG,其壓縮強(qiáng)度和彈性模量均較單純的CPC組有顯著的提高(p<0.05),有效的提高和改善了CPC的機(jī)械性能。在體外細(xì)胞學(xué)實驗中,成骨細(xì)胞貼附1h、2h后,四組細(xì)胞貼附數(shù)量無統(tǒng)計學(xué)差異,但細(xì)胞均

6、完全展開且細(xì)胞骨架清晰可見,且均較完全空白對照組高(p<0.05)。細(xì)胞增殖1d、3d、7d后,四組材料增殖能力以及ALP(堿性磷酸酶活性)無明顯差異,但均較完全空白對照組高(p<0.05)。由此可見,CPC中引入FG,提高了CPC的材料學(xué)性能,同時在體外細(xì)胞培養(yǎng)中也表現(xiàn)出良好的相容性。
　　2、不同配比濃度的復(fù)合材料CPC/FG在兔子體內(nèi)促進(jìn)骨組織再生的對比研究
　　為了研究CPC/FG在體內(nèi)的成骨效應(yīng)以及在體內(nèi)促進(jìn)骨組織

7、再生的最佳配比濃度,該實驗將配比濃度為1:1、3:1、5:1(ml/g)的CPC/FG模塊分別植入新西蘭大白兔的股骨髁部缺損中,單純的CPC作為實驗對照組,在術(shù)后4周、8周和12周進(jìn)行micro-CT掃描、體內(nèi)生物力學(xué)檢測和組織學(xué)染色來判斷刺激骨組織再生的最佳配比濃度。Micro-CT掃描結(jié)果顯示,CPC/FG配比濃度為1:1時在體內(nèi)代謝速度最快,成骨效果最佳。RMVF在配比濃度為1:1時,其數(shù)值為四組中最低(p<0.05),術(shù)后4周為

8、87.01±1.96％,8周為76.90±2.34%,12周為63.21±2.89%。BV/TV在術(shù)后4周、8周以及12周分別達(dá)到1.45±0.42%,7.35±1.45%,和29.10±1.67%,均為四組中最高(p<0.05)。體內(nèi)生物力學(xué)測試中,任意配比濃度的CPC/FG,其壓縮強(qiáng)度和彈性模量均較單純的CPC組有顯著的提高(p<0.05),且CPC/FG配比濃度為1:1時,其機(jī)械性能最接近體內(nèi)松質(zhì)骨。組織學(xué)V-G染色在形態(tài)學(xué)上更直

9、接的反應(yīng)出CPC/FG配比濃度為1:1時在體內(nèi)新生骨的成骨量最佳。術(shù)后12周,1:1組可見材料周邊和中心部位被大量的骨組織所替代,且為成熟的骨小梁結(jié)構(gòu)。由此可見,CPC/FG在配比濃度為1:1(ml/g)時,在體內(nèi)促進(jìn)骨組織再生方面,無論是機(jī)械性能還是生物學(xué)性能效果最佳。
　　3、模塊型CPC/FG和注射型CPC/FG在兔子體內(nèi)促進(jìn)骨組織再生能力的對比研究
　　生物材料的制備方法不同,往往會致其有不同的超微結(jié)構(gòu),從而影響其機(jī)

10、械性能和生物學(xué)性能。本實驗擬通過對配比濃度為1:1(ml/g)的模塊型CPC/FG和注射型CPC/FG在新西蘭大白兔的股骨髁部缺損模型中刺激骨再生能力的對比,來尋找較優(yōu)的材料制備方法。該實驗同樣用micro-CT掃描、體內(nèi)生物力學(xué)檢測和組織學(xué)染色的方法在術(shù)后6周和12周取材檢測。Micro-CT掃描結(jié)果顯示,注射型CPC/FG組體內(nèi)降解速度較快,成骨能力較強(qiáng)。改組RMVF在術(shù)后6周和12周都低于模塊型CPC/FG(p<0.05),分別為

11、70.63±2.38%和58.39±4.09%。改組BV/TV則較高(p<0.05),分別為10.56±0.83%和39.73±4.47%。體內(nèi)生物力學(xué)結(jié)果表明注射型CPC/FG的壓縮強(qiáng)度和彈性模量在術(shù)后都較穩(wěn)定,于周圍松質(zhì)骨形成較平衡的力學(xué)組合。該實驗的組織學(xué)V-G染色支持micro-CT的數(shù)據(jù),可見注射型CPC/FG在術(shù)后12周,材料被大量的網(wǎng)狀骨小梁結(jié)構(gòu)所替代,材料大量降解,殘存的少量材料存在于骨組織網(wǎng)狀空隙中間,材料和骨的生物相