支架內部結構對多孔生物陶瓷人工骨體內血管化的影響.pdf

1、骨移植后骨修復的基本過程是組織工程骨血管化、骨再生及骨端融合，而組織工程骨的血管化是關鍵環(huán)節(jié)，不僅為組織的生長提供了營養(yǎng)物質，而且對骨再生尤其是大段骨缺損的修復過程中細胞的活性和遷移起到了關鍵作用。血管化是骨組織工程研究的“瓶頸”，研究在很大程度上受制于移植物缺乏血液供應而導致細胞營養(yǎng)障礙，因此，骨移植材料的再血管化是丞待解決的問題。 對于組織工程骨的血管化研究，大多實驗以復合細胞和細胞因子及利用外科手術技術來促進移植材料的血管

2、化進程。但有研究表明,即使在富含有細胞及骨誘導因子的自體松質骨,其移植后對成骨和愈合發(fā)生關鍵影響的仍是其作為疏松多孔體能夠快速發(fā)生血管化這一因素。作為組織工程化人工骨支架的骨替代材料,具備這種類似的多孔框架結構而發(fā)生快速血管化,建立與宿主機體一體化的骨修復、再生機制,可能將成為決定移植后效應的最重要因素。尋找影響血管化的結構因素，測定最佳的結構參數(shù)是探索支架材料血管化的最優(yōu)結構的研究重點，目前，有關這方面的的研究甚少，并缺乏具體的定量結

3、果，同時，以往研究制作的材料結構不規(guī)則，孔隙大小不均一，連通徑小，使實驗結果有一定的局限性，導致得出的結論并不一致。因此，本研究的目的是要探討支架結構對骨移植材料血管化的影響機制，尋找有利于血管化的最優(yōu)結構，并通過研究得出具體的結構參數(shù)。研究選用一種結構可控性多孔磷酸三鈣生物陶瓷作為研究對象，該材料具有獨特的球形孔隙，孔壁光滑，孔隙連通率100％，且孔隙和孔隙間連通結構均較一致，并可根據(jù)需要改變材料孔隙和連通徑大小。 本課題分兩

4、部分進行，第一部分首先從大體結構考慮，將具有規(guī)則孔隙結構和較高連通率的多孔β-TCP 生物陶瓷圓片體與相同重量的β-TCP 顆粒植入兔腰背筋膜下，比較兩種三維結構體內血管化的優(yōu)劣，尋找影響血管化的結構因素。植入后1 周、2 周、4 周、8 周對材料進行組織學觀察、同位素骨掃描及掃描電鏡等檢查，結果證明：多孔β-TCP 生物陶瓷圓片體內血管化進程較快，術后4 周，人工骨材料內全層出現(xiàn)新生血管，血管數(shù)量多，管腔較大，且較為成熟。而顆粒狀材料

5、血管化進程緩慢，血管數(shù)較少，管腔小，結構差。4 周時，仍以發(fā)育幼稚的毛細血管為主。分析后認為良好規(guī)則的孔隙結構和較大的孔隙連通徑和連通率更有利于血管的形成，而植入的β-TCP顆粒相互接觸，顆粒之間存在很多不規(guī)則的自然孔隙，部分孔隙連通通道狹小，走行不規(guī)則，一些相鄰孔隙因顆粒接觸致密，出現(xiàn)連接盲區(qū)。這些狹小的間隙不利于血管的長入，尤其是大血管的形成。而出現(xiàn)的連接盲區(qū)也無法使毛細血管貫穿幾個孔隙，并連接成網(wǎng)。由此看出，孔徑和連通徑是制約材料

6、血管化的主要結構因素，這一結果是對以往研究結果的具體化。 第二部分實驗，基于第一部分實驗結果，選用了孔徑和連通徑不同的8 種微觀結構的人工骨材料，目的是研究有利于β-TCP 人工骨的體內血管化的最佳孔徑和連通徑，得出影響支架血管化的具體結構參數(shù)，探索結構對血管化方式的影響機制。本實驗將具有不同孔徑和連通徑的8 種結構的材料植入到與實驗一相同的動物模型，植入后1 周、2 周、4 周、8 周取材，并采用與實驗一相同的觀測指標和觀察方

7、法。結果發(fā)現(xiàn)，不同的孔徑和連通徑的材料體內血管化程度不同，具有較大孔徑和連通徑的材料血管化也較好。具體的說，在大孔徑材料中，大管徑的血管數(shù)量較多，在連通徑較大的材料中，血管數(shù)量較多，而且管腔較連通徑小的材料大。同位素骨掃描的結果也證明了這一結論。更有趣的是，孔徑400～500μｍ,連通徑120μｍ的材料表現(xiàn)出更為良好的血管化效應，不僅血管數(shù)量多，大管腔血管所占比例也較大?？梢姡讖胶涂紫哆B通徑的大小影響著材料體內血管化的程度，具體表現(xiàn)在

8、，孔間連通徑是新生血管數(shù)量的制約因素，材料內部孔隙和孔連通徑大小共同制約著血管管腔的大小，孔隙間連通是血管進出的門戶，而孔隙則是血管管腔發(fā)育成熟的場所，大的孔隙可以為管腔的發(fā)育提供更大的空間。而孔內連通率高，連通徑大的材料更有利于血管交聯(lián)成網(wǎng)，形成血管數(shù)量較多。同時，材料的這兩個結構參數(shù)只有在一個合適的比例下才會表現(xiàn)出更佳的血管化作用。本實驗的設計思路和所選用的支架材料在結構上的變化，是以往研究所沒有的，具有一定的創(chuàng)新性。另外，本實驗也