計(jì)算機(jī)輔助構(gòu)建PCL-CS-HA仿生髁突復(fù)合支架的研究.pdf

1、研究背景及意義：
　　顳下頜關(guān)節(jié)出現(xiàn)病變將導(dǎo)致口腔頜面部咀嚼功能障礙、咬合錯亂、顏面畸形及嚴(yán)重鼾癥等病癥。流行病學(xué)調(diào)查顯示顳下頜關(guān)節(jié)紊亂綜合征的發(fā)病率甚至高達(dá)20％~25%，嚴(yán)重的可引起骨關(guān)節(jié)病變，造成髁狀突骨、軟骨破壞。此外，髁突腫瘤、外傷也常常造成髁突的缺損和破壞，甚至帶來髁突切除等損毀性后果。對于顳下頜關(guān)節(jié)骨性病變，臨床需要手術(shù)治療，利用自體骨組織移植進(jìn)行髁突重建與再造的臨床應(yīng)用多，但自體骨缺乏較好的外形，且增加供骨區(qū)損傷。

2、人工材料目前因力學(xué)韌性要求、降解周期及術(shù)后感染等問題而難以取得理想的方案。隨著新技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，顳下頜關(guān)節(jié)重建、髁突缺損、缺失的治療選擇也更趨于豐富和多樣化，新技術(shù)如：人工關(guān)節(jié)置換、牽引成骨、骨、軟骨組織工程等都受到廣泛的關(guān)注和應(yīng)用，但由于涉及到顳頜關(guān)節(jié)復(fù)雜的功能活動以及獨(dú)特的解剖形態(tài)，目前尚無髁狀突重建或修復(fù)方法能取得滿意的臨床效果。
　　研究目的：
　　計(jì)算機(jī)輔助構(gòu)建軟骨及軟骨下骨兩層移行區(qū)域的材料和孔隙率呈梯度變

3、化的一體化聚己酸內(nèi)酯（PCL）-殼聚糖（CS）-羥基磷灰石(HA)仿生復(fù)合支架，研究該支架的微觀結(jié)構(gòu)、孔隙率、力學(xué)性能、紅外、X線衍射等特性。并篩選出性能良好的復(fù)合支架進(jìn)行生物相容性實(shí)驗(yàn)評價。初步觀察該支架體內(nèi)誘導(dǎo)自身骨髓腔中骨髓細(xì)胞遷徙增殖，促進(jìn)髁突關(guān)節(jié)面軟骨缺損原位成骨的可行性。
　　研究內(nèi)容：
　　1、3D打印技術(shù)輔助髁突建模
　　材料和方法：選髁狀突發(fā)育正常的健康人，行螺旋CT平掃：連續(xù)無間隔、無重疊、螺旋方式

4、水平層厚0.625mm薄層掃描。掃描后數(shù)據(jù)傳入后處理工作站進(jìn)行處理,重建下頜骨髁突圖像，Dicom格式數(shù)據(jù)輸出，數(shù)據(jù)導(dǎo)入三維重建軟件中，重建三維圖像，獲得下頜骨髁突的負(fù)型模具文件，將文件數(shù)據(jù)輸入快速成型制作系統(tǒng)，3D打印負(fù)型模具。
　　結(jié)果：獲取CT數(shù)據(jù)、三維重建結(jié)合3D打印出的樹脂負(fù)型模具，色淡藍(lán)，半透明，質(zhì)地硬，外形呈長方體型，模具與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)一致。
　　2、PCL-CS/HA仿生髁突復(fù)合支架構(gòu)建
　　材料和方法：應(yīng)

5、用快速成形技術(shù)形成下頜骨髁突樹脂模具，利用溶液澆鑄-顆粒瀝方法制備下頜骨髁突一體化仿生PCL-CS/HA復(fù)合支架模型，研究該支架的微觀結(jié)構(gòu)、孔隙率、力學(xué)性能、紅外、X線衍射等特性。
　　結(jié)果：該支架與下頜骨髁突外型一致，外觀黃白色，堅(jiān)硬，分為髁突上層（軟骨部分）支架及髁突下層（軟骨下骨部分）支架兩部分。具備良好孔隙率和理化性能，紅外光譜顯示隨著HA的含量減少，其波峰強(qiáng)度也降低；隨著HA含量的增加，支架材料的結(jié)晶度相對降低；不同HA

6、百分比之間進(jìn)行對比，在HA含量為50%時具有較合適的抗拉伸強(qiáng)度及抗壓、抗彎強(qiáng)度。
　　3、PCL-CS/HA復(fù)合支架生物相容性實(shí)驗(yàn)評價
　　材料和方法：對經(jīng)實(shí)驗(yàn)二篩選出的復(fù)合支架按醫(yī)療器械生物學(xué)國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生物相容性評價。對HA在50%的含量PCL-CS/HA復(fù)合支架進(jìn)行急性全身毒性試驗(yàn)、熱源試驗(yàn)、溶血試驗(yàn)、和體內(nèi)植入實(shí)驗(yàn)，研究其生物相容性。
　　結(jié)果：在本試驗(yàn)條件下，HA在50%的含量PCL-CS/HA復(fù)合支架材料急

7、性全身毒性試驗(yàn)、溶血試驗(yàn)、熱原試驗(yàn)、結(jié)果均為陰性，HA在50%的含量PCL-CS/HA復(fù)合支架材料具有良好的生物安全性，對機(jī)體無毒,肌內(nèi)植入實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明復(fù)合支架對細(xì)胞有較強(qiáng)的親和作用，利于細(xì)胞的生長。
　　4、PCL-CS-HA/TGF-β1復(fù)合支架修復(fù)兔髁狀突軟骨缺損的初步觀察
　　材料和方法：采用前期實(shí)驗(yàn)制作的PCL-CS-HA復(fù)合支架材料作為TGF-β1的載體，進(jìn)行PCL-CS-HA/TGF-β1復(fù)合支架制備。將PCL

8、-CS-HA/TGF-β1復(fù)合支架植入動物顳下頜關(guān)節(jié)骨、軟骨缺損模型內(nèi)，觀察其成軟骨情況，探討其在髁突組織工程中的應(yīng)用。
　　結(jié)果：實(shí)驗(yàn)顯示PCL-CS-HA/TGF-β1復(fù)合支架植入兔髁突缺損區(qū)6周后、12周后缺損軟骨組織得到不同程度修復(fù)。結(jié)果表明，應(yīng)用PCL-CS-HA/TGF-β1復(fù)合支架能促進(jìn)兔髁突軟骨缺損的修復(fù)，效果優(yōu)于空白組，實(shí)驗(yàn)僅對支架修復(fù)兔髁突骨軟骨缺損進(jìn)行了單一樣本的初步觀察，PCL-CS-HA/TGF-β1復(fù)合

9、支架對兔髁突骨軟骨缺損修復(fù)的具體效果還需要進(jìn)一步研究。
　　研究結(jié)論：
　　本研究采用溶液澆鑄-顆粒瀝法（鹽粒）取得的一體化仿生PCL-CS-HA髁突復(fù)合支架具有良好孔隙率和理化性能，孔隙大小從基底層50μm往上逐漸遞增，最上層部分孔隙大小在200-300μm。這種無邊界設(shè)計(jì)方式使軟骨及下骨兩層移行區(qū)域的材料和孔隙率相互滲透，呈梯度變化,避免了因材料受外力或特殊情況下出現(xiàn)的裂隙和分離，使骨、軟骨兩層支架間結(jié)合緊密。PCL-C