高活性多孔磷鈣基載藥復(fù)合骨支架的制備及性能研究.pdf

1、每年有大量病人因骨產(chǎn)品的缺口而忍受著骨相關(guān)疾病困擾。自然骨有自我愈合的能力,但是骨缺損過大時不能自我愈合就需要進行手術(shù)移植,現(xiàn)在臨床治療手段包括主要自體骨和異體骨移植,但自體骨會造成新的創(chuàng)傷及感染,而異體骨存在著免疫排斥及疾病感染的風(fēng)險,因此人工骨支架得到了科研者的關(guān)注。理想的人工骨支架需要一定的孔隙率、力學(xué)性能和細(xì)胞附著性能,并且可以提供力學(xué)性能穩(wěn)定性確保骨移植后在缺損部位完成骨修復(fù)過程。本課題選擇磷鈣基材料制備骨支架,因為自然骨中的

2、無機成分主要為類骨磷酸鈣,此外磷酸鈣具有良好的成骨作用。首先對多相磷酸鈣合成和相形成條件進行了系統(tǒng)研究,選擇合適制備方法制備出具有良好力學(xué)性能和生物學(xué)性能的多孔磷鈣基支架,并對支架的物化性能和生物學(xué)性能進行了系統(tǒng)表征,最后對支架的成骨性能進行了評估,其主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:
　　1.通過濕化學(xué)方法合成的羥基磷灰石(HA)主要為針狀,而合成的磷酸三鈣(TCP)為無規(guī)則顆粒。常溫下主要為無定形態(tài),在800℃溫度以上煅燒后變?yōu)棣?TC

3、P。濕化學(xué)方法可以制備多相磷酸鈣,可通過pH值、鈣磷比和煅燒溫度控制多相磷酸鈣的相組成。煅燒溫度在600-800℃主要為缺鈣性磷灰石(CDA)相,在1200℃為多相。多相磷酸鈣在pH為6.5和10.5時,隨鈣磷比的增加結(jié)晶度呈增加趨勢,主要為HA和β-TCP兩相。pH在7.5-9.5之間,鈣磷比在1.55時,多相磷酸鈣除了HA和β-TCP相的存在外有CDA相存在;鈣磷比在1.60和1.75時,多相磷酸鈣具有較好的結(jié)晶度,存在三種以上的相

4、成分;鈣磷比在1.65和1.70時,多相磷酸鈣主要有HA和CDA相。多相磷酸鈣在未煅燒條件下主要針狀形貌,隨煅燒溫度增加,顆粒形貌發(fā)生變化,在600℃為棒狀,在800℃下為類橢圓狀,在1200℃下變?yōu)闊o規(guī)則相貌。
　　2.雙相磷酸鈣中HA/(HA+β-TCP)比值主要受反應(yīng)條件中pH值和鈣磷比影響。隨著pH值的增加,雙相磷酸鈣中的HA含量增加,反之,β-TCP含量降低。在相同pH值的條件下,鈣磷比為1.65時,雙相磷酸鈣中的HA含

5、量最高;鈣磷比接近1.65時,雙相磷酸鈣中的HA含量越高;偏離1.65時,雙相磷酸鈣中的HA含量越低。
　　3.采用乳化發(fā)泡法結(jié)合循環(huán)冷凍解凍方法制備BCP/PVA支架,可以通過PVA含量調(diào)節(jié)控制支架的孔徑尺寸(50-700μm)、孔隙率(73-87％)、力學(xué)性能(0.19-0.26MPa)、降解速率以及生物學(xué)性能。隨著PVA含量增加,BCP/PVA支架的孔隙率、力學(xué)性能、降解速率及細(xì)胞相容性呈現(xiàn)降低趨勢。當(dāng)PVA含量為30%,B

6、CP/PVA支架的孔徑尺寸在300-500μm之間,且壓縮強度最大。此外,BCP/PVA支架在模擬體液中pH變化幅度較小,保持在7.18-7.36之間。BCP/PVA支架對成骨細(xì)胞的繁殖沒有抑制作用,隨著PVA含量的降低,成骨細(xì)胞在支架表面的繁殖呈增加趨勢,且間充質(zhì)干細(xì)胞可以在PVA含量為30%的BCP/PVA支架上附著和繁殖。綜上所述,制備出的BCP/PVA支架可以滿足松質(zhì)骨組織工程的要求。
　　4.采用PU泡沫復(fù)制法可以制備孔

7、徑尺寸在300-700μm的孔連通結(jié)構(gòu)BCP支架,可通過選擇不同ppi的PU泡沫控制BCP支架的孔徑尺寸。采用HA/PLLA納米復(fù)合物對多孔BCP支架進行涂層,未改變支架的孔徑尺寸和孔連通結(jié)構(gòu),可以填補BCP支架孔壁的斷裂裂紋并在孔壁上形成高分子基纖維,以提高支架的力學(xué)性能。對BCP支架進行涂層后,孔隙率有所降低,仍保持在93%以上,但壓縮強度從0.31MPa提高到3.35-3.95MPa之間,可以滿足松質(zhì)骨壓縮強度(0.02-4MPa

8、)的要求。此外,對BCP支架涂層后,降低了支架在模擬體液中的降解速率,模擬體液的pH也沒有較大幅度變化,保持在6.8-7.4之間,在30天后保持在7.4左右。采用HA/PLLA納米復(fù)合物對多孔BCP支架進行多次涂層后減低了支架的孔隙率,但壓縮強度進一步得到了提高,隨涂層次數(shù)的增加,孔隙率呈降低趨勢,壓縮強度呈增加趨勢。通過MTT實驗表明,隨著涂層次數(shù)的增加,支架的細(xì)胞相容性呈增加后降低趨勢,其中HA/PLLA納米復(fù)合物三次涂層的BCP多

9、孔支架細(xì)胞相容性最好,對此組的支架進行肌肉植入實驗,通過HE染色分析,發(fā)現(xiàn)在前期出現(xiàn)炎癥細(xì)胞,隨著時間的增加,炎癥細(xì)胞消失,并出現(xiàn)了類骨磷灰石層和纖維組織層,表明支架具有良好的生物相容性。
　　5.在單倍模擬體液環(huán)境下,隨著仿生沉積時間增加,HA/PLLA納米復(fù)合物涂層BCP支架的失重比呈降低后又增加的趨勢,前期以支架降解為主,后期以磷酸鈣礦化物沉積為主。支架孔壁上首先有氯化鈉晶體出現(xiàn),后氯化鈉在SBF溶液中溶解,支架孔壁表面形成

10、納米級磷酸鈣礦化物顆粒,并伴隨有針狀礦化物的出現(xiàn);在沉積后期,在支架表面形成均勻的沉積物涂層。在過飽和模擬體液環(huán)境下,支架的仿生沉積速度得到了提高,磷酸鈣礦化物很快沉積在支架孔壁表面,隨著沉積時間的增加,在支架孔壁上的沉積物形貌變得均勻,和單倍SBF環(huán)境下較為相似。對仿生沉積改性后的支架經(jīng)過低溫冷凍處理,在-20℃下,支架在孔壁上形成了尺寸為3-5μm大小的微孔,磷酸鈣中的鈣離子被鎂和鉀離子置換,形成生物活性類骨磷灰石。
　　6.

11、通過雙乳液法制備出的線性PLGA-mPEG共聚物載藥微球尺寸在5-10μm,尺寸大小分布比較均勻。通過紫外分光光度計檢測分析,可以確定BSA和萬古霉素的標(biāo)準(zhǔn)曲線,對于BSA含量低于200mg/L時在221.6nm的擬合度較好,含量高于100mg/L時在278nm的擬合度較好;對于萬古霉素,在280nm吸光度有較好的擬合度?？梢酝ㄟ^控制共聚物的LA/GA摩爾比控制共聚物降解速率,并進一步控制共聚物載藥微球的釋放速率,并通過不同LA/GA摩

12、爾比的共聚物載兩種藥物實現(xiàn)兩種藥物在不同階段的控制釋放。此外,制備出的載藥微球可以良好地附著在HA/PLLA納米復(fù)合物涂層BCP多孔支架上。
　　7.對制備出的HA/PLLA納米復(fù)合物涂層BCP支架進行毒理性試驗分析,此類支架在毒性測試中未表現(xiàn)出明顯毒性性質(zhì),在急性毒性分級標(biāo)準(zhǔn)中為無毒性,符合國家醫(yī)療器械生物學(xué)評價標(biāo)準(zhǔn)。通過肌肉植入實驗,實驗動物在術(shù)后未出現(xiàn)活動異常,且支架在動物體內(nèi)隨著時間增加會形成類骨磷灰石層和纖維組織層,而對