可注射生物玻璃-磷酸鈣骨水泥復(fù)合生物材料的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、我國50歲以上人群中有骨質(zhì)疏松(Osteoporosis,OP)患者近7000萬,每年新發(fā)脊柱壓縮骨折約181萬例。微創(chuàng)椎體成形術(shù)(Vertebroplasty,VP)或球囊擴(kuò)張椎體后凸成形術(shù)(Balloon kphoplasty, BKP)是脊柱壓縮骨折(Vertebral compression fractures, VCF)的主要外科治療手段。VP或 BKP中所采用的材料大多數(shù)為聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacr

2、ylate, PMMA)。該材料存在明顯缺陷:不可吸收、無生物活性(骨傳導(dǎo)、誘導(dǎo)作用等),固化過程中發(fā)熱明顯等。因此,尋找一種能夠具有良好流動(dòng)性、骨傳導(dǎo)、骨誘導(dǎo)作用,兼具良好的力學(xué)支撐性能及一定降解率的骨修復(fù)材料已經(jīng)成為骨科亟待解決的難題。
　　磷酸鈣骨水泥(Calcium phosphate cement, CPC)因其自固化,無類似PMMA的產(chǎn)熱效應(yīng),可任意塑形,良好的生物相容性、骨傳導(dǎo)性及可降解被新生骨替代等特點(diǎn),具有廣闊的

3、臨床應(yīng)用價(jià)值。然而,CPC在體內(nèi)降解緩慢。另外,在一些供血不足區(qū)域及伴代謝紊亂的老年病患中,CPC的骨傳導(dǎo)作用并不足以達(dá)到完全的骨修復(fù)效果,因此賦予CPC更高的傳導(dǎo)性或誘導(dǎo)性可進(jìn)一步改善其生物學(xué)性能。
　　生物玻璃(Bioactive glass, BG)由于其良好的生物活性和生物相容性倍受關(guān)注,生物玻璃與軟組織或骨之間存在密切的離子交換,可直接參與人體骨組織的代謝和修復(fù)過程,最終可在材料表面形成與人體骨相同的無機(jī)礦物成分——碳酸

4、羥基磷灰石,誘導(dǎo)新生骨組織的生長。將其作為可注射型材料組成成分與CPC復(fù)合應(yīng)用于椎體成形或球囊成形術(shù)及不規(guī)則骨缺損如口腔及顱面部等處的骨缺損填充修復(fù)的研究鮮見文獻(xiàn)報(bào)道。
　　目的:
　　優(yōu)選最佳的CPC與BG材料復(fù)合比,研發(fā)出一種體內(nèi)可吸收、具有良好生物相容性及成骨活性的新型可注射生物復(fù)合材料。
　　方法:
　　1.將CPC與BG以不同質(zhì)量比混合后,比較其固化時(shí)間及可注射性能,篩選出合適的材料復(fù)合比;
　　

5、2.將CPC與BG以選定的材料復(fù)合比及固液比混合后,分析其組成成分,微觀結(jié)構(gòu),固化時(shí)間,可注射性能,力學(xué)強(qiáng)度及體外生物活性特性和降解性等材料學(xué)特性;
　　3.將大鼠成骨細(xì)胞(osteoblasts,OB)接種于材料試件表面,觀察OB在試件表面粘附、增殖和分化能力;
　　4.將CPC-BG復(fù)合生物材料植入新西蘭白兔體內(nèi)4,12周后,行大體、顯微CT(Micro-computed tomography,Micro-CT)分析和組

6、織學(xué)觀察。
　　結(jié)果:
　　1.隨著BG加入的比例增加(10％,20%,30%,40%),CPC-BG復(fù)合生物材料的固化時(shí)間延長,可注射性能提高。較單純 CPC,CPC-BG組固化時(shí)間延長(21min到44min),同時(shí)可注射性能顯著提高(P<0.05);
　　2. CPC-BG復(fù)合生物材料的材料學(xué)研究中,X射線衍射分析(X-ray diffraction,XRD)結(jié)果顯示CPC及CPC-BG復(fù)合生物材料組主要的衍射峰

7、為沉積的羥基磷灰石(Hydroxyapatite, HAp),隨著BG含量從10%升至20%,可出現(xiàn)Ca2SiO4及 Ca3SiO5衍射峰,電鏡觀察發(fā)現(xiàn)加入BG后,材料結(jié)構(gòu)更緊密。力學(xué)性能方面,固化1天及7天后的材料CPC+20%BG組明顯高于單純CPC組(P<0.05)。體外生物活性實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn),浸泡模擬體液(Simulated body fluid,SBF)后,CPC-BG組表面HA沉積量明顯多于CPC。能譜結(jié)果(Energy di

8、spersive spectroscopy,EDS)表明,CPC-BG復(fù)合材料表面沉積的HA主要由Ca, P及Si組成,而CPC僅含Ca及P元素。體外降解實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),加入BG后可提高材料降解性;
　　3.細(xì)胞學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,加入 BG后,可提高成骨細(xì)胞的粘附,增殖及分化。MTT結(jié)果顯示,8h后,CPC-BG復(fù)合材料組與單純CPC組有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05)。隨著時(shí)間的延長,細(xì)胞進(jìn)一步增殖,在1d,4d及7d時(shí)MTT結(jié)果顯示,CPC

9、-BG組優(yōu)于CPC組,其中在4d及7d時(shí),CPC-BG組與CPC組有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05)。堿性磷酸酶活性(Alkaline phosphatase,ALP)檢測發(fā)現(xiàn),7d時(shí),CPC-BG組與CPC組有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05);
　　4.新西蘭白兔體內(nèi)植入實(shí)驗(yàn)中,大體,Micro-CT和組織學(xué)檢測顯示,在4周和12周,所有材料組的體內(nèi)降解率和新生骨生成量隨著時(shí)間的延長而增加,其中CPC-BG組材料的體內(nèi)降解率和新生骨生成量均

10、明顯高于CPC組(P<0.05)。
　　結(jié)論:
　　1.CPC-BG(10%,20%)復(fù)合生物材料的固化時(shí)間及可注射性符合外科手術(shù)要求,隨著 BG的增加,復(fù)合生物材料的成分、微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變,可注射性,力學(xué)性能進(jìn)一步提高,同時(shí),體外生物活性及降解率也有了明顯的改善;
　　2.將BG引入CPC中,有利于成骨細(xì)胞的粘附、增殖和分化;
　　3.CPC-BG復(fù)合生物材料具有優(yōu)秀的生物相容性,更高的生物活性、體內(nèi)降解率和