可降解金屬鎂合金對成骨細(xì)胞功能影響及體內(nèi)成骨作用的實驗研究.pdf

1、目的:本課題以可降解金屬Mg-Nd-Zn-Zr合金為研究對象，探討Mg-Nd-Zn-Zr合金在模擬體液中的降解行為;在此基礎(chǔ)上，探討Mg-Nd-Zn-Zr合金對成骨細(xì)胞功能的影響及體內(nèi)成骨作用;最后，對Mg-Nd-Zn-Zr合金進(jìn)行鈣磷涂層表面處理，探討其對鎂合金降解行為及生物相容性的影響，旨在為Mg-Nd-Zn-Zr合金的臨床應(yīng)用提供實驗依據(jù)。
　　方法:(1)鎂合金降解行為的測試:采用靜態(tài)浸泡實驗和電化學(xué)腐蝕實驗測定Mg-Nd

2、-Zn-Zr合金體外降解速率及腐蝕電位;通過掃描電鏡及能譜分析方法分析Mg-Nd-Zn-Zr合金腐蝕形貌及腐蝕產(chǎn)物，研究Mg-Nd-Zn-Zr合金在模擬體液中的降解行為。(2)鎂合金對成骨細(xì)胞功能的影響:首先通過細(xì)胞毒性實驗及細(xì)胞凋亡實驗，分析Mg-Nd-Zn-Zr合金的生物安全性;然后將MC3T3-E1細(xì)胞與Mg-Nd-Zn-Zr合金共同培養(yǎng)，觀察其對MC3T3-E1細(xì)胞黏附（吖啶橙染色計數(shù)及掃描電鏡分析）、增殖(MTT實驗)、礦化（

3、鈣結(jié)節(jié)四環(huán)素染色）及骨相關(guān)基因mRNA表達(dá)（RT-PCR方法）的影響，分析其對成骨細(xì)胞的生物功能性。(3)鎂合金體內(nèi)成骨作用的研究:將Mg-Nd-Zn-Zr合金與鈦合金（對照組）接骨板植入新西蘭兔脛骨，通過血液生化檢測、X攝線片及重要臟器病理學(xué)檢查，研究Mg-Nd-Zn-Zr合金體內(nèi)生物安全性;然后，通過分析局部骨痂的形成及免疫組化檢測，研究Mg-Nd-Zn-Zr合金體內(nèi)成骨作用。(4)鈣磷涂層對鎂合金降解行為及生物相容性的影響:采用靜

4、態(tài)浸泡實驗測定鈣磷涂層Mg-Nd-Zn-Zr合金體外降解速率;采用細(xì)胞毒性實驗、溶血實驗及動物體內(nèi)植入實驗分析鈣磷涂層Mg-Nd-Zn-Zr合金體內(nèi)、體外的生物相容性。
　　結(jié)果:(1)鎂合金降解行為的測試:靜態(tài)浸泡實驗顯示Mg-Nd-Zn-Zr合金在各時間點的降解速率均比純鎂慢;電化學(xué)腐蝕實驗顯示Mg-Nd-Zn-Zr合金腐蝕電位比純鎂高，腐蝕電流比純鎂低，表明Mg-Nd-Zn-Zr合金比純鎂更耐腐蝕;模擬體液中浸泡30天后Mg

5、-Nd-Zn-Zr合金表面腐蝕坑比純鎂表面腐蝕坑的體積更小，分布更均勻。(2)鎂合金對成骨細(xì)胞功能的影響:Mg-Nd-Zn-Zr合金無細(xì)胞毒性。MC3T3-E1細(xì)胞與Mg-Nd-Zn-Zr合金共同培養(yǎng)12和24小時后，黏附于Mg-Nd-Zn-Zr合金表面的細(xì)胞數(shù)量比黏附于純鎂表面的細(xì)胞數(shù)量顯著增加(P＜0.05);培養(yǎng)第4和7天后，Mg-Nd-Zn-Zr合金表面的細(xì)胞數(shù)量（OD值）明顯高于純鎂(P＜0.05);培養(yǎng)21天后，Mg-Nd-

6、Zn-Zr合金表面礦化結(jié)節(jié)數(shù)量及面積均明顯大于純鎂(P＜0.05)。Mg-Nd-Zn-Zr合金表面MC3T3-E1細(xì)胞骨相關(guān)基因Cbfa1、OPN和Col-ⅠmRNA呈時序性表達(dá)，且Mg-Nd-Zn-Zr合金表面MC3T3-E1細(xì)胞骨相關(guān)基因Cbfa1、OPN和Col-ⅠmRNA表達(dá)量比純鎂明顯增加（P＜0.05）。(3)鎂合金體內(nèi)成骨作用的研究:Mg-Nd-Zn-Zr合金在新西蘭兔體內(nèi)降解后對血液生化無明顯影響，心、肝及腎組織學(xué)上無異

7、常改變;X射線片顯示Mg-Nd-Zn-Zr合金組比鈦合金組骨痂形成更明顯;免疫組化結(jié)果顯示Mg-Nd-Zn-Zr合金組局部骨痂中BMP-2的表達(dá)比鈦合金組更為明顯。(4)鈣磷涂層對鎂合金降解行為及生物相容性的影響:體外降解實驗結(jié)果顯示鈣磷涂層Mg-Nd-Zn-Zr合金在各時間點的降解速率均比Mg-Nd-Zn-Zr合金慢。鈣磷涂層Mg-Nd-Zn-Zr合金無細(xì)胞毒性;溶血率為4.8％。鈣磷涂層Mg-Nd-Zn-Zr合金在新西蘭兔體內(nèi)降解后

8、對血液生化無明顯影響，心、肝及腎組織學(xué)上無異常改變。
　　結(jié)論:(1)添加合金元素釹、鋅和鋯，提高了鎂合金的腐蝕電位，降低了鎂合金的降解速率，改善了鎂合金的耐腐蝕性能。(2)Mg-Nd-Zn-Zr合金無細(xì)胞毒性，具有良好的生物安全性;能促進(jìn)成骨細(xì)胞的黏附、增殖、礦化及骨相關(guān)基因Cbfa1、OPN和Col-ⅠmRNA的表達(dá)，具有良好的生物功能性。(3)Mg-Nd-Zn-Zr合金在新西蘭兔體內(nèi)具有良好的生物安全性;降解過程中可促進(jìn)周圍