新型表面修飾化聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)人工韌帶的研制.pdf

1、前交叉韌帶(anterior cruciate ligament，ACL)損傷是最常見的運(yùn)動(dòng)損傷之一，有三種移植物可供ACL重建選擇，分別自體肌腱、異體肌腱以及人工韌帶。由于自體肌腱會(huì)有移植物供區(qū)缺損、術(shù)后疼痛等并發(fā)癥，異體肌腱會(huì)有疾病傳播，免疫排斥風(fēng)險(xiǎn)和不同國(guó)家法律對(duì)移植物使用的限制等，而人工韌帶沒有這些缺點(diǎn)，因此有一部分患者選擇人工韌帶。目前在國(guó)際及國(guó)內(nèi)比較流行的人工韌帶是法國(guó)的LARS人工韌帶(Ligament Advanced

2、Reinforcement System：Surgical Implants and Devices，Arc-sur-Tille，F(xiàn)rance)。2010年，我科報(bào)道LARS人工韌帶植入術(shù)后3～5年的一個(gè)多中心研究，結(jié)果顯示93％以上的患者得到了滿意的效果，功能恢復(fù)，另外仍有7％的失敗率，包括擠壓螺釘松動(dòng)、移植物骨愈合不佳、韌帶斷裂和滑膜炎等。
　　 本課題首先對(duì)人工韌帶植入術(shù)后5～7年的部分病例進(jìn)行隨訪，調(diào)查并分析存在的問(wèn)題，

3、然后針對(duì)目前人工韌帶移植物骨愈合不佳以及韌帶化差等問(wèn)題，進(jìn)行韌帶表面修飾，以增強(qiáng)移植物的骨愈合和生物相容性。同時(shí)，對(duì)韌帶進(jìn)行外觀及形態(tài)設(shè)計(jì)，旨在設(shè)計(jì)研發(fā)一種新型的有自主產(chǎn)權(quán)的人工韌帶，克服目前LARS人工韌帶的不足和缺點(diǎn)，以滿足其實(shí)用性、較好生物相容性以及較強(qiáng)骨連接性的特點(diǎn)，為進(jìn)一步臨床應(yīng)用奠定實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
　　 第一部分：臨床隨訪
　　 LARS人工韌帶重建前交叉韌帶術(shù)后5-7年隨訪
　　 目的：該研究旨在了解L

4、ARS人工韌帶重建前交叉韌帶術(shù)后5-7年的膝關(guān)節(jié)功能與韌帶愈合情況。
　　 方法：本研究對(duì)21例5-7年前在本科行LARS人工韌帶重建ACL的患者，進(jìn)行臨床檢查以及MRI檢查，包括主觀功能檢查(IKDC評(píng)分，Lysholm評(píng)分)和體格檢查(前抽屜試驗(yàn)和Lachman測(cè)試)。MRI圖像用于分析韌帶移植物形態(tài)及韌帶化。
　　 結(jié)果：17例患者獲得了良好的功能穩(wěn)定性，IKDC或Lyshom評(píng)分均為滿意，MRI顯示韌帶有一定扭曲

5、，表明移植物有一定程度松弛。另外4例患者效果不佳，一例發(fā)生滑膜炎，一例患者韌帶完全斷裂，一例部分?jǐn)嗔?，一例影像學(xué)韌帶愈合較差。
　　 結(jié)論：LARS韌帶重建術(shù)后5～7年，大部分患者取得了滿意效果，另有4例患者出現(xiàn)并發(fā)癥，可能與人工韌帶移植物生物學(xué)愈合不良和韌帶化較差有關(guān)。
　　 第二部分：促進(jìn)移植物骨道內(nèi)愈合的研究
　　 (一)羥基磷灰石涂層PET人工韌帶促進(jìn)移植物骨道愈合的研究
　　 目的：探討羥基磷灰

6、石(HAp)涂層是否能加強(qiáng)PET人工韌帶移植物骨道愈合。
　　 方法：本研究采用24只新西蘭大白兔，采用關(guān)節(jié)外腱骨愈合模型將人工韌帶植入脛骨近端。一側(cè)肢體是植入HAp涂層韌帶為實(shí)驗(yàn)組，對(duì)側(cè)肢體植入非HAp涂層韌帶為空白組。兔子在4周及8周處死動(dòng)物做生物力學(xué)，組織學(xué)和real time-PCR測(cè)試。
　　 結(jié)果：實(shí)驗(yàn)組移植物的最大拉力在8周時(shí)均顯著高于對(duì)照組(p=0.0057)。組織學(xué)上，與對(duì)照組相比，HAp涂層應(yīng)用在8周

7、時(shí)能誘導(dǎo)移植物骨界面上新骨形成。Real time-PCR檢查發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組的骨橋蛋白(osteopontin)和Ⅰ型膠原(collagen-Ⅰ)的表達(dá)水平較高，從4周時(shí)均高于對(duì)照組(p<0.05)。
　　 結(jié)論：研究表明，人工韌帶表面HAp涂層能夠有效地促進(jìn)人工韌帶骨隧道內(nèi)移植物骨愈合。
　　 (二)58S生物玻璃修飾PET人工韌帶促進(jìn)移植物骨愈合的研究
　　 目的：研究生物活性玻璃(BG)涂層對(duì)PET人工韌帶移植

8、物骨愈合的作用。
　　 方法：采用30新西蘭白兔，將人工韌帶移植物植入近端脛骨隧道。一側(cè)肢體植入BG涂層韌帶為實(shí)驗(yàn)組，對(duì)側(cè)肢體植入非涂層韌帶作對(duì)照。分別于術(shù)后3周、6周、及12周處死，進(jìn)行生物力學(xué)測(cè)試和組織學(xué)檢測(cè)。
　　 結(jié)果：實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，12周時(shí)實(shí)驗(yàn)組的最大拉力顯著高于對(duì)照組(p<0.05)。組織學(xué)上，12周時(shí)，BG涂層移植物能極大地誘發(fā)新骨形成，移植物骨界面平均寬度顯著低于對(duì)照組。此外，BG韌帶移植物表面也刺激了骨

9、形態(tài)蛋白和血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子在局部界面的高度表達(dá)(p<0.05)。
　　 結(jié)論：本研究顯示BG涂層人工韌帶能夠有效地加強(qiáng)人工韌帶在骨隧道內(nèi)的愈合。
　　 (三)生物玻璃和羥基磷灰石復(fù)合涂層人工韌帶促進(jìn)移植物骨愈合的作用
　　 目的：本研究的目的是研究羥基磷灰石(HAp)和生物玻璃(BG)復(fù)合涂層(HB)促進(jìn)人工韌帶移植骨隧道愈合的作用。
　　 方法：實(shí)驗(yàn)分為4組，HAp涂層組，BG涂層組，HB(HAp-BG

10、)復(fù)合涂層組，以及空白對(duì)照組。包括體內(nèi)/體外兩部分實(shí)驗(yàn)。體外研究采用MC3T3-E1體外鼠人成骨細(xì)胞，測(cè)試涂層的生物相容性。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)，建立兔子關(guān)節(jié)腱骨愈合模型，檢測(cè)表面涂層修飾的人工韌帶在體內(nèi)的愈合效果，包括生物力學(xué)及組織學(xué)檢查。
　　 結(jié)果：體外培養(yǎng)人成骨細(xì)胞MC3T3-E1鼠支持HB復(fù)合涂層能促進(jìn)細(xì)胞的相容性，促進(jìn)成骨細(xì)胞增殖。體內(nèi)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，該HB復(fù)合物涂層可明顯促進(jìn)界面上新骨形成，與對(duì)照組比較，術(shù)后4周實(shí)驗(yàn)組有最高

11、的生物力學(xué)性能(P<0.05)。
　　 結(jié)論：本研究顯示HB復(fù)合涂層能有效地誘導(dǎo)在早期加強(qiáng)人工韌帶骨隧道愈合。
　　 (四)殼聚糖和透明質(zhì)酸層層自組裝修飾PET人工韌帶促進(jìn)移植物骨愈合研究
　　 目的：探討殼聚糖和透明質(zhì)酸(CS-HA)層層自組裝是否加強(qiáng)PET人工韌帶移植物骨愈合。
　　 方法：對(duì)PET人工韌帶表面進(jìn)行自組裝CS-HA涂層，采用電鏡及紅外圖譜進(jìn)行表征分析。體外實(shí)驗(yàn)使用MC3T3-E1鼠，人

12、成骨細(xì)胞體外研究材料的生物相容性。兔子關(guān)節(jié)腱骨愈合模型被用來(lái)評(píng)價(jià)表面涂層修飾的人工韌帶在體內(nèi)的效果，檢測(cè)包括生物力學(xué)及組織學(xué)檢查。
　　 結(jié)果：體外培養(yǎng)人成骨細(xì)胞MC3T3-E1鼠標(biāo)支持殼聚糖和透明質(zhì)酸涂層能促進(jìn)細(xì)胞的相容性，促進(jìn)成骨細(xì)胞增殖。體內(nèi)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，該CS-HA有機(jī)化合物涂層可明顯促進(jìn)界面上新骨形成，與對(duì)照組比較，在8周時(shí)實(shí)驗(yàn)組有較高的生物力學(xué)性能表現(xiàn)(P<0.05)。
　　 結(jié)論：本研究顯示，CS-HA

13、涂層能有效地加強(qiáng)人工韌帶骨隧道愈合。
　　 第三部分：促進(jìn)移植物關(guān)節(jié)內(nèi)韌帶化的研究
　　 (一)使用透明質(zhì)酸殼聚糖層層自組裝涂層人工韌帶加強(qiáng)移植物韌帶化：兔子內(nèi)側(cè)副韌帶重建模型
　　 目的：探討透明質(zhì)酸殼聚糖HA-CS涂層是否能提高PET人工韌帶的生物相容性，促進(jìn)成纖維細(xì)胞的粘附、增殖和膠原蛋白再生，加強(qiáng)移植物韌帶化進(jìn)程。
　　 方法：本研究對(duì)PET人工韌帶進(jìn)行表面改性，逐層自組裝透明質(zhì)酸(HA)及殼聚糖

14、(CS)。對(duì)韌帶的表面特性的研究應(yīng)用掃描電子顯微鏡(SEM)、原子力顯微鏡(AFM)。體外培養(yǎng)，采用人類表皮成纖維細(xì)胞(HDFCs)測(cè)試細(xì)胞增殖和黏附情況。采用兔子內(nèi)側(cè)副韌帶重建模型，評(píng)估HA-CS涂層韌帶在體內(nèi)韌帶化情況。
　　 結(jié)果：體外培養(yǎng)結(jié)果證明，HA-CS涂層能夠加強(qiáng)移植物生物相容性，促進(jìn)細(xì)胞增值。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)證明，HA-CS涂層表面處理可明顯促進(jìn)在體細(xì)胞粘附和提高膠原纖維再生。
　　 結(jié)論：這種CS-HA涂層可提

15、高PET移植物在體外和體內(nèi)的生物相容性。
　　 (二)PET人工韌帶逐層自組裝透明質(zhì)酸和陽(yáng)離子明膠提高人工韌帶的生物相容性：兔前交叉韌帶重建模型
　　 目的：研究自組裝透明質(zhì)酸和陽(yáng)離子明膠是否能提高PET人工韌帶移植物的生物相容性，促進(jìn)細(xì)胞粘附、增殖和膠原蛋白的合成。
　　 方法：本研究對(duì)PET人工韌帶移植物進(jìn)行表面改性，逐層(LBL)自組裝透明質(zhì)酸(HA)和陽(yáng)離子明膠(CG)。材料表征分析采用電鏡，接觸角，F(xiàn)o

16、urier紅外光譜分析技術(shù)和掃描電子顯微鏡(SEM)。體外測(cè)試采用人表皮成纖維細(xì)胞。體內(nèi)研究，采用兔子和豬前交叉韌帶(ACL)重建模型方法，評(píng)價(jià)經(jīng)過(guò)表面修飾的人工韌帶在體內(nèi)的韌帶化情況。
　　 結(jié)果：體外實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，CG-HA顯著地提高細(xì)胞粘附和細(xì)胞增殖，CG-HA涂層組的Ⅰ型膠原表達(dá)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于對(duì)照組。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，該涂層可明顯促進(jìn)纖維細(xì)胞黏附，提高膠原纖維再生，促進(jìn)移植物韌帶化。
　　 結(jié)論：CG-HA涂層能增強(qiáng)人

17、工韌帶在體內(nèi)的生物相容性，促進(jìn)移植物韌帶化。
　　 第四部分：新型人工韌帶的外形設(shè)計(jì)與改良
　　 新型連接紐扣鋼板的人工韌帶設(shè)計(jì)
　　 為了克服現(xiàn)有的LARS韌帶所存在的設(shè)計(jì)缺陷，摒棄通過(guò)擠壓螺釘在骨道內(nèi)擠壓移植物達(dá)到固定目的設(shè)計(jì)缺陷。我們對(duì)人工韌帶的固定方式進(jìn)行了改進(jìn)，采用懸吊固定，以保證人工韌帶多孔結(jié)構(gòu)在骨道內(nèi)不受擠壓螺釘擠壓，更好地利用人工韌帶表面處理后的親骨特性，增加韌帶表面在骨道內(nèi)的接觸面積，誘導(dǎo)并增強(qiáng)