支架內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)多孔生物陶瓷人工骨體內(nèi)血管化的影響.pdf

1、骨移植后骨修復(fù)的基本過(guò)程是組織工程骨血管化、骨再生及骨端融合，而組織工程骨的血管化是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，不僅為組織的生長(zhǎng)提供了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，而且對(duì)骨再生尤其是大段骨缺損的修復(fù)過(guò)程中細(xì)胞的活性和遷移起到了關(guān)鍵作用。血管化是骨組織工程研究的“瓶頸”，研究在很大程度上受制于移植物缺乏血液供應(yīng)而導(dǎo)致細(xì)胞營(yíng)養(yǎng)障礙，因此，骨移植材料的再血管化是丞待解決的問(wèn)題。 對(duì)于組織工程骨的血管化研究，大多實(shí)驗(yàn)以復(fù)合細(xì)胞和細(xì)胞因子及利用外科手術(shù)技術(shù)來(lái)促進(jìn)移植材料的血管

2、化進(jìn)程。但有研究表明,即使在富含有細(xì)胞及骨誘導(dǎo)因子的自體松質(zhì)骨,其移植后對(duì)成骨和愈合發(fā)生關(guān)鍵影響的仍是其作為疏松多孔體能夠快速發(fā)生血管化這一因素。作為組織工程化人工骨支架的骨替代材料,具備這種類(lèi)似的多孔框架結(jié)構(gòu)而發(fā)生快速血管化,建立與宿主機(jī)體一體化的骨修復(fù)、再生機(jī)制,可能將成為決定移植后效應(yīng)的最重要因素。尋找影響血管化的結(jié)構(gòu)因素，測(cè)定最佳的結(jié)構(gòu)參數(shù)是探索支架材料血管化的最優(yōu)結(jié)構(gòu)的研究重點(diǎn)，目前，有關(guān)這方面的的研究甚少，并缺乏具體的定量結(jié)

3、果，同時(shí)，以往研究制作的材料結(jié)構(gòu)不規(guī)則，孔隙大小不均一，連通徑小，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果有一定的局限性，導(dǎo)致得出的結(jié)論并不一致。因此，本研究的目的是要探討支架結(jié)構(gòu)對(duì)骨移植材料血管化的影響機(jī)制，尋找有利于血管化的最優(yōu)結(jié)構(gòu)，并通過(guò)研究得出具體的結(jié)構(gòu)參數(shù)。研究選用一種結(jié)構(gòu)可控性多孔磷酸三鈣生物陶瓷作為研究對(duì)象，該材料具有獨(dú)特的球形孔隙，孔壁光滑，孔隙連通率100％，且孔隙和孔隙間連通結(jié)構(gòu)均較一致，并可根據(jù)需要改變材料孔隙和連通徑大小。 本課題分兩

4、部分進(jìn)行，第一部分首先從大體結(jié)構(gòu)考慮，將具有規(guī)則孔隙結(jié)構(gòu)和較高連通率的多孔β-TCP 生物陶瓷圓片體與相同重量的β-TCP 顆粒植入兔腰背筋膜下，比較兩種三維結(jié)構(gòu)體內(nèi)血管化的優(yōu)劣，尋找影響血管化的結(jié)構(gòu)因素。植入后1 周、2 周、4 周、8 周對(duì)材料進(jìn)行組織學(xué)觀察、同位素骨掃描及掃描電鏡等檢查，結(jié)果證明：多孔β-TCP 生物陶瓷圓片體內(nèi)血管化進(jìn)程較快，術(shù)后4 周，人工骨材料內(nèi)全層出現(xiàn)新生血管，血管數(shù)量多，管腔較大，且較為成熟。而顆粒狀材料

5、血管化進(jìn)程緩慢，血管數(shù)較少，管腔小，結(jié)構(gòu)差。4 周時(shí)，仍以發(fā)育幼稚的毛細(xì)血管為主。分析后認(rèn)為良好規(guī)則的孔隙結(jié)構(gòu)和較大的孔隙連通徑和連通率更有利于血管的形成，而植入的β-TCP顆粒相互接觸，顆粒之間存在很多不規(guī)則的自然孔隙，部分孔隙連通通道狹小，走行不規(guī)則，一些相鄰孔隙因顆粒接觸致密，出現(xiàn)連接盲區(qū)。這些狹小的間隙不利于血管的長(zhǎng)入，尤其是大血管的形成。而出現(xiàn)的連接盲區(qū)也無(wú)法使毛細(xì)血管貫穿幾個(gè)孔隙，并連接成網(wǎng)。由此看出，孔徑和連通徑是制約材料

6、血管化的主要結(jié)構(gòu)因素，這一結(jié)果是對(duì)以往研究結(jié)果的具體化。 第二部分實(shí)驗(yàn)，基于第一部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選用了孔徑和連通徑不同的8 種微觀結(jié)構(gòu)的人工骨材料，目的是研究有利于β-TCP 人工骨的體內(nèi)血管化的最佳孔徑和連通徑，得出影響支架血管化的具體結(jié)構(gòu)參數(shù)，探索結(jié)構(gòu)對(duì)血管化方式的影響機(jī)制。本實(shí)驗(yàn)將具有不同孔徑和連通徑的8 種結(jié)構(gòu)的材料植入到與實(shí)驗(yàn)一相同的動(dòng)物模型，植入后1 周、2 周、4 周、8 周取材，并采用與實(shí)驗(yàn)一相同的觀測(cè)指標(biāo)和觀察方

7、法。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同的孔徑和連通徑的材料體內(nèi)血管化程度不同，具有較大孔徑和連通徑的材料血管化也較好。具體的說(shuō)，在大孔徑材料中，大管徑的血管數(shù)量較多，在連通徑較大的材料中，血管數(shù)量較多，而且管腔較連通徑小的材料大。同位素骨掃描的結(jié)果也證明了這一結(jié)論。更有趣的是，孔徑400～500μｍ,連通徑120μｍ的材料表現(xiàn)出更為良好的血管化效應(yīng)，不僅血管數(shù)量多，大管腔血管所占比例也較大?？梢?jiàn)，孔徑和孔隙連通徑的大小影響著材料體內(nèi)血管化的程度，具體表現(xiàn)在

8、，孔間連通徑是新生血管數(shù)量的制約因素，材料內(nèi)部孔隙和孔連通徑大小共同制約著血管管腔的大小，孔隙間連通是血管進(jìn)出的門(mén)戶，而孔隙則是血管管腔發(fā)育成熟的場(chǎng)所，大的孔隙可以為管腔的發(fā)育提供更大的空間。而孔內(nèi)連通率高，連通徑大的材料更有利于血管交聯(lián)成網(wǎng)，形成血管數(shù)量較多。同時(shí)，材料的這兩個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)只有在一個(gè)合適的比例下才會(huì)表現(xiàn)出更佳的血管化作用。本實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路和所選用的支架材料在結(jié)構(gòu)上的變化，是以往研究所沒(méi)有的，具有一定的創(chuàng)新性。另外，本實(shí)驗(yàn)也