可吸收金屬鎂鋅合金的降解與生物相容性.pdf

1、目的：⑴探討鎂鋅合金在模擬體液中的降解特性。⑵探討鎂鋅合金對(duì)小鼠成骨細(xì)胞MC3T3-E1的生物相容性。⑶探討金屬鎂鋅合金在動(dòng)物體內(nèi)的降解特點(diǎn)、成骨特性以及材料降解后其產(chǎn)物對(duì)體內(nèi)心、肝、腎、脾、骨以及血鎂、肝腎功能等影響。 方法：①以鎂鋅合金與純鎂作為研究對(duì)象，通過電化學(xué)腐蝕實(shí)驗(yàn)、靜態(tài)浸泡實(shí)驗(yàn)、動(dòng)力腐蝕實(shí)驗(yàn)，掃描電鏡、元素分析和X線衍射等方法分析這些材料在模擬體液的降解情況。②通過鎂鋅合金對(duì)小鼠成骨細(xì)胞MC3T3-E1的毒性實(shí)驗(yàn)、

2、溶血實(shí)驗(yàn)探討材料對(duì)細(xì)胞的安全性；應(yīng)用堿性磷酸酶染色和鈣結(jié)節(jié)四環(huán)素染色鑒定MC3T3-E1細(xì)胞成骨功能；將細(xì)胞MC3T3-E1分別種植在鎂鋅合金和聚乳酸表面后通過吖啶橙染色計(jì)數(shù)，分析細(xì)胞黏附結(jié)果，應(yīng)用四環(huán)素染色法測(cè)定細(xì)胞在材料表面共培養(yǎng)后的礦化能力；運(yùn)用RT-PCR方法測(cè)定細(xì)胞共培養(yǎng)后第3d、6d、9d、12d、15d與18d成骨細(xì)胞骨相關(guān)基因I型膠原αl、ALP和OC mRNA表達(dá)，在分子水平探討材料對(duì)成骨細(xì)胞骨相關(guān)基因mRNA表達(dá)影響

3、。③實(shí)驗(yàn)分成鎂鋅合金組、聚乳酸組和陰性對(duì)照組。將鎂鋅合金植入新西蘭兔股骨遠(yuǎn)端髓腔，分別與僅建立骨隧道組和聚乳酸組比較。通過X光片、掃描電子顯微鏡、熒光顯微鏡和元素分析鎂鋅合金在體內(nèi)的降解，運(yùn)用硬組織苦味酸染色在光學(xué)顯微鏡和掃描電鏡下觀察材料與骨組織界面；測(cè)定外周血鎂、肝腎功能和血尿酸含量，將心、肝、腎、脾和骨組織制成病理切片，在組織學(xué)上分析材料對(duì)動(dòng)物重要器官的影響。 結(jié)果：⑴電化學(xué)腐蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果揭示鎂鋅合金在模擬體液中的腐蝕電位較

4、純鎂高，其腐蝕速率低于純鎂；鎂鋅合金在模擬體液的點(diǎn)蝕電位高于純鎂；靜態(tài)浸泡實(shí)驗(yàn)結(jié)果提示鎂鋅合金在模擬體液浸泡3d的腐蝕速率明顯低于純鎂，是后者降解速度的一半，其值分別為0.15mm/yr和0.425mm/yr，兩者存在顯著性統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05)。材料浸泡30d的腐蝕速率均顯著下降，分別為0.05mm/yr和0.1mm/yr，各自與第3d的相比存在顯著性差別(P<0.05)。純鎂在模擬體液中腐蝕嚴(yán)重，出現(xiàn)裂紋，表面有較大腐蝕坑，鎂鋅

5、合金腐蝕相對(duì)均勻，未出現(xiàn)明顯腐蝕坑。元素分析表明鎂鋅合金表面腐蝕產(chǎn)物有大量Ca、P沉積，且腐蝕產(chǎn)物與材料的結(jié)合比純鎂的更加緊密。X衍射分析在純鎂和鎂鋅合金表面存在羥基磷灰石、氫氧化鎂等沉積物。動(dòng)力腐蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果也提示鎂鋅合金具有更強(qiáng)的耐腐蝕性能。純鎂和鎂鋅合金在模擬體液浸泡后的溶液pH值變化類似，浸泡初期pH值快速上升，20h左右從7.44上升到8.80以上，之后穩(wěn)定在9.00左右。⑵鎂鋅合金對(duì)小鼠成骨細(xì)胞MC3T3-E1無毒性，溶血實(shí)驗(yàn)

6、陰性；細(xì)胞在浸提液培養(yǎng)后能表達(dá)ALP和鈣結(jié)節(jié)；在1h、2h和4h檢測(cè)的鎂鋅合金表面粘附細(xì)胞比聚乳酸表面的多，兩者存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05)；鎂鋅合金表面細(xì)胞的礦化結(jié)節(jié)面積比聚乳酸的大，兩者存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差別(P<0.05)；細(xì)胞與材料相互作用后，鎂鋅合金表面細(xì)胞骨相關(guān)基因I型膠原α1、ALP和OC mRNA呈時(shí)序表達(dá)，與PLLA表面細(xì)胞的骨相關(guān)基因mRNA表達(dá)呈相同趨勢(shì)。鎂鋅合金表面細(xì)胞骨相關(guān)基因mRNA表達(dá)量比聚乳酸的多，但兩者無統(tǒng)計(jì)

7、學(xué)差別(P>0.05)。⑶鎂鋅合金在股骨髓腔內(nèi)能降解，術(shù)后14周約降解87％；鎂鋅合金降解后血鎂、肝腎功能和血尿酸等與術(shù)前相比無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P>0.05)，心、肝、腎、脾和骨在組織學(xué)上細(xì)胞結(jié)構(gòu)無改變；種植材料與骨組織一起經(jīng)塑料包埋后在光學(xué)顯微鏡和掃描電鏡下觀察種植體與骨組織交界面，發(fā)現(xiàn)其界面無炎性細(xì)胞浸潤，無界膜樣物質(zhì)形成；鎂鋅合金能促進(jìn)骨組織形成，在形態(tài)上其降解速率比聚乳酸快；聚乳酸對(duì)成骨作用不明顯，與骨組織交界處存在纖維樣界膜。

8、 結(jié)論：①添加元素鋅能有效提高鎂基材料在模擬體液的抗腐蝕性能；鎂鋅合金與純鎂在模擬體液降解后存在羥基磷灰石沉積；鎂鋅合金與純鎂在模擬體液中降解會(huì)引起pH值升高。②鎂鋅合金能促進(jìn)小鼠成骨細(xì)胞MC3T3-E1的增殖、粘附與細(xì)胞成骨功能，對(duì)細(xì)胞I型膠原αl、ALP和OC mRNA的時(shí)序表達(dá)無影響，對(duì)細(xì)胞MC3T3-E1具有良好的生物相容性，其安全性不亞于PLLA。③鎂鋅合金在新西蘭兔股骨髓腔能降解，術(shù)后14周約降解87％；鎂鋅合金降解后能