可注射性缺鈣納米羥基磷灰石-聚氨基酸-硫酸鈣復(fù)合骨植入材料的制備與應(yīng)用研究.pdf

1、第一部分可注射性缺鈣納米羥基磷灰石/聚氨基酸/硫酸鈣復(fù)合材料的制備及性能研究
　　目的:
　　采用原位聚合方法制備出可注射性缺鈣納米羥基磷灰石/聚氨基酸/硫酸鈣復(fù)合材料(nano calcium-deficient hydroxyapatite/multi(amino acid)copolymer/calcium sulfate hemihydrate，n-CDHA/MAC/CSH)，對(duì)其組成與結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，并探討不同比例的

2、n-CDHA/MAC和CSH對(duì)復(fù)合材料注射性能、凝固時(shí)間、力學(xué)性能等特性的影響，篩選出合適的材料復(fù)合比。
　　方法:
　　原位聚合法成功制備n-CDHA/MAC復(fù)合材料，與CSH粉末按照混合物中n-CDHA/MAC從0％到40％不同比例進(jìn)行均勻混合后，用雙螺桿擠出機(jī)在170℃的條件下擠塑復(fù)合，擠塑出的復(fù)合材料經(jīng)干冰冷卻后用粉碎機(jī)粉碎成粒度大小在38μm～125μm范圍內(nèi)的粉末，將復(fù)合材料按照合適的固液比混合后，紅外光譜及X射

3、線(xiàn)衍射分析其組成與結(jié)構(gòu);掃描電鏡觀察其微觀結(jié)構(gòu);采用ISO9579-1989E國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)注射性能及凝固時(shí)間;REGER30-50型力學(xué)測(cè)試機(jī)檢測(cè)其壓縮強(qiáng)度。
　　結(jié)果:
　　紅外光譜及X射線(xiàn)衍射分析表明復(fù)合前后n-CDHA、MAC、CSH相組成沒(méi)變，復(fù)合材料中不存在其他雜相，各組成成分之間由化學(xué)鍵結(jié)合，而非機(jī)械結(jié)合方式;復(fù)合材料的SEM圖顯示，n-CDHA、MAC及CSH均勻地結(jié)合在一起，各材料之間幾乎沒(méi)有粒子脫落導(dǎo)致的空

4、洞，存在著較好的界面結(jié)合，復(fù)合材料的表面致密、粗糙且富有孔隙;隨著n-CDHA/MAC加入比例的增加(10％，20％，30％，40％)，n-CDHA/MAC/ CSH復(fù)合材料的凝固時(shí)間延長(zhǎng)，注射性能提高;壓縮強(qiáng)度檢測(cè)提示含0wt％、10 wt％、20 wt％、30 wt％、40 wt％ n-CDHA/MAC的復(fù)合材料壓縮強(qiáng)度分別為21.24±1.92Mpa、28.42±2.63Mpa、34.34±2.52Mpa、43.92±2.40Mp

5、a、30.77±3.37Mpa，當(dāng)n-CDHA/MAC含量從0％增長(zhǎng)到30％時(shí)，復(fù)合材料的抗壓強(qiáng)度逐漸升高，但到n-CDHA/MAC含量達(dá)到40％時(shí)，復(fù)合材料的壓縮強(qiáng)度開(kāi)始明顯降低，材料甚至出現(xiàn)碎裂、崩塌的現(xiàn)象。
　　結(jié)論:
　　成功制備了可注射性n-CDHA/MAC/CSH復(fù)合材料，復(fù)合材料各相之間不是簡(jiǎn)單的物理混合，而是存在一定的化學(xué)鍵合;可以通過(guò)調(diào)整復(fù)合材料中n-CDHA/MAC和CSH的比例來(lái)調(diào)控其注射性能、凝固時(shí)間

6、及機(jī)械性能。通過(guò)篩選，30％ n-CDHA/MAC含量的復(fù)合材料符合骨科手術(shù)需要。
　　第二部分可注射性缺鈣納米羥基磷灰石/聚氨基酸/硫酸鈣復(fù)合材料體外細(xì)胞相容性研究
　　目的:
　　評(píng)估可注射性缺鈣納米羥基磷灰石/聚氨基酸/硫酸鈣復(fù)合材料(nano calcium-deficient hydroxyapatite/multi(amino acid) copolymer/calcium sulfate hemihydr

7、ate，n-CDHA/MAC/CSH)的細(xì)胞相容性及對(duì)MC3T3-E1成骨細(xì)胞生物學(xué)行為的影響。
　　方法:
　　實(shí)驗(yàn)一:n-CDHA/MAC/CSH復(fù)合材料與L929細(xì)胞毒性檢測(cè):
　　通過(guò)直接接觸法和浸提液接觸法將n-CDHA/MAC/ CSH圓片狀復(fù)合材料與L929細(xì)胞共同培養(yǎng)，相差顯微鏡下觀察材料對(duì)L929細(xì)胞形態(tài)學(xué)影響;MTT法檢測(cè)L929細(xì)胞增殖度;PE-7AAD雙標(biāo)流式細(xì)胞儀檢測(cè)L929細(xì)胞凋亡情況。

8、r>　　實(shí)驗(yàn)二:n-CDHA/MAC/CSH復(fù)合材料對(duì)MC3T3-E1成骨細(xì)胞生物學(xué)行為影響:
　　將MC3T3-E1成骨細(xì)胞分別種植于n-CDHA/MAC/CSH、CSH圓片狀材料表面，設(shè)立空白對(duì)照組。SEM觀察細(xì)胞在材料表面黏附及生長(zhǎng)情況;酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定法(Elisa)檢測(cè)材料對(duì)成骨細(xì)胞堿性磷酸酶(ALP)及骨鈣素(OC)分泌的影響;通過(guò)Transwell小室遷移實(shí)驗(yàn)檢測(cè)材料對(duì)成骨細(xì)胞遷移的影響。
　　結(jié)果:
　

9、　實(shí)驗(yàn)一:直接接觸實(shí)驗(yàn)表明n-CDHA/MAC/CSH復(fù)合材料對(duì)L929細(xì)胞無(wú)明顯細(xì)胞毒性，細(xì)胞形態(tài)良好，貼壁生長(zhǎng)良好;MTT檢測(cè)實(shí)驗(yàn)組細(xì)胞毒性為Ⅰ級(jí)，流式細(xì)胞儀檢測(cè)結(jié)果證實(shí)n-CDHA/MAC/ CSH復(fù)合材料對(duì)細(xì)胞的凋亡率沒(méi)有明顯影響(P＞0.05)。
　　實(shí)驗(yàn)二:掃描電鏡觀察提示MC3T3-E1細(xì)胞在n-CDHA/MAC/CSH表面及CSH表面生長(zhǎng)良好，形態(tài)規(guī)則，細(xì)胞之間緊密連接并隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)呈現(xiàn)出復(fù)層生長(zhǎng)的現(xiàn)象;El

10、isa法檢測(cè)三組細(xì)胞分泌ALP在共培養(yǎng)第1天無(wú)明顯差別(P＞0.05)，在共培養(yǎng)第4天及第7天，n-CDHA/MAC組ALP水平明顯高于CSH組及空白對(duì)照組(P＜0.05);OC水平在3、5、7天時(shí)各組間無(wú)明顯差別(P＞0.05)，在10天時(shí)n-CDHA/MAC/ CSH復(fù)合材料組和CSH組細(xì)胞分泌OCN含量高于空白組，在14天時(shí)n-CDHA/MAC/CSH復(fù)合材料組細(xì)胞分泌OC含量明顯高于CSH組及空白對(duì)照組，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜

11、0.05);Transwell小室遷移實(shí)驗(yàn)提示各組之間無(wú)明顯差異(P＞0.05)。
　　結(jié)論:
　　n-CDHA/MAC/ CSH復(fù)合材料無(wú)明顯細(xì)胞毒性，具有良好的成骨細(xì)胞相容性，對(duì)成骨細(xì)胞的黏附、生長(zhǎng)、增殖及分化具有一定的促進(jìn)作用。
　　第三部分可注射性缺鈣納米羥基磷灰石/聚氨基酸/硫酸鈣復(fù)合材料修復(fù)兔股骨髁骨缺損研究
　　目的:
　　評(píng)估可注射性缺鈣納米羥基磷灰石/聚氨基酸/硫酸鈣復(fù)合材料(nano c

12、alcium-deficient hydroxyapatite/multi(amino acid) copolymer/calcium sulfate hemihydrate，n-CDHA/MAC/CSH)的生物相容性及修復(fù)兔股骨髁骨缺損的能力。
　　方法:
　　在新西蘭大白兔雙側(cè)股骨髁松質(zhì)骨區(qū)域制造直徑6.5mm，深1cm的股骨髁骨缺損模型，骨缺損處注射n-CDHA/MAC/CSH復(fù)合材料作為實(shí)驗(yàn)組，對(duì)照組處注射CSH材料

13、，空白組不作任何處理。術(shù)后4、8、16周行大體觀察、微型CT掃描、硬組織切片及V-G染色，術(shù)后4、16周行肝、脾、腎組織學(xué)檢測(cè)以評(píng)價(jià)材料在動(dòng)物體內(nèi)的生物相容性、骨缺損修復(fù)能力及生物降解情況。
　　結(jié)果:
　　手術(shù)后各組動(dòng)物切口愈合良好，未見(jiàn)明顯紅腫及感染征象。大體觀察實(shí)驗(yàn)組及對(duì)照組骨缺損處皮質(zhì)在16周時(shí)已完全閉合，空白對(duì)照組在16時(shí)仍可看見(jiàn)明顯缺損;微型CT掃描提示實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組都具有修復(fù)股骨髁缺損的能力，但實(shí)驗(yàn)組新生骨小梁

14、數(shù)量及密度在各個(gè)時(shí)間點(diǎn)均要高于對(duì)照組(P＜0.05)，對(duì)照組則未發(fā)現(xiàn)新骨形成征象;硬組織切片提示n-CDHA/MAC/CSH復(fù)合材料與新生骨組織緊密結(jié)合，16周時(shí)材料大部分降解，形成的新生骨小梁成熟而致密;對(duì)照組CSH材料在8周時(shí)已基本降解，到第16周時(shí)新生骨小梁不成熟且稀疏;空白對(duì)照組則只看見(jiàn)少許纖維組織，未見(jiàn)新生骨的形成。術(shù)后兔肝、脾、腎組織學(xué)檢測(cè)未見(jiàn)明顯異常。
　　結(jié)論:
　　n-CDHA/MAC/CSH復(fù)合骨修復(fù)材料