新型氨基酸共聚物-磷酸鈣復合骨修復材料的相關研究.pdf

1、目的:將多元氨基酸共聚物（multi-amino acid copolymer, MAACP）這種高分子材料與無定形磷酸鈣(ACP)原位聚合制備一種新型可降解的氨基酸共聚物/磷酸鈣復合材料(MAACP/ACP)，并對該復合材料的理化性能及生物性能進行研究，并進行體內(nèi)植入的相關動物實驗研究。
　　方法:1利用原材料分別制備出ACP、MAACP及MAACP/ACP，其中合成的MAACP/ACP分別制成含ACP各約5wt％，10wt％，

2、20wt％，30wt％，40wt％的五種復合材料，將制成的復合材料進行相關的分析測試，包括紅外光譜和X射線衍射分析、壓縮強度測試、燃燒試驗測試、體外降解性能測試。2將制備成功的MAACP聚合物，MAACP/ACP復合材料輻射滅菌備用。6只健康成年新西蘭大耳白兔，隨機分為肌內(nèi)植入組及骨內(nèi)植入組各3只，每組內(nèi)又分左側MAACP植入組及右側MAACP/ACP植入組。制作動物實驗模型，將兩種材料經(jīng)過嚴格無菌手術植入兔脊柱兩側肌袋內(nèi)，以及將兩種材

3、料經(jīng)過無菌手術植入兔股骨干骨缺損模型中，12w后處死進行組織學觀察，同時行X射線衍射分析觀察其圖譜變化。335只健康成年新西蘭大耳白兔，隨機分為對照組5只、MAACP組及MAACP/ACP組各15只。實驗動物模型同上述骨缺損模型，在將兩種材料成功植入后，分別于手術后3d、1w、4w、8w、12w隨機抽取3只實驗兔，對照組隨機抽取1只實驗兔，進行耳中央動脈采血，用以測得各時相IL-1、IL-6的結果。取血成功后，將各組各時相實驗兔進行處死

4、，離斷植入材料的股骨，進行相應的骨密度測定。
　　結果:1紅外光譜分析結果示:比較ACP、MAACP及MAACP/ACP三種材料的圖譜可見，新型MAACP/ACP復合材料圖譜中的各峰位置僅有很小的移動，表明復合材料是由MAACP和ACP組成。另外，復合材料圖譜中未出現(xiàn)羧基峰，這表明加入的氨基酸形成了酰胺共聚物，可以推斷復合材料中ACP和多元氨基酸聚合物沒有化學性結合界面。X射線衍射分析結果示:三者的圖譜中，各峰值均存在，表明復合材

5、料是由MAACP和ACP組成。但在復合材料中，聚合物的峰高明顯下降，可能是復合過程中，由于ACP的存在，導致聚合物結晶程度降低。壓縮強度測試表明:MAACP/ACP復合材料在ACP含量達到30％時，材料的力學強度達到最為合適的狀態(tài)。燃燒試驗表面MAACP/ACP復合材料兩相分布較為均勻。體外降解性能分析:新型MAACP/ACP復合材料中ACP含量在＜40wt％以下時，失重率及吸水率與ACP及MAACP材料比較無明顯變化，但在40wt％時

6、，失重率明顯加大，吸水率增加，材料開始破裂。新型MAACP/ACP復合材料在降解過程中周圍環(huán)境pH下降，但影響很小，材料無大量酸性降解產(chǎn)物生成，有利于骨組織的生長。降解過程中掃描電鏡分析:觀察到新型MAACP/ACP復合材料中ACP含量為30％時復合材料表面有明顯的羥基磷灰石沉積，考慮與復合材料中的ACP在羥基磷灰石沉積過程中發(fā)揮了成核作用有關。2肌肉植入實驗組的組織學結果表明，無論是MAACP還是MAACP/ACP復合材料樣品，均沒有

7、觀察到明顯炎性反應發(fā)生，材料被一層很薄的纖維組織包裹，材料與組織結合緊密;對比兩組復合材料組織學圖片，MAACP/ACP復合材料與周圍組織結合較為緊密，形成的纖維組織包裹很薄，與周圍組織相容性好于MAACP材料;但由圖片中觀察到兩種材料表面均未見有明顯吸收。骨內(nèi)植入實驗組的組織學結果顯示，MAACP和MAACP/ACP復合材料均未觀察到炎性反應發(fā)生，無炎性細胞出現(xiàn);材料周圍未見有連續(xù)性的纖維組織包裹，可觀察到材料與骨組織之間結合緊密，但

8、未見材料有明顯吸收。X射線衍射圖譜顯示:MAACP材料的結晶度下降，即材料發(fā)生了降解。MAACP/ACP復合材料表面形成了弱的羥基磷灰石結構，表明復合材料具有良好的生物活性。3動物實驗術后各時相的一般情況:對照組切口部位均無裂開、無滲液、無傷口感染，愈合良好，無竇道和膿腫形成;MAACP組實驗兔術后共3例傷口感染;MAACP/ACP組實驗兔僅有1例術后3天出現(xiàn)傷口紅腫，無明顯滲液。血清IL-1含量變化比較:三組IL-1含量均逐漸在手術后

9、呈降低趨勢，MAACP組及MAACP/ACP組與對照組比較后，在手術后3d時比較，差異無統(tǒng)計學意義(P＞0.05）;在隨后1w、4w、8w時比較，差異有統(tǒng)計學意義(P＜0.05）;而在術后12w時，MAACP/ACP組與對照組比較后，差異有統(tǒng)計學意義(P＜0.05); MAACP組與對照組比較后，差異無統(tǒng)計學意義(P＞0.05）。而MAACP組和MAACP/ACP組同時相兩組間比較后，手術后8w及12w兩時相比較，差異有統(tǒng)計學意義(P＜

10、0.05）;在其它時相中比較，差異均無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。血清IL-6含量變化比較:三組在術后1w時IL-6含量均呈降低趨勢，對照組在4w后達到穩(wěn)定水平，MAACP組及MAACP/ACP組各時相與對照組比較后，在手術后3d、1w時比較，差異無統(tǒng)計學意義(P＞o.05）;在隨后4w、8w兩時相中，兩組與對照組比較均差異有統(tǒng)計學意義(P＜0.05），在術后12w時與對照組比較后，差異均無統(tǒng)計學意義(P＞0.05）。MAACP組及MA

11、ACP/ACP組組間比較后，在4w、8w時，MAACP/ACP組明顯高于MAACP組，差異有統(tǒng)計學意義(P＜0.05）;在其它時相組間比較后，差異無統(tǒng)計學意義(P＞0.05）。BMD值變化比較:MAACP組及MAACP/ACP組在手術后3d及1w明顯低于對照組P＜0.05;術后4w兩組BMD值逐漸增高，MAACP/ACP組達到峰值，而MAACP組術后8w達峰值;MAACP/ACP組術后4w與MAACP組值比較后P＜0.05，與對照組比較

12、P＞0.05;MAACP組在術后4w與對照組比較P＜0.05;兩組在術后8w及12w與對照組比較P＞0.05。
　　結論:新型MAACP/ACP復合材料由氨基酸共聚物和ACP組成，材料中兩者無化學性界面結合，降解產(chǎn)物無強酸性物質，其降解機制可能為表面腐蝕降解，材料具有良好的吸水性和良好的力學性能;而且，復合材料對機體周圍組織無毒，無刺激，不影響周圍骨組織生成，具有良好的組織相容性，表面還能夠形成羥基磷灰石層，具有良好的生物活性;新