臨床相關(guān)的微米級載阿侖膦酸鈉超高分子量聚乙烯磨屑的研究.pdf

1、目前人工關(guān)節(jié)置換術(shù)已成為治療關(guān)節(jié)疾病的重要手術(shù)之一，但人工關(guān)節(jié)磨屑導(dǎo)致的骨溶解和無菌性松動局限了人工關(guān)節(jié)的使用壽命。人工關(guān)節(jié)組件中超高分子量聚乙烯(UHMWPE)不僅最易發(fā)生磨損，其磨屑占磨屑總量的70％～90％，而且UHMWPE磨屑的誘導(dǎo)骨溶解作用最明顯，是導(dǎo)致人工關(guān)節(jié)周圍骨溶解產(chǎn)生無菌性松動的主要誘因。因此研究UHMWPE磨屑對無菌性松動的影響至關(guān)重要。
　　課題組前期研制了載抑制骨溶解藥物阿侖膦酸鈉(ALN)的超高分子量聚乙

2、烯(UHMWPE-ALN)材料;采用細(xì)胞培養(yǎng)評價(jià)UHMWPE-ALN和UHMWPE磨屑對巨噬細(xì)胞的影響。但由于靜電作用和磨屑形狀等因素導(dǎo)致UHMWPE-ALN磨屑分離困難，因此前期細(xì)胞評價(jià)采用的磨屑尺寸僅小于40μm，只有10％左右在0.1～10μm范圍。而臨床研究中發(fā)現(xiàn)90％以上的磨屑在0.1～10μm范圍，并且該范圍內(nèi)的磨屑具有較強(qiáng)的生物反應(yīng)，因此本試驗(yàn)主要研究臨床相關(guān)微米級UHMWPE-ALN和UHMWPE磨屑的制備、材料學(xué)性能、

3、藥物釋放和生物學(xué)評價(jià)。此外，本課題組前期分別采用倒置培養(yǎng)和正置培養(yǎng)對巨噬細(xì)胞進(jìn)行了研究，但是由于細(xì)胞培養(yǎng)參數(shù)不同以及人為因素的干擾，得到的數(shù)據(jù)無法判斷不同模型對細(xì)胞的影響。因此本試驗(yàn)還將同時進(jìn)行正置和倒置培養(yǎng)，研究兩種模型對巨噬細(xì)胞的影響;此外分別研究UHMWPE-ALN和UHMWPE磨屑與鈷鉻合金(Co-Cr)顆?；旌衔飳奘杉?xì)胞活性的影響。
　　本研究采用溶劑揮發(fā)法熱壓制備了UHMWPE-ALN和UHMWPE板材，在干燥條件下

4、使用表面粗糙的摩擦副制備了大量的UHMWPE-ALN和UHMWPE磨屑，通過負(fù)壓環(huán)境下濾膜逐級過濾技術(shù)分離得到臨床相關(guān)微米尺寸的磨屑。采用激光粒度儀、掃描電鏡(SEM)、傅里葉紅外光譜分析(FTIR)、X射線衍射分析(XRD)和差示掃描量熱法(DSC)表征UHMWPE-ALN和UHMWPE磨屑和板材的物化性質(zhì)，并采用茚三酮比色法研究臨床相關(guān)微米尺寸的UHMWPE-ALN磨屑的體外藥物釋放。比較研究正置培養(yǎng)和倒置培養(yǎng)兩種細(xì)胞培養(yǎng)模型對磨屑

5、和巨噬細(xì)胞共培養(yǎng)的影響以及兩種材料混合物對細(xì)胞的影響。通過光鏡及SEM觀察巨噬細(xì)胞形態(tài)，通過噻唑藍(lán)(MTT)比色法評價(jià)磨屑對巨噬細(xì)胞的增殖的影響，通過乳酸脫氫酶釋放檢測(LDH)評價(jià)兩種培養(yǎng)模型對細(xì)胞損傷程度的影響，通過酶聯(lián)免疫吸附實(shí)驗(yàn)(ELISA)評價(jià)磨屑對巨噬細(xì)胞的溶骨性細(xì)胞因子TNF-α和IL-6的分泌功能的影響。
　　激光粒度儀和SEM結(jié)果表明通過負(fù)壓環(huán)境下濾膜逐級過濾技術(shù)分離后UHMWPE-ALN和UHMWPE磨屑的平均

6、粒徑分別為6.98μm和5.65μm，粒徑分布集中，90％磨屑的尺寸在0.1～10μm范圍內(nèi)，與臨床患者體內(nèi)磨屑尺寸分布相似，較分離前UHMWPE-ALN和UHMWPE磨屑粒徑明顯下降;磨屑形貌多呈塊狀或片狀，與臨床患者體內(nèi)獲得的磨屑形貌相似;根據(jù)磨屑的尺寸和形貌表明本實(shí)驗(yàn)制備出了臨床相關(guān)的微米級磨屑。FTIR分析結(jié)果表明ALN的加入沒有改變UHMWPE的化學(xué)結(jié)構(gòu)，UHMWPE在熱壓過程中發(fā)生氧化反應(yīng)，而ALN在熱壓過程中保持熱穩(wěn)定性，

7、制備和分離磨屑過程不會對UHMWPE和ALN的化學(xué)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。XRD和DSC結(jié)果表明熱壓過程、磨屑的制備分離過程和ALN的加入不會改變UHMWPE的晶體結(jié)構(gòu)和晶粒尺寸，但是熱壓過程中晶體的完善程度受到影響，板材的結(jié)晶度降低。
　　臨床相關(guān)微米級載藥磨屑的體外藥物釋放結(jié)果表明UHMWPE-ALN磨屑體外釋放分為兩個階段，即1d前的突釋階段和1～90 d的緩慢釋放階段。藥物突釋階段，主要是磨屑表面富集的ALN釋放，磨屑粒徑對藥物釋放

8、率有很大的影響;緩慢釋放階段，ALN的釋放主要是由于團(tuán)聚磨屑分散和UHMWPE-ALN磨屑內(nèi)的ALN擴(kuò)散導(dǎo)致，該階段符合Higchi藥物擴(kuò)散模型。UHMWPE-ALN磨屑在溫度為37℃的PBS環(huán)境中浸泡90 d沒有發(fā)生氧化現(xiàn)象。
　　體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明巨噬細(xì)胞對臨床相關(guān)的微米級磨屑有吞噬和趨化作用，磨屑的加入導(dǎo)致巨噬細(xì)胞為了吞噬異物發(fā)生形態(tài)改變;在正置培養(yǎng)和倒置培養(yǎng)兩種細(xì)胞培養(yǎng)模型下，UHMWPE-ALN磨屑與巨噬細(xì)胞共培養(yǎng)的細(xì)

9、胞活性均小于UHMWPE磨屑組，ALN可以抑制巨噬細(xì)胞的活性;當(dāng)磨屑濃度是0.02 mg/mL時促進(jìn)巨噬細(xì)胞增殖的能力最強(qiáng);兩種培養(yǎng)模型對巨噬細(xì)胞活性沒有顯著性影響，但是倒置培養(yǎng)時ALN對巨噬細(xì)胞的抑制作用更加明顯，LDH結(jié)果顯示倒置培養(yǎng)模型對巨噬細(xì)胞的損傷作用較大;臨床相關(guān)的微米級UHMWPE-ALN和UHMWPE磨屑可以促進(jìn)巨噬細(xì)胞分泌TNF-α和IL-6，巨噬細(xì)胞分泌TNF．α和IL-6不是同時進(jìn)行的，并且巨噬細(xì)胞分泌IL-6的能