載阿侖膦酸鈉超高分子量聚乙烯磨屑研究.pdf

1、超高分子量聚乙烯(Ultra-High Molecular Weight Polyethylene,UHMWPE)以其優(yōu)異的性質(zhì)被用作于人工關(guān)節(jié)假體的組件材料之一,但磨損產(chǎn)生的磨屑,尤其是UHMWPE磨屑,易引起假體周圍組織骨溶解并最終導(dǎo)致假體松動,成為限制人工關(guān)節(jié)假體使用壽命的最主要因素。目前延長人工髖關(guān)節(jié)使用壽命的主要措施包括提高UHMWPE的耐磨性、更換對磨副材料、藥物防治骨溶解等,本課題組將抑制骨溶解的藥物阿侖膦酸鈉(Alend

2、ronate,ALN)加入UHMWPE內(nèi),前期研究顯示加入0.22 wt％的ALN在UHMWPE中沒有團聚,分布均勻,且并不影響UHMWPE-ALN的力學(xué)及摩擦學(xué)性能。但與體內(nèi)人工關(guān)節(jié)磨損所產(chǎn)生的磨屑類似的UHMWPE-ALN磨屑的制備及特征、載藥濃度對UHMWPE-ALN磨屑的體外釋放及體外細(xì)胞的影響尚不清楚,因此本實驗制備了不同粒徑和不同載藥濃度UHMWPE磨屑、研究其對體外釋放及體外細(xì)胞的影響。
　　 本文通過溶劑揮發(fā)法和

3、熱壓成型法制備了UHMWPE、UHMWPE-0.5％ALN及UHMWPE-1.0％ALN,通過傅里葉紅外光譜分析、X射線衍射分析和差示掃描量熱法研究了ALN的熱穩(wěn)定性及其對UHMWPE結(jié)晶的影響。通過磨屑分級分別得到了<45μm和45μm～75μm粒徑范圍的UHMWPE／UHMWPE-ALN磨屑,通過激光粒度分析儀、掃描電鏡和血球計數(shù)法表征磨屑的粒徑、形貌和數(shù)目,并采用茚三酮比色法研究不同載藥濃度及不同粒徑對UHMWPE-ALN磨屑體外

4、釋放的影響。應(yīng)用磷酸鹽緩沖液(PBS)揮發(fā)法實現(xiàn)了UHMWPE-ALN磨屑與細(xì)胞共培養(yǎng)。通過光學(xué)及掃描顯微鏡觀察細(xì)胞形態(tài),通過噻唑藍(lán)(Methyl thiazolyl tetrazolium,MTT)法考察了載藥磨屑對成骨細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的增殖的影響,并通過測定堿性磷酸酶(Alkaline phosphase,ALP)活性考察了載藥磨屑對成骨細(xì)胞分化的影響,通過酶聯(lián)接免疫吸附劑測定(Enzyme-linkedimmunosorbent a

5、ssay,ELISA)考察了載藥磨屑對巨噬細(xì)胞的溶骨性細(xì)胞因子白介素6(IL-6)和腫瘤壞死因子α(TNF-α)的分泌功能的影響。
　　 紅外光譜結(jié)果顯示熱壓后ALN的紅外特征峰沒有發(fā)生變化,如:1230cm-1～1265cm-1處的P=0伸縮振動、1178 cm-1處的C-O伸縮振動、1095 cm-1處的C-N伸縮振動,由于在熱壓過程中失去了三個結(jié)晶水導(dǎo)致P=0空間效應(yīng)的變化,導(dǎo)致P=0特征峰譜帶的位移,C-O及C-N特征峰

6、位置沒有變化,說明ALN在熱壓前后保持了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定,但熱壓后UHMWPE在1720 cm-1處出現(xiàn)了羰基峰,表明熱壓過程中UHMWPE發(fā)生了氧化反應(yīng)。XRD結(jié)果表明,ALN加入并沒有改變UHMWPE(110)和(200)晶面特征衍射峰的位置,也沒有出現(xiàn)新的衍射峰,但衍射峰強度降低了,說明ALN并沒有影響UHMWPE的晶體結(jié)構(gòu),但降低了UHMWPE的結(jié)晶度。DSC結(jié)果表明,ALN的加入導(dǎo)致UHMWPE的熔融熱焓降低,并引起UHMWPE熔融

7、峰向高溫方向偏移,說明ALN加速了UHMWPE的結(jié)晶,并降低了UHMWPE的結(jié)晶度。
　　 激光粒度結(jié)果表明,分級后的磨屑平均體積粒徑為36.98±1.88μm及66.7±2.61μm,粒徑分布較為集中,最小粒徑為5μm左右,與人體內(nèi)磨屑的粒徑尺寸有一定的差異。掃描電鏡觀察顯示磨屑形態(tài)不規(guī)則,有塊狀、纖維狀等,與人體內(nèi)磨屑形態(tài)相似。
　　 UHMWPE-ALN磨屑體外釋放分為突釋階段、快速釋放階段和緩慢釋放階段。突釋階段

8、主要受磨屑粒徑的影響,快速釋放階段主要受載藥濃度的影響,緩慢釋放階段釋放率趨于一致。UHMWPE-ALN磨屑在37℃的環(huán)境下浸泡100天后氧化度由1.29±0.014升至1.33±0.007,沒有明顯變化,說明UHMWPE沒有氧化降解,ALN主要受UHMWPE的溶脹控制緩慢地擴散釋放,最終粒徑<45μm的UHMWPE-1.0％ALN、UHMWPE-0.5％ALN磨屑藥物釋放率分別為63.90％、49.39％,粒徑45μm～75μm的UH

9、MWPE-1.0％ALN、UHMWPE-0.5％ALN磨屑藥物釋放率分別為49.77％、38.76％,仍有一部分ALN包裹于UHMWPE磨屑的內(nèi)部。
　　 巨噬細(xì)胞、成骨細(xì)胞與ALN、UHMWPE-ALN共培養(yǎng)結(jié)果顯示,在一定濃度范圍內(nèi)(10-6～3×10-6 mol／L)ALN可以抑制巨噬細(xì)胞的活性,增強成骨細(xì)胞的活性及堿性磷酸酶活性,但并不抑制TNF-α及IL-6的分泌。UHMWPE／UHMWPE-ALN磨屑粒徑減小,可以降