多孔生物陶瓷支架的組織學性能和力學性能表征.pdf

1、較大尺寸的骨缺損不能自體愈合，往往在缺損處移植骨代替物以幫助骨愈合。針對這一難題，骨組織工程應運而生。目前，骨組織工程研究主要集中在三個方面:種子細胞、支架、生物反應器。對于支架的探索又分為兩個方面:一是支撐和誘導骨組織生長的支架，即使用一種多孔結構材料支架來充填缺損，這種支架具有骨傳導和骨誘導能力，能引發(fā)成骨細胞及該區(qū)域其他細胞長入并吸附在支架上;二是支架材料與細胞的相互作用，在具骨傳導性能的支架上成骨細胞遷移有助于骨組織長入和細胞外

2、基質形成，這對于骨缺損的愈合具有重要的功能。骨組織工程支架的基本要求包括:良好的生物相容性，三維貫通的孔隙結構，良好的材料/細胞界面，一定的生物降解性能，并且具有良好的力學性能。因此羥基磷灰石(HA)多孔生物陶瓷支架優(yōu)良的生物相容性決定了其發(fā)展的必然性。
　　 實驗對多孔羥基磷灰石顆粒堆積支架、泡沫浸漬法制備的多孔網(wǎng)狀羥基磷灰石支架和石蠟造孔劑造孔的羥基磷灰石支架進行體式顯微鏡和SEM表征，從宏觀和微觀角度觀察支架的孔隙結構，對

3、比其孔隙率和孔隙結構特點。然后選取多孔HA顆粒堆積支架在體內構建組織工程骨，再將構建時間點不同的組織工程骨置于骨缺損部位進行修復實驗。通過組織學染色分析，觀察支架材料與組織的相互作用以及構建的組織工程骨骨缺損的修復能力。同時，我們改良了硬組織切片制備技術，得到了較為理想的薄層組織學染色標本。另外，骨的力學完整性得到恢復是判斷組織工程骨修復骨缺損是否成功的重要標志。本文對構建的組織工程骨以及組織工程骨原位修復的修復骨進行了系統(tǒng)的力學性能表

4、征。本實驗獲得的主要結果如下:
　　 1.三種HA支架均具有均勻的孔隙分布，較高的孔隙率，且力學性能良好。選用多孔HA顆粒堆積支架和致密HA顆粒堆積支架考察其在體內構建組織工程骨的情況。
　　 2.針對傳統(tǒng)硬組織切片技術的缺陷，對超薄硬組織切片技術進行了改進，大大提高了超薄硬組織切片的完整性。傳統(tǒng)硬組織切片技術體內構建的組織工程骨標本在切的很薄的情況無法保持其完整性，同時還存在染料吸附和容易脫片的缺陷。通過大量的探索和嘗

5、試，我們隊超薄硬組織切片技術進行了優(yōu)化，克服了組織學檢測技術處理生物陶瓷材料時易于破壞組織和材料結構的缺點，從根本上解決了標本脫片及染色吸附的問題，從而保證超薄硬組織切片形態(tài)完整和后續(xù)組織學標本染色層次清晰。
　　 3.通過對腹腔和背肌內構建的組織工程骨組織學染色分析，證明了HA顆粒堆積支架在動物模型體內具有良好的骨誘導性，有利于細胞粘附、組織的長入和血管化。材料在體內構建組織工程骨的能力與所處的生理環(huán)境和材料的孔隙結構關系密切

6、。對修復骨的組織學染色顯示，組織工程骨的構建時間與原位修復時間共同影響著骨修復能力。
　　 4.通過對體內構建的組織工程骨抗壓強度測試表明，多孔顆粒堆積支架相較于致密顆粒堆積支架具有更高的抗壓強度，且其抗壓強度隨體內構建時間的延長而增加，6個月后抗壓強度達到自然松質骨的92％左右。利用體內構建的組織工程骨對脛骨長段骨缺失進行修復，構建6個月修復3個月(6M-3M)的修復骨標本的抗彎強度達到正常骨的94％左右。
　　 綜和

7、以上結果，得出結論:多孔顆粒堆積支架的三維空間結構利于細胞的粘附、組織的生長;組織學染色分析表明，支架孔隙結構和所處的生物環(huán)境對組織工程骨的構建有很大的影響，構建時間與原位修復時間共同影響著骨修復能力;通過對硬組織切片技術的改良，制得了較為理想的HA支架材料類骨修復體硬組織切片標本;影響修復骨力學性能的因素包括組織工程骨構建時間，體內原位修復的時間。研究發(fā)現(xiàn)，隨體內修復時間的延長，修復骨的抗彎強度能夠達接近正常骨的力學強度，力學實驗結果

8、與組織學分析相一致。較大尺寸的骨缺損不能自體愈合，往往在缺損處移植骨代替物以幫助骨愈合。針對這一難題，骨組織工程應運而生。目前，骨組織工程研究主要集中在三個方面:種子細胞、支架、生物反應器。對于支架的探索又分為兩個方面:一是支撐和誘導骨組織生長的支架，即使用一種多孔結構材料支架來充填缺損，這種支架具有骨傳導和骨誘導能力，能引發(fā)成骨細胞及該區(qū)域其他細胞長入并吸附在支架上;二是支架材料與細胞的相互作用，在具骨傳導性能的支架上成骨細胞遷移有助

9、于骨組織長入和細胞外基質形成，這對于骨缺損的愈合具有重要的功能。骨組織工程支架的基本要求包括:良好的生物相容性，三維貫通的孔隙結構，良好的材料/細胞界面，一定的生物降解性能，并且具有良好的力學性能。因此羥基磷灰石(HA)多孔生物陶瓷支架優(yōu)良的生物相容性決定了其發(fā)展的必然性。
　　 實驗對多孔羥基磷灰石顆粒堆積支架、泡沫浸漬法制備的多孔網(wǎng)狀羥基磷灰石支架和石蠟造孔劑造孔的羥基磷灰石支架進行體式顯微鏡和SEM表征，從宏觀和微觀角度觀

10、察支架的孔隙結構，對比其孔隙率和孔隙結構特點。然后選取多孔HA顆粒堆積支架在體內構建組織工程骨，再將構建時間點不同的組織工程骨置于骨缺損部位進行修復實驗。通過組織學染色分析，觀察支架材料與組織的相互作用以及構建的組織工程骨骨缺損的修復能力。同時，我們改良了硬組織切片制備技術，得到了較為理想的薄層組織學染色標本。另外，骨的力學完整性得到恢復是判斷組織工程骨修復骨缺損是否成功的重要標志。本文對構建的組織工程骨以及組織工程骨原位修復的修復骨進

11、行了系統(tǒng)的力學性能表征。本實驗獲得的主要結果如下:
　　 1.三種HA支架均具有均勻的孔隙分布，較高的孔隙率，且力學性能良好。選用多孔HA顆粒堆積支架和致密HA顆粒堆積支架考察其在體內構建組織工程骨的情況。
　　 2.針對傳統(tǒng)硬組織切片技術的缺陷，對超薄硬組織切片技術進行了改進，大大提高了超薄硬組織切片的完整性。傳統(tǒng)硬組織切片技術體內構建的組織工程骨標本在切的很薄的情況無法保持其完整性，同時還存在染料吸附和容易脫片的缺陷

12、。通過大量的探索和嘗試，我們隊超薄硬組織切片技術進行了優(yōu)化，克服了組織學檢測技術處理生物陶瓷材料時易于破壞組織和材料結構的缺點，從根本上解決了標本脫片及染色吸附的問題，從而保證超薄硬組織切片形態(tài)完整和后續(xù)組織學標本染色層次清晰。
　　 3.通過對腹腔和背肌內構建的組織工程骨組織學染色分析，證明了HA顆粒堆積支架在動物模型體內具有良好的骨誘導性，有利于細胞粘附、組織的長入和血管化。材料在體內構建組織工程骨的能力與所處的生理環(huán)境和材

13、料的孔隙結構關系密切。對修復骨的組織學染色顯示，組織工程骨的構建時間與原位修復時間共同影響著骨修復能力。
　　 4.通過對體內構建的組織工程骨抗壓強度測試表明，多孔顆粒堆積支架相較于致密顆粒堆積支架具有更高的抗壓強度，且其抗壓強度隨體內構建時間的延長而增加，6個月后抗壓強度達到自然松質骨的92％左右。利用體內構建的組織工程骨對脛骨長段骨缺失進行修復，構建6個月修復3個月(6M-3M)的修復骨標本的抗彎強度達到正常骨的94％左右。

14、
　　 綜和以上結果，得出結論:多孔顆粒堆積支架的三維空間結構利于細胞的粘附、組織的生長;組織學染色分析表明，支架孔隙結構和所處的生物環(huán)境對組織工程骨的構建有很大的影響，構建時間與原位修復時間共同影響著骨修復能力;通過對硬組織切片技術的改良，制得了較為理想的HA支架材料類骨修復體硬組織切片標本;影響修復骨力學性能的因素包括組織工程骨構建時間，體內原位修復的時間。研究發(fā)現(xiàn)，隨體內修復時間的延長，修復骨的抗彎強度能夠達接近正常骨的力