高活性多孔磷鈣基載藥復合骨支架的制備及性能研究.pdf

1、每年有大量病人因骨產品的缺口而忍受著骨相關疾病困擾。自然骨有自我愈合的能力,但是骨缺損過大時不能自我愈合就需要進行手術移植,現在臨床治療手段包括主要自體骨和異體骨移植,但自體骨會造成新的創(chuàng)傷及感染,而異體骨存在著免疫排斥及疾病感染的風險,因此人工骨支架得到了科研者的關注。理想的人工骨支架需要一定的孔隙率、力學性能和細胞附著性能,并且可以提供力學性能穩(wěn)定性確保骨移植后在缺損部位完成骨修復過程。本課題選擇磷鈣基材料制備骨支架,因為自然骨中的

2、無機成分主要為類骨磷酸鈣,此外磷酸鈣具有良好的成骨作用。首先對多相磷酸鈣合成和相形成條件進行了系統(tǒng)研究,選擇合適制備方法制備出具有良好力學性能和生物學性能的多孔磷鈣基支架,并對支架的物化性能和生物學性能進行了系統(tǒng)表征,最后對支架的成骨性能進行了評估,其主要研究內容和結果如下:
　　1.通過濕化學方法合成的羥基磷灰石(HA)主要為針狀,而合成的磷酸三鈣(TCP)為無規(guī)則顆粒。常溫下主要為無定形態(tài),在800℃溫度以上煅燒后變?yōu)棣?TC

3、P。濕化學方法可以制備多相磷酸鈣,可通過pH值、鈣磷比和煅燒溫度控制多相磷酸鈣的相組成。煅燒溫度在600-800℃主要為缺鈣性磷灰石(CDA)相,在1200℃為多相。多相磷酸鈣在pH為6.5和10.5時,隨鈣磷比的增加結晶度呈增加趨勢,主要為HA和β-TCP兩相。pH在7.5-9.5之間,鈣磷比在1.55時,多相磷酸鈣除了HA和β-TCP相的存在外有CDA相存在;鈣磷比在1.60和1.75時,多相磷酸鈣具有較好的結晶度,存在三種以上的相

4、成分;鈣磷比在1.65和1.70時,多相磷酸鈣主要有HA和CDA相。多相磷酸鈣在未煅燒條件下主要針狀形貌,隨煅燒溫度增加,顆粒形貌發(fā)生變化,在600℃為棒狀,在800℃下為類橢圓狀,在1200℃下變?yōu)闊o規(guī)則相貌。
　　2.雙相磷酸鈣中HA/(HA+β-TCP)比值主要受反應條件中pH值和鈣磷比影響。隨著pH值的增加,雙相磷酸鈣中的HA含量增加,反之,β-TCP含量降低。在相同pH值的條件下,鈣磷比為1.65時,雙相磷酸鈣中的HA含

5、量最高;鈣磷比接近1.65時,雙相磷酸鈣中的HA含量越高;偏離1.65時,雙相磷酸鈣中的HA含量越低。
　　3.采用乳化發(fā)泡法結合循環(huán)冷凍解凍方法制備BCP/PVA支架,可以通過PVA含量調節(jié)控制支架的孔徑尺寸(50-700μm)、孔隙率(73-87％)、力學性能(0.19-0.26MPa)、降解速率以及生物學性能。隨著PVA含量增加,BCP/PVA支架的孔隙率、力學性能、降解速率及細胞相容性呈現降低趨勢。當PVA含量為30%,B

6、CP/PVA支架的孔徑尺寸在300-500μm之間,且壓縮強度最大。此外,BCP/PVA支架在模擬體液中pH變化幅度較小,保持在7.18-7.36之間。BCP/PVA支架對成骨細胞的繁殖沒有抑制作用,隨著PVA含量的降低,成骨細胞在支架表面的繁殖呈增加趨勢,且間充質干細胞可以在PVA含量為30%的BCP/PVA支架上附著和繁殖。綜上所述,制備出的BCP/PVA支架可以滿足松質骨組織工程的要求。
　　4.采用PU泡沫復制法可以制備孔

7、徑尺寸在300-700μm的孔連通結構BCP支架,可通過選擇不同ppi的PU泡沫控制BCP支架的孔徑尺寸。采用HA/PLLA納米復合物對多孔BCP支架進行涂層,未改變支架的孔徑尺寸和孔連通結構,可以填補BCP支架孔壁的斷裂裂紋并在孔壁上形成高分子基纖維,以提高支架的力學性能。對BCP支架進行涂層后,孔隙率有所降低,仍保持在93%以上,但壓縮強度從0.31MPa提高到3.35-3.95MPa之間,可以滿足松質骨壓縮強度(0.02-4MPa

8、)的要求。此外,對BCP支架涂層后,降低了支架在模擬體液中的降解速率,模擬體液的pH也沒有較大幅度變化,保持在6.8-7.4之間,在30天后保持在7.4左右。采用HA/PLLA納米復合物對多孔BCP支架進行多次涂層后減低了支架的孔隙率,但壓縮強度進一步得到了提高,隨涂層次數的增加,孔隙率呈降低趨勢,壓縮強度呈增加趨勢。通過MTT實驗表明,隨著涂層次數的增加,支架的細胞相容性呈增加后降低趨勢,其中HA/PLLA納米復合物三次涂層的BCP多

9、孔支架細胞相容性最好,對此組的支架進行肌肉植入實驗,通過HE染色分析,發(fā)現在前期出現炎癥細胞,隨著時間的增加,炎癥細胞消失,并出現了類骨磷灰石層和纖維組織層,表明支架具有良好的生物相容性。
　　5.在單倍模擬體液環(huán)境下,隨著仿生沉積時間增加,HA/PLLA納米復合物涂層BCP支架的失重比呈降低后又增加的趨勢,前期以支架降解為主,后期以磷酸鈣礦化物沉積為主。支架孔壁上首先有氯化鈉晶體出現,后氯化鈉在SBF溶液中溶解,支架孔壁表面形成

10、納米級磷酸鈣礦化物顆粒,并伴隨有針狀礦化物的出現;在沉積后期,在支架表面形成均勻的沉積物涂層。在過飽和模擬體液環(huán)境下,支架的仿生沉積速度得到了提高,磷酸鈣礦化物很快沉積在支架孔壁表面,隨著沉積時間的增加,在支架孔壁上的沉積物形貌變得均勻,和單倍SBF環(huán)境下較為相似。對仿生沉積改性后的支架經過低溫冷凍處理,在-20℃下,支架在孔壁上形成了尺寸為3-5μm大小的微孔,磷酸鈣中的鈣離子被鎂和鉀離子置換,形成生物活性類骨磷灰石。
　　6.

11、通過雙乳液法制備出的線性PLGA-mPEG共聚物載藥微球尺寸在5-10μm,尺寸大小分布比較均勻。通過紫外分光光度計檢測分析,可以確定BSA和萬古霉素的標準曲線,對于BSA含量低于200mg/L時在221.6nm的擬合度較好,含量高于100mg/L時在278nm的擬合度較好;對于萬古霉素,在280nm吸光度有較好的擬合度?？梢酝ㄟ^控制共聚物的LA/GA摩爾比控制共聚物降解速率,并進一步控制共聚物載藥微球的釋放速率,并通過不同LA/GA摩

12、爾比的共聚物載兩種藥物實現兩種藥物在不同階段的控制釋放。此外,制備出的載藥微球可以良好地附著在HA/PLLA納米復合物涂層BCP多孔支架上。
　　7.對制備出的HA/PLLA納米復合物涂層BCP支架進行毒理性試驗分析,此類支架在毒性測試中未表現出明顯毒性性質,在急性毒性分級標準中為無毒性,符合國家醫(yī)療器械生物學評價標準。通過肌肉植入實驗,實驗動物在術后未出現活動異常,且支架在動物體內隨著時間增加會形成類骨磷灰石層和纖維組織層,而對